具有寬頻帶高電源抑制比的低壓差電壓調(diào)整器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及模擬集成電路領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 低壓差電壓調(diào)整器是電源管理電路中一個(gè)重要的組成部分，通常用在DC-DC開關(guān) 轉(zhuǎn)換電路的后級(jí)，用來(lái)降低紋波電壓，為后級(jí)對(duì)紋波電壓比較敏感的模擬電路和RF電路提 供干凈的電源電壓。一方面隨著電源管理系統(tǒng)集成度的不斷提高，為了減小電容和電感的 體積，前級(jí)DC-DC的工作頻率進(jìn)一步提高，因此增加了DC-DC輸出紋波電壓的頻率，運(yùn)對(duì) 后級(jí)低壓差電壓調(diào)整器PSRR的頻帶范圍提出了更高的要求，另一方面隨著工藝特征尺寸 的不斷減小，由于輸出功率管的有限跨導(dǎo)和直流增益的降低，W及受到環(huán)路帶寬的限制，傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的低壓差電壓調(diào)整器PSRR特性在低頻段有所衰減，特別在高頻段，衰減非常嚴(yán)重。
[0003] 目前常用的改善電源抑制比方法有：
[0004] 在低頻段，采用一個(gè)NM0S管或者PM0S管與輸出PM0S功率管級(jí)聯(lián)，盡量將輸入到 輸出的大電流通路隔離，采用運(yùn)種技術(shù)會(huì)造成較大的面積開銷，同時(shí)會(huì)增加輸入輸出壓差， 降低轉(zhuǎn)換效率。 陽(yáng)0化]在中頻段，采用二極管連接型前饋技術(shù)，在輸入電壓Vm和輸出PM0S功率管的柵極 之間加入一個(gè)二極管連接方式的PM0S管，將輸入紋波電壓通過(guò)二極管連接的PM0S管饋通 到輸出功率管的柵端，但運(yùn)種方法由于在功率管柵端的寄生電容比較大，使得前饋帶寬比 較低，僅對(duì)IMHzW下的紋波電壓有較好抑制，對(duì)于幾MHz的高頻段，很難起到作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提出一種低壓差電壓調(diào)整器結(jié)構(gòu)，能夠有效提高 低壓差電壓調(diào)整器高頻段的PSRR特性。
[0007] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，具有寬頻帶高電源抑制比的低壓差 電壓調(diào)整器，包括反饋放大電路和輸出級(jí)電路，反饋放大電路包括輸出功率管和誤差放大 器，還包括：
[0008] 電源紋波采樣電路，其輸入端接電壓輸入端，輸出端接紋波分量疊加電路的第一 輸入端，電源紋波采樣電路用于采集電源紋波分量；
[0009] 紋波分量疊加電路，其第二輸入端接誤差放大器的輸出端，其輸出端接輸出功率 管的控制端，紋波分量疊加電路用于將電源紋波分量疊加到輸出功率管的控制端。
[0010] 所述電源紋波采樣電路包括：
[0011] 前饋補(bǔ)償放大器，其正性輸入端接參考電壓；
[0012] 第一比例電阻，設(shè)置于電壓輸入端和前饋補(bǔ)償放大器的負(fù)性輸入端之間；
[0013] 第一電容，設(shè)置于電壓輸入端和前饋補(bǔ)償放大器的負(fù)性輸入端之間；
[0014] 第二比例電阻，設(shè)置于前饋補(bǔ)償放大器的負(fù)性輸入端和前饋補(bǔ)償放大器的輸出端 之間；
[0015] 所述紋波分量疊加電路包括：
[0016] 加法放大器，其正性輸入端接誤差放大器的輸出端，其負(fù)性輸入端通過(guò)第=電阻 接前饋補(bǔ)償放大器的輸出端，其負(fù)性輸入端還通過(guò)第一電阻接輸出功率管的控制端，其輸 出端接輸出功率管的控制端，其負(fù)性輸入端還通過(guò)第二電阻接地。 陽(yáng)017] 相關(guān)參數(shù)滿足下式：
[0018]
[0019] 其中，Vblas為參考電壓，V1。為輸入電壓，Rffl為第一比例電阻的電阻值，Rffl為第二 比例電阻的電阻值。
[0020] 本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓器，與現(xiàn)有類似的LD0相比，采用 放大器結(jié)構(gòu)前饋紋波抵消結(jié)構(gòu)，在不增加額外面積開銷和降低轉(zhuǎn)換效率的情況下，大幅提 高了LD0低頻段的電源抑制比性能，同時(shí)通過(guò)電容Cff郝電阻Rf。在電源抑制比傳輸函數(shù)中 引入一個(gè)零點(diǎn)，使其和功率管柵極產(chǎn)生的極點(diǎn)抵消，在不增加額外功耗提高反饋環(huán)路帶寬 的情況下，有效的拓展紋波抵消環(huán)路帶寬，提高LD0在寬頻帶范圍的電源紋波抑制性能。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為傳統(tǒng)LD0輸入到輸出紋波電壓禪合路徑示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明的前饋紋波抵消LD0結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明的前饋紋波抵消LD0數(shù)學(xué)模型。
[0024] 圖4為本發(fā)明的前饋紋波抵消LD0實(shí)施例電路原理圖。
[0025] 圖5為本發(fā)明LD0和傳統(tǒng)LD0電源抑制比波特圖對(duì)比示意圖。 陽(yáng)0%] 圖4中對(duì)電阻和電容的序號(hào)說(shuō)明：
[0027]第一電阻Rsi，第二電阻Rs2,第S電阻捉3,第四電阻氏2,第一比例電阻Rffl，第二比 例電阻Rff2; 陽(yáng)02引第一電容Cffi，第二電容Cci，第S電容Cc2。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 參見圖2~4。本發(fā)明提出一種具有寬頻帶范圍高電源抑制比LD0電路，所述寬頻 帶高電源抑制比LD0電路包括：帶隙基準(zhǔn)電壓，誤差放大器，反饋比例電阻，輸出功率管，前 饋紋波抵消電路，本發(fā)明采用放大器結(jié)構(gòu)的前饋紋波抵消結(jié)構(gòu)。
[0030] 本發(fā)明的前饋紋波抵消結(jié)構(gòu)由前饋補(bǔ)償放大器和加法器構(gòu)成，通過(guò)前饋補(bǔ)償 放大器Af和比例電阻Rffi，Rff2采樣電源紋波分量，然后通過(guò)加法放大器As和比例電阻 氏1，氏2,RJ尋電源紋波分量疊加到主環(huán)路誤差放大器輸出信號(hào)上，疊加后的控制信號(hào)作用 在功率管Mp柵端，通過(guò)精確控制疊加在功率管柵端的電源紋波分量的大小，使功率管Mp柵 端疊加的紋波和輸入紋波相同，強(qiáng)制功率管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓不受輸入紋波電壓影響，從而大 幅消除LD0輸出電壓中電源噪聲引入的紋波分量。
[0031] 具體的說(shuō)，本發(fā)明包括反饋放大電路和輸出級(jí)電路，反饋放大電路包括輸出功率 管Mp和誤差放大器Ae，還包括：
[0032] 電源紋波采樣電路，其輸入端接電壓輸入端Vw輸出端接紋波分量疊加電路的第 一輸入端，電源紋波采樣電路用于采集電源紋波分量；
[0033] 紋波分量疊加電路，其第二輸入端接誤差放大器Ae的輸出端，其輸出端接輸出功 率管Mp的控制端，紋波分量疊加電路用于將電源紋波分量疊加到輸出功率管MP的控制端。
[0034] 所述電源紋波采樣電路包括：
[0035] 前饋補(bǔ)償放大器Af，其正性輸入端接參考電壓Vbus;
[0036] 第一比例電阻Rffi，設(shè)置于電壓輸入端Viw和前饋補(bǔ)償放大器Af的負(fù)性輸入端之 間；
[0037] 第一電容Cffi，設(shè)置于電壓輸入端Viw和前饋補(bǔ)償放大器Af的負(fù)性輸入端之間；
[0038] 第二比例電阻Rff2,設(shè)置于前饋補(bǔ)償放大器Af的負(fù)性輸入端和前饋補(bǔ)償放大器Af 的輸出端之間；
[0039] 所述紋波分量疊加電路包括：
[0040] 加法放大器As,其正性輸入端接誤差放大器Ae的輸出端，其負(fù)性輸入端通過(guò)第= 電阻氏3接前饋補(bǔ)償放大器Af的輸出端，其負(fù)性輸入端還通過(guò)第一電阻Rd接輸出功率管Mp 的控制端，其輸出端接輸出功率管Mp的控制端，其負(fù)性輸入端還通過(guò)第二電阻R,2接地。
[0041] 相關(guān)參數(shù)滿足下式：
[0042]
陽(yáng)〇創(chuàng)其中，Vbus為參考電壓，V1。為輸入電壓，Rffi為第一比例電阻的電阻值，Rffi為第二 比例電阻的電阻值。
[0044] 所述電源紋波采樣電路包括： W45] 第九M0S管心其柵極接第八十一M0S管Ms。的漏極，其源極接電壓輸入端VW其漏 極通過(guò)第=電阻氏3接第四十一M0S管14。的柵極，其漏極還通過(guò)一個(gè)恒流源接地，其漏極還 通過(guò)串聯(lián)的第四電阻氏2和第=電容CC2接地；其漏極還通過(guò)第二比例電阻Rff2接第屯十二 M0S管M,b的柵極；
[0046] 第八^^一M0S管Ms。，其源極接電壓輸入端Vw其漏極接第屯^^一M0S管M,。的漏 極，其柵極接第八十二M0S管Msb的柵極和漏極；
[0047] 第八十二M0S管Msb，其源極接電壓輸入端Vw其漏極接第屯十二M0S管勺漏 極； W48] 第屯十一M0S管M,。，其源極接第屯十二M0S管M,b的源極，其柵極接參考電壓點(diǎn)；
[0049] 第屯十二M0S管M%，其源極通過(guò)一個(gè)恒流源接地，其柵極通過(guò)并聯(lián)的第一比例電 阻Rffi和第一電容C接電壓輸入端VIW。
[0050] 所述紋波分量疊加電路包括：
[0051] 第六M0S管Me,其源極接電壓輸入端Vw其漏極通過(guò)一個(gè)恒流源接地，其漏極還通 過(guò)第一電阻Rsi接第四十一M0S管M4。的柵極，其漏極還連接輸出功率管MP的柵極； W巧其柵極接第五十二M0S管Msb的漏極； W53] 第五十一M0S管Ms。，其源極接電壓輸入端Vw其漏極接第四十一M0S管M4。的漏 極，其漏極還和柵極連接，其柵極接第五十二M0S管Msb的柵極；
[0054] 第五十二MOS管Msb，其源極接電壓輸入端Vw其漏極接第四十二MOS管M4b的漏 極；
[00對(duì)第四十一M0S管M4。，其柵極通過(guò)第立電阻IU妾第九M0S管M9的漏極，柵極還通過(guò) 第二電阻Rs2接地，其源極通過(guò)一個(gè)恒流源接地；
[0056] 第四十二M0S管M4b，其源極通過(guò)一個(gè)恒流源接地，其柵極接誤差放大器的輸出端。 陽(yáng)057] 更具體的說(shuō)明如下：
[0058] 圖1為傳統(tǒng)LD0輸入紋波電壓禪合到輸出的路徑示意圖，主要包括4條路徑：第① 條為L(zhǎng)D0主環(huán)路引入，第②條為輸出功率管Mp有限跨引入，第③條為誤差放大器有限PSRR 引入，第④條為基準(zhǔn)電壓有限PSRR引入。
[0059] 其中路徑①，②的輸出到輸入的傳遞函數(shù)為：
[0060]
陽(yáng)〇6U 公式（1)中g(shù)m，Mp為功率管跨導(dǎo)，Td,，Mp為功率管導(dǎo)通電阻，奇為總的負(fù)載阻抗， Rfi和Rf2為反饋電阻，A。。為誤差放大器直流增益，W。為誤差放大器主極點(diǎn)。當(dāng)S= 0時(shí)公 式（1)簡(jiǎn)化為公式（2)，由此可見在低頻段，PSRR取決于反饋增益。
[0062]
[0063]隨著頻率的升高，當(dāng)S=-時(shí)公式（1)簡(jiǎn)化為公式（3)，由此可見受誤差放大器主 極點(diǎn)影響，反饋增益衰減嚴(yán)重，PSRR取決于負(fù)載阻抗、導(dǎo)通阻抗和跨導(dǎo)。
[0064]
陽(yáng)0化]路徑③，④的傳遞函數(shù)為：
[0066]
陽(yáng)〇例公式（4)中Zt"t(s) =Z^s)I|rds，Mp||巧fi+Rf2