CN116540817A - 一种自供电的电荷泵型高电源抑制比ldo电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路，电压调整模块的输出端分别与负载的输入端、分压检测模块的输入端电连接；分压检测模块的输出端连接压差放大模块的输入端，基准电路与压差放大模块的输入端电连接，压差放大模块输出端与电压调整模块的输入端电连接；电压调整模块包括：电压叠加模块和N型MOS管，其中，电压叠加模块输出端与N型场效应管的栅极电连接；电压叠加模块包括但不限于电荷泵；电源模块分别与压差放大模块和电压调整模块进行电连接，用于对压差放大模块和电压调整模块提供电源。能够降低电荷泵的功耗，其稳态功耗趋近于零；能接受更高的输入电压可在保证输入输出压低差的情况下提升抗电源扰动的能力。
Description
技术领域
本发明属于低压线性稳压器技术领域，特别涉及一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路及其控制方法。
背景技术
低压差线性稳压器LDO广泛应用于集成电路中，为各单元模块提供稳定的供电。参见图4，低压线性稳压器LDO的架构是通过分压电阻检测输出电压，通过一个误差放大器EA放大误差信号并控制功率管的开合程度从而得到一个稳定的输出电压，为了衡量输出电压抗电源变化干扰的能力，提出一个指标PSR值，功率管有PMOS和NMOS两种类型。由于电路架构的区别，使用NMOS的低压差线性稳压器LDO比使用PMOS的低压差线性稳压器LDO容易获得更高的PSR值，但是使用NMOS的低压差线性稳压器LDO比使用PMOS的低压差线性稳压器LDO需要更高的电源电压。
在对PSR值的要求的场合，使用NMOS低压差线性稳压器LDO会获得更好的性能，但是由于供电电压的限制，需要对电路进行改进，目前方案是使用电荷泵把电源电压提高给EA供电，参见图5。
但是通过电荷泵供电存在如下技术问题：
1.电荷泵功耗大，由于电荷泵的效率低，而EA功耗较高，所以电荷泵自身的损耗较大。
2.输入电压范围受限，电荷泵的输出电压不能超过当前EA所用器件的耐压BV，而电荷泵输出电压等于2倍电源电压，导致电源电压最高只能到1/2BV。
3.抗干电源干扰能力弱，PSR值低。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路及其控制方法，能够降低电荷泵的导通损耗，可以适应大范围输出电压的变化，同时获得更高的PSR值，提升抗电源干扰能力。
一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路，包括：电源模块、基准电路和负载，其特征在于，电压调整模块的输出端分别与所述负载的输入端、分压检测模块的输入端电连接；
所述分压检测模块的输出端连接压差放大模块的输入端，所述基准电路与所述压差放大模块的输入端电连接，所述压差放大模块输出端与所述电压调整模块的输入端电连接；
所述电压调整模块包括：电压叠加模块和N型MOS管，其中，所述电压叠加模块输出端与所述N型场效应管的栅极电连接；所述电压叠加模块包括但不限于电荷泵；
所述电源模块分别与所述压差放大模块和电压调整模块进行电连接，用于对所述压差放大模块和所述电压调整模块提供电源。
进一步的，所述N型场效应管的源极与所述电荷泵的输入端电连接。
进一步的，所述分压检测模块包括分压电阻R1和分压电阻R2；其中，所述分压电阻R1的输出端和所述分压电阻R2的输入端电连接并形成支路作为分压检测模块的输出端。
进一步的，所述分压电阻R1的输入端作为分压检测模块的输入端与N型MOS管的源极电连接；分压电阻R2接地连接。
进一步的，所述压差放大模块包括但不限于误差放大器EA；所述误差放大器的负输入端与所述分压检测模块的输出端电连接；所述误差放大器EA的正输入端与所述基准电路输出端电连接，所述基准电路接地连接。
进一步的，所述电源模块分别与所述压差放大模块和电压调整模块进行电连接，包括：所述电源模块分别与差压放大模块中的误差放大器EA电源输入端和电压调整模块中的N型MOS管漏极电连接。
进一步的，所述电路还包括启动电路，所述启动电路的输入端与启动电源电连接，所述启动电路输出端与LDO输出端电连接；所述启动电路输出端还与所述电荷泵输入端电连接。
进一步的，所述启动电路包括P型MOS管，所述P型MOS管的源极与电源端连接，所述P型MOS管的漏极作为启动电路输出端。
基于同一发明构思，本发明还提供一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路的控制方法，根据向启动电路中接入的启动电压结合向启动电路输入启动控制电压，向输出电压VO给定一个初始电压值，根据初始值电压值电压调整模块、分压检测模块和压差放大模块建立正确的工作点。
进一步的，压差放大模块将分压检测模块检测的输出电压VO预基准电路提供的基准电压进行比较，并将比较结果进行放大输出到电压调整模块；
电压调整模块根据输出电压VO与压差放大模块放大后的比较结果进行叠加调整，输出调整后的输出电压VO。
基于上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
1.电荷泵的输出接功率管的栅极，在稳态时没有电流，电荷泵只有开关损耗而没有导通损耗；
2.电荷泵的输入电压由LDO本身的输出电压提供，改电压是一个稳定值，电荷泵输出不随电源变化，不会出现电荷泵的输出过高的情况，可以适应大范围的输出电压的变化；
3.电荷泵的输入电压由LDO本身的输出电压提供，而LDO的输出是一个稳定的电压，受电源电压波动影响极小，相对于现有的技术不会引入电源的干扰，从而获得更高的PSR值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路***示意图；
图2示出了本发明一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路拓扑电路图；
图3示出了本发明一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路包含启动电路拓扑电路图；
图4示出了现有技术低压线性稳压器LDO架构拓扑图；
图5示出了现有技术低压线性稳压器LDO改进架构拓扑图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。
基于现有技术电荷泵功耗大，由于电荷泵的效率低，而EA(误差放大器)功耗较高，所以电荷泵自身的损耗较大输入电压范围受限，电荷泵的输出电压不能超过当前EA所用器件的耐压BV，而电荷泵输出电压等于2倍电源电压，导致电源电压最高只能到1/2BV。
本发明实施例提供一种自供电的电荷泵1型高电源抑制比LDO电路，参见图1和图2：包括：电源模块、基准电路7和负载3，其特征在于，电压调整模块的输出端分别与所述负载3的输入端、分压检测模块的输入端电连接；所述负载3为电阻和电容并联接地的阻容负载。
所述分压检测模块的输出端连接压差放大模块的输入端，所述基准电路7与所述压差放大模块的输入端电连接，所述压差放大模块输出端与所述电压调整模块的输入端电连接；
所述电压调整模块包括：电压叠加模块和N型MOS管2，其中，所述电压叠加模块输出端与所述N型场效应管的栅极电连接；所述电压叠加模块包括但不限于电荷泵1；需要说明的是，本发明中主要采用电荷泵1，也可通过具有电压叠加功能的其他电子器件替代电荷泵1；
所述电源模块分别与所述压差放大模块和电压调整模块进行电连接，用于对所述压差放大模块和所述电压调整模块提供电源。
其中，所述N型场效应管的源极与所述电荷泵1的输入端电连接。
具体地，所述分压检测模块包括分压电阻R1和分压电阻R2；其中，所述分压电阻R1的输出端和所述分压电阻R2的输入端电连接并形成支路作为分压检测模块的输出端。所述分压电阻R1的输入端作为分压检测模块的输入端与N型MOS管2的源极电连接；分压电阻R2接地连接。
在一些可选的实施方式中，所述压差放大模块包括但不限于误差放大器6EA；需要说明的是，本发明中使用的压差放大模块中可以包括多种能够将电压误差放大的电子器件，不限于误差放大器6EA，其目的是能够将检测的电压进行放大以达到更好的调整电压误差。
具体地，所述误差放大器EA6的负输入端与所述分压检测模块的输出端电连接；所述误差放大器EA6的正输入端与所述基准电路7输出端电连接，所述基准电路7接地连接。基准电路用于向误差放大器EA6提供一个基准电压，使得误差放大器EA6将检测电压与基准电压进行比较；所述电源模块分别与所述压差放大模块和电压调整模块进行电连接，包括：所述电源模块分别与差压放大模块中的误差放大器EA6电源输入端和电压调整模块中的N型MOS管2漏极电连接。通过上述技术方案能够大幅降低电荷泵功耗，使得稳态功耗接近于0。
在一些可选的实施方式中，所述电路还包括启动电路8，参见图3，所述启动电路8的输入端与启动电源电连接，所述启动电路8输出端与LDO输出端电连接；所述启动电路8输出端还与所述电荷泵1输入端电连接。其中，所述启动电路8包括P型MOS管，所述P型MOS管的源极与电源端连接，所述P型MOS管的漏极作为启动电路8输出端。启动电路中的P型MOS管也可以通过其他具有开关性质的电子元器件替代使用，使得低压线性稳压器LDO在工作初期能够通过启动电路给定一个初始电压。
需要说明的是，由于在线性稳压器LDO工作初期，输出的电压VO很小或不存在，因此误差放大器6EA输出的误差电压很小或者不存在，通过电荷泵1叠加输出的电压存在达不到N型MOS管2的开启电压，可能存在电压调整模块无法正常工作的情况，因此在本发明中，设计启动电路8，通过给MOS管一个启动电压使得LDO输出端存在电压，经过分压检测模块将分得的检测电压输送到误差放大器6EA，在经过误差放大器6EA通过基准电压校准后输出误差到电荷泵1，电荷泵1将输出的误差和启动电路8给定的启动电压叠加输出电压控制电压调整模块中的N型MOS管2工作，从而唤醒线性稳压器LDO工作。本发明中的误差放大器、N型MOS管均与电源模块电连接用于供电。
基于同一发明构思，本发明还提供一种自供电的电荷泵1型高电源抑制比LDO电路的控制方法，根据向启动电路8中接入的启动电压结合向启动电路8输入启动控制电压，向输出电压VO给定一个初始电压值，根据初始值电压值唤醒电压调整模块、分压检测模块和压差放大模块工作。
进一步的，压差放大模块将分压检测模块检测的输出电压VO预基准电路7提供的基准电压进行比较，并将比较结果进行放大输出到电压调整模块；
电压调整模块根据输出电压VO与压差放大模块放大后的比较结果进行叠加调整，输出调整后的输出电压VO。
本发明的电路控制方法具体为：通过启动电路8中的MOS管给定栅极电压，使得启动电路8启动并同时向低压线性稳压器LDO的输出端给定一个输出电压VO，分压检测模块检测到输出电压VO并将检测电压输送到误差放大器EA6；误差放大器EA6将检测电压与基准电路7输送的基准电压进行比较输出误差放大电压给电荷泵1，通过电荷泵1将误差放大电压和给定的输出电压叠加输出电压gm作为N型MOS管的栅极电压，使得N型MOS管2导通，从而输出低压线性稳压器LDO的输出电压VO，若电源电压存在波动，仍然通过上述方式来减小低压线性稳压器LDO的输出电压VO的波动。
基于上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
1.电荷泵的输出接功率管的栅极，在稳态时没有电流，电荷泵只有开关损耗而没有导通损耗；
2.电荷泵的输入电压由LDO本身的输出电压提供，改电压是一个稳定值，电荷泵输出不随电源变化，不会出现电荷泵的输出过高的情况，可以适应大范围的输出电压的变化。
3.电荷泵的输入电压由LDO本身的输出电压提供，而LDO的输出是一个稳定的电压，受电源电压波动影响极小，相对于现有的技术不会引入电源的干扰，从而获得更高的PSR值。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路，包括：电源模块、基准电路和负载，其特征在于，电压调整模块的输出端分别与所述负载的输入端、分压检测模块的输入端电连接；
所述分压检测模块的输出端连接压差放大模块的输入端，所述基准电路与所述压差放大模块的输入端电连接，所述压差放大模块输出端与所述电压调整模块的输入端电连接；
所述电压调整模块包括：电压叠加模块和N型MOS管，其中，所述电压叠加模块输出端与所述N型场效应管的栅极电连接；所述电压叠加模块包括但不限于电荷泵；
所述电源模块分别与所述压差放大模块和电压调整模块进行电连接，用于对所述压差放大模块和所述电压调整模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述N型场效应管的源极与所述电荷泵的输入端电连接。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述分压检测模块包括分压电阻R1和分压电阻R2；其中，所述分压电阻R1的输出端和所述分压电阻R2的输入端电连接并形成支路作为分压检测模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述分压电阻R1的输入端作为分压检测模块的输入端与N型MOS管的源极电连接；分压电阻R2接地连接。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压差放大模块包括但不限于误差放大器EA；所述误差放大器的负输入端与所述分压检测模块的输出端电连接；所述误差放大器EA的正输入端与所述基准电路输出端电连接，所述基准电路接地连接。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源模块分别与所述压差放大模块和电压调整模块进行电连接，包括：所述电源模块分别与差压放大模块中的误差放大器EA电源输入端和电压调整模块中的N型MOS管漏极电连接。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包括启动电路，所述启动电路的输入端与启动电源电连接，所述启动电路输出端与LDO输出端电连接；所述启动电路输出端还与所述电荷泵输入端电连接。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述启动电路包括P型MOS管，所述P型MOS管的源极与电源端连接，所述P型MOS管的漏极作为启动电路输出端。
9.一种自供电的电荷泵型高电源抑制比LDO电路的控制方法，其特征在于，根据向启动电路中接入的启动电压结合向启动电路输入启动控制电压，向输出电压VO给定一个初始电压值，根据初始值电压值唤醒电压调整模块、分压检测模块和压差放大模块建立正确的工作点。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，压差放大模块将分压检测模块检测的输出电压VO预基准电路提供的基准电压进行比较，并将比较结果进行放大输出到电压调整模块；
电压调整模块根据输出电压VO与压差放大模块放大后的比较结果进行叠加调整，输出调整后的输出电压VO。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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