一种低噪声低压差线性稳压器电路的制作方法

本发明涉及电路技术领域，特别是指一种低噪声低压差线性稳压器电路。

背景技术：

低压差线性稳压器以其电路结构简单、占用芯片面积小及输出纹波小等优点，广泛应用于模拟、射频电路中的电源管理电路。同时，模拟、射频电路中对噪声敏感的电路模块，如锁相环、压控振荡器以及低噪声放大器等电路要求低压差线性稳压器具有低输出噪声特性。

如图1所示，现有的低噪声低压差线性稳压器，主要包括电压输入端vin’、电压输出端vout’、偏置电路1’、误差放大器ea’，p型场效应管mp1’、分压反馈电路2’以及滤波电容c2’，其中电压输入端vin’连接场效应管mp1’的源极和偏置电路1’的输入端，电压输出端vout’连接场效应管mp1’的漏极、滤波电容c2’的一端以及分压反馈电路2’的输入端，滤波电容c2’另一端接地；误差放大器ea’的同相输入端连接分压反馈电路2’的输出端，误差放大器ea’的反相输入端连接偏置电路1’的输出端，误差放大器ea’的输出端连接场效应管mp1’的栅极；其中偏置电路1’包括基准电压产生电路11’和rc低通滤波电路12’，基准电压产生电路11’的输入端为所述偏置电路1’的输入端，基准电压产生电路11’的输出端连接rc低通滤波电路12’的输入端，rc低通滤波电路12’的输出端为所述偏置电路1’的输出端，rc低通滤波电路12’可包括第一电阻r1’和第一电容c1’，第一电阻r1’一端与第一电容c1’一端相连，第一电阻r1’另一端为rc低通滤波电路12’的输入端，第一电阻r1’与第一电容c1’的公共端为rc低通滤波电路12’的输出端，第一电容c1’另一端接地；分压反馈电路2’包括第二电阻r2’和第三电阻r3’，第二电阻r2’一端为分压反馈电路2’的输入端，第二电阻r2’另一端与第三电阻r3’一端相连，第三电阻r3’另一端接地，第二电阻r2’和第三电阻r3’的公共端为分压反馈电路2’的输出端。

该低噪声低压差线性稳压器的工作原理为：若是电压输出端vin’的电压升高，则分压反馈电路2’的输出端输出的电压升高，即误差放大器ea’的同相输入端电压升高，误差放大器ea’反相输入端电压由偏置电路1’提供，误差放大器ea’将同相输入端电压与反相输入端电压做比较而使得误差放大器ea’的输出端电压升高，这样场效应管mp1’的栅极电压升高，而场效应管mp1’的栅极电压升高则使得场效应管mp1’的漏极电压下降，即使得电压输出端vin’的电压下降；而若是电压输出端vin’的电压下降，则分压反馈电路2’的输出端输出的电压下降，即误差放大器ea’的同相输入端电压下降，误差放大器ea’将同相输入端电压与反相输入端电压做比较而使得误差放大器ea’的输出端电压下降，这样场效应管mp1’的栅极电压下降，而场效应管mp1’的栅极电压下降则使得场效应管mp1’的漏极电压升高，即使得电压输出端vin’的电压升高；因此通过偏置电路1’、误差放大器ea’和分压反馈电路2’能形成负反馈而保证电压输出端vin’的电压恒定。

该低噪声低压差线性稳压器的噪声主要来源有：电压输入端vin’接入的输入电压引入的噪声、基准电压产生电路11’引入的噪声、误差放大器ea’引入的噪声、场效应管mp1’引入的噪声和分压反馈电路2’引入的噪声；该低噪声低压差线性稳压器降低噪声的原理是：通过采用具有高电源抑制比的基准电压产生电路11’和误差放大器ea’以降低电压输入端vin’接入的输入电压引入的噪声，通过rc低通滤波电路12’去除由基准电压产生电路11’引入的噪声，通过滤波电容c2’维持该低噪声低压差线性稳压器稳定的同时去除该低噪声低压差线性稳压器的整体噪声。

但是该低噪声低压差线性稳压器存在以下问题：该低噪声低压差线性稳压器的主极点位于电压输出端vout’上，即该低噪声低压差线性稳压器的主极点位于场效应管mp1’的漏极上，当负载大幅变化时，主极点’也随之大幅度变化，使得该低噪声低压差线性稳压器的稳定性受到影响；同时，当该低噪声低压差线性稳压器处于重载模式时，该电压输出端vout’的等效阻抗降低，这会导致主极点远离原点，使得该低噪声低压差线性稳压器的噪声去除能力降低；为了保证该低噪声低压差线性稳压器在重载时的噪声去除能力，会将滤波电容c2’的电容值提高，而滤波电容c2’的电容值提高会提高生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低噪声低压差线性稳压器电路，其能消除负载变化对该低噪声低压差线性稳压器电路的噪声去除能力的影响。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种低噪声低压差线性稳压器电路，其包括电压输入端、电压输出端、偏置电路、误差放大器、分压反馈电路、线性调整管以及滤波电容；所述线性调节管连接成共漏极结构或共集电极结构；电压输入端连接线性调整管的输入端和偏置电路的输入端，偏置电路的输出端连接误差放大器的同相输入端，误差放大器的反相输入端连接分压反馈电路的输出端，误差放大器的输出端连接滤波电容一端和线性调整管的控制端，滤波电容另一端接地，电压输出端连接线性调整管的输出端和分压反馈电路的输入端。

所述线性调整管为双极性晶体管，该双极性晶体管的集电极连接电压输入端，该双极性晶体管的发射极连接电压输出端，该双极性晶体管的基极连接误差放大器的输出端。

所述偏置电路包括基准电压产生电路和rc低通滤波电路，基准电压产生电路的输入端为所述偏置电路的输入端，基准电压产生电路的输出端连接rc低通滤波电路的输入端，rc低通滤波电路的输出端为所述偏置电路的输出端。

所述rc低通滤波电路包括第一电阻和第一电容，第一电阻一端与第一电容一端相连，第一电阻另一端为rc低通滤波电路的输入端，第一电阻与第一电容的公共端为rc低通滤波电路的输出端，第一电容另一端接地。

采用上述方案后，本发明的线性调节管连接成共漏极结构或共集电极结构，而且误差放大器的输出端连接滤波电容一端和线性调整管的控制端，这使得本发明的主极点处于误差放大器的输出端上，且该主极点取决于误差放大器的输出阻抗和滤波电容的大小，而与电压输出端连接的负载状态无关，因此本发明的噪声去除能力不受负载变化的影响。

附图说明

图1为现有的低噪声低压差线性稳压器的电路原理图；

图2为本发明的电路原理框图；

图3为本发明一种实施方式的的电路结构示意图(线性调整管为场效应管)；

图4为本发明另一种实施方式的电路结构示意图(线性调整管为双极性晶体管)；

图5为本发明的输出噪声功率谱曲线(曲线a为本发明的线性调整管为场效应管时的输出噪声功率谱曲线，曲线b为本发明的线性调整管为双极性晶体管时的输出噪声功率谱曲线)。

具体实施方式

如图2至图4所示，本发明揭示了一种低噪声低压差线性稳压器电路，包括电压输入端vin、电压输出端vout、偏置电路1、误差放大器ea、分压反馈电路2、线性调整管q以及滤波电容c2；根据线性调节管q选用为场效应管或双极性晶体管，所述线性调节管q连接成共漏极结构或共集电极结构；其中电压输入端vin连接线性调整管q的输入端和偏置电路1的输入端，偏置电路1的输出端连接误差放大器ea的同相输入端，误差放大器ea的反相输入端连接分压反馈电路2的输出端，误差放大器ea的输出端连接滤波电容c2一端和线性调整管q的控制端，滤波电容c2另一端接地，电压输出端vout连接线性调整管q的输出端和分压反馈电路2的输入端。由于线性调节管q连接成共漏极结构或共集电极结构，而且误差放大器ea的输出端连接滤波电容c2一端和线性调整管q的控制端，这使得所述的一种低噪声低压差线性稳压器电路的主极点处于误差放大器ea的输出端上，且该主极点由滤波电容c2决定而与电压输出端vout连接的负载状态无关，因此本发明的噪声去除能力不受负载变化的影响。

具体的，所述偏置电路1包括基准电压产生电路11和rc低通滤波电路12，基准电压产生电路11的输入端为所述偏置电路1的输入端，基准电压产生电路12的输出端连接rc低通滤波电路12的输入端，rc低通滤波电路12的输出端为所述偏置电路1的输出端；rc低通滤波电路12包括第一电阻r1和第一电容c1，第一电阻r1一端与第一电容c1一端相连，第一电阻r1另一端为rc低通滤波电路12的输入端，第一电阻r1与第一电容c1的公共端为rc低通滤波电路12的输出端，第一电容c1另一端接地。

所述分压反馈电路2包括第二电阻r2和第三电阻r3，第二电阻r2一端为分压反馈电路2的输入端，第二电阻r2另一端与第三电阻r3一端相连，第三电阻r3另一端接地，第二电阻r2和第三电阻r3的公共端为分压反馈电路2的输出端。

所述一种低噪声低压差线性稳压器电路的主要噪声共有五处：电压输入端vin接入的输入电压引入的噪声、偏置电路1引入的噪声、误差放大器ea引入的噪声、线性调整管q引入的噪声和分压反馈电路2引入的噪声。

其中对于电压输入端vin接入的输入电压引入的噪声，可以采用高电源抑制比的基准电压产生电路11与误差放大器ea来降低电压输入端vin接入的输入电压引入的噪声。另外由于线性调整管q连接成共漏极结构或共集电极结构，使得线性调整管q的输出端为一个低阻抗节点，这样可以同比例的降低分压反馈电路2的第二电阻r2和第三电阻r3的阻值，从而降低分压反馈电路2引入的噪声。

所述偏置电路1在电压输出端vout的等效输出噪声sout1(s)为：

其中β是分压反馈电路的分压系数，r2是第二电阻r2的阻值，r3是第三电阻r3的阻值；r1是第一电阻r1的阻值，c1是第一电容c1的电容值，aea(s)是误差放大器ea的增益，aq(s)是线性调整管q的增益，sint1(s)是在偏置电路1输入端的等效注入噪声。偏置电路1在电压输出端vout的等效输出噪声的传输函数为rc低通滤波电路的传输函数以及由分压反馈电路2、滤波电容c2、线性调整管q以及误差放大器ea组成的闭环控制电路的传输函数的乘积；对于偏置电路11引入的噪声而言，闭环控制电路的正向开环增益为误差放大器ea的增益与线性调整管q的增益的乘积。

所述误差放大器ea在电压输出端vout的等效输出噪声soutea(s)为：

其中sintea(s)是在误差放大器ea输入端的等效注入噪声。误差放大器ea在电压输出端vout的等效输出噪声的传输函数即为由分压反馈电路2、滤波电容c2、线性调整管q以及误差放大器ea组成的闭环控制电路的传输函数的乘积；对于误差放大器ea引入的噪声而言，闭环控制电路的正向开环增益为误差放大器ea的增益与线性调整管q的增益的乘积。

所述线性调整管q在电压输出端vout的等效输出噪声soutq(s)为：

其中sintq(s)是在线性调整管q输入端的等效注入噪声。线性调整管q在电压输出端vout的等效输出噪声的传输函数即为由分压反馈电路2、滤波电容c2、线性调整管q以及误差放大器ea组成的闭环控制电路的传输函数的乘积；对于线性调整管q引入的噪声而言，闭环控制电路的正向开环增益为1。

所述分压反馈电路2在电压输出端vout的的等效输出噪声sout2(s)为：

其中sint2(s)是在分压反馈电路2输入端的等效注入噪声。分压反馈电路2在电压输出端vout的等效输出噪声的传输函数即为由分压反馈电路2、滤波电容c2、线性调整管q以及误差放大器ea组成的闭环控制电路的传输函数的乘积；对于分压反馈电路2引入的噪声而言，闭环控制电路的正向开环增益为1。

所述偏置电路1和误差放大器ea的噪声特性为低通，偏置电路1和误差放大器ea主要贡献了所述一种低噪声低压差线性稳压器电路的低频输出噪声；线性调整管q和分压反馈电路2的噪声特性为高通，线性调整管q和分压反馈电路2主要贡献了所述一种低噪声低压差线性稳压器电路的高频输出噪声。

配合图3所示，在本发明一种实施方式中，所述线性调整管q为场效应管q1，该场效应管q1的漏极连接电压输入端vin，该场效应管q1的源极连接电压输出端vout，该场效应管q1的栅极连接误差放大器ea的输入端，这样线性调整管q便连接成共漏极结构。

配合图4所示，在本发明另一种实施方式中，所述线性调整管q为双极性晶体管q2，该双极性晶体管q2的集电极连接电压输入端vin，该双极性晶体管q2的发射极连接电压输出端vout，该双极性晶体管q2的栅极连接误差放大器ea的输入端，这样双极性晶体管q2便连接成共集电极结构。配合图5所示，相比较线性调整管q为场效应管q1的情况，线性调整管q为双极性晶体管q2的情况能减少高频噪声。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。