稳压器的制作方法

[0001]
本申请涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种稳压器。


背景技术：

[0002]
ldo(low dropout regulator，低压差线性稳压器)，是一种线性稳压器，使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。低压降(ldo)线性稳压器具备成本低，噪音低，静态电流小等优点，被广泛应用于电子设计产业。
[0003]
psrr(power supply rejection ratio，电源纹波抑制比)是输入电源变化量(以伏为单位)与转换器输出变化量(以伏为单位)的比值。与其它的失衡量一样，参数规范中的电源抑制比一般是针对运算放大器的输入而言的。运算放大器的电源线上的噪声也会对输出信号造成影响，因此必须适当地“抑制”噪声。而电源抑制比就是测量运算放大器抑制这种偏差的程度的量。
[0004]
但是在模拟电路设计过程中，影响输出信号的因素除了电路本身之外，还受到了供电电源的影响，一般采用ldo作为电源稳压器。对于高质量的模拟电路，要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时，对输出的电压影响极小。psrr是一个用来描述输出信号受电源影响的量，psrr越大，输出信号受到电源的影响越小。因此如何提高环路psrr，一直是一个难点。


技术实现要素：

[0005]
本申请实施例的目的在于提供一种稳压器，用以提高环路的psrr。
[0006]
本申请实施例第一方面提供了一种稳压器，包括：放大器，所述放大器的反相输入端连接参考电压；输出电路，分别连接电源、所述放大器的输出端和所述放大器的正相输入端；补偿电路，一端连接所述电源，另一端连接所述输出电路，其中，所述补偿电路的输出相位与所述电源到所述输出电路的通路相位相反。
[0007]
于一实施例中，所述补偿电路包括：电流镜，一端连接所述电源，另一端连接所述输出电路。
[0008]
于一实施例中，所述电流镜包括：第一三极管和第二三极管，所述第二三极管为共栅连接。
[0009]
于一实施例中，所述电流镜还包括：滤波电路，一端连接所述电流镜，另一端接地。
[0010]
于一实施例中，所述滤波电路包括：第一电阻，一端连接在所述第一三极管的栅极，另一端连接所述第二三极管的栅极；第一电容，一端连接在所述第一电阻与所述第二三极管的栅极的连接点，另一端接地。
[0011]
于一实施例中，所述补偿电路还包括：第二电阻，一端连接所述输出电路，另一端接地；第三三极管，所述第三三极管的源极连接所述第二三极管的漏极，所述第三三极管的栅极连接所述输出电路，所述第三三极管的漏极接地。
[0012]
于一实施例中，所述补偿电路还包括：第四三极管，所述第四三极管的漏极连接所述第一三极管的漏极，所述第四三极管的栅极连接偏置电压，所述第四三极管的源极接地。
[0013]
于一实施例中，所述补偿电路还包括：第二电容，一端连接所述第二三极管的漏极，另一端连接所述输出电路。
[0014]
于一实施例中，所述输出电路包括：第五三极管，所述第五三极管的源极连接所述电源，所述第五三极管的栅极分别连接所述放大器的输出端和所述第二电容，所述第五三极管的漏极连接所述放大器的所述正相输入端。
[0015]
于一实施例中，还包括：采样电路，分别连接所述输出电路和所述放大器的所述正相输入端。
[0016]
本申请提供的稳压器，在放大器与输出电路之间设置补偿电路，来增加一条电源到输出电路的通路，并使这条通路的相位与电源直接到输出电路传的通路相位相反，从而使得电源电压上文波噪声的自我抵消，进而提高稳压器输出电路的psrr。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0018]
图1为本申请一实施例的稳压器的结构示意图；
[0019]
图2为本申请一实施例的稳压器的结构示意图。
[0020]
附图标记：
[0021]
ldo-稳压器，a0-放大器，b0-输出电路，vdd-电源，200-补偿电路，pm1-第一三极管，pm2-第二三极管，pm3-第三三极管，nm4-第四三极管，pm5-第五三极管，r1-第一电阻，c1-第一电容，c2-第二电容，r2-第二电阻，c3-负载电容，vbn-偏置电压，vref-参考电压，vfb-采样信号。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0023]
如图1所示，本实施例提供一种稳压器ldo，包括：放大器a0、输出电路b0和补偿电路200，其中：
[0024]
放大器a0的反相输入端连接参考电压vref，放大器a0的正相输入端连接输出电路b0的输出端。放大器a0的输出端连接输出电路b0的输入端。补偿电路200的一端连接电源vdd，另一端连接输出电路b0，补偿电路200的输出相位与电源vdd到输出电路b0的通路相位相反。
[0025]
在实际场景中，输出电路b0的输出电压作为采样电压加在放大器a0的正相输入端，其与加在放大器a0反相输入端的参考电压vref相比较，两者的差值经放大器a0放大后，控制输出电路b0的压降，从而稳定输出电压。当输出电压降低时，参考电压vref与采样电压
的差值增加，放大器a0输出电压降低，进而使得输出电路b0的偏置电压降低，从而使输出电压升高。相反，若输出电压超过所需要的设定值，放大器a0输出电压升高，从而使输出电路b0的偏置电压升高，从而使输出电压降低。在电源vdd供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受放大器a0和输出电路b0回路反应速度的限制。
[0026]
传统ldo结构中，影响psrr的电源vdd文波vdd ripple主要来源于三个支路：第一个为电源vdd通过放大器a0的供电电源vdd环路输出到ldo输出端，第二个为电源vdd通过输出支路直接叠加到ldo输出端，第三个为直接通过b0部分的第五三极管pm5叠加到输出端，psrr很大部分决定于放大器a0的环路增益与带宽。而通过设置补偿电路200，增加一个从电源vdd到ldo输出端一个的环路，此环路的相位与电源vdd直接叠加到输出电路b0的相位相反，因为可以提高特定频段ldo psrr。
[0027]
如图2所示，本实施例提供一种稳压器ldo，其中，补偿电路200包括：由第一三极管pm1和第二三极管pm2组成的电流镜，其中，电流镜一端连接电源vdd，另一端连接输出电路b0。第一三极管pm1为diode连接(二极管连接)，作电流镜。第二三极管pm2为共栅连接。第一三极管pm1和第二三极管pm2可以是p型mos管。
[0028]
于一实施例中，电流镜还包括：滤波电路，一端连接电流镜，另一端接地。滤波电路可以是rc滤波电路，可以包括：第一电阻r1和第一电容c1。其中，第一电阻r1一端连接在第一三极管pm1的栅极，另一端连接第二三极管pm2的栅极。第一电容c1的一端连接在第一电阻r1与第二三极管pm2的栅极的连接点，另一端接地。
[0029]
于一实施例中，补偿电路200还包括：第二电阻r2和第三三极管pm3，二者组成负反馈电路。其中第二电阻r2的一端连接输出电路b0，另一端接地。第三三极管pm3的源极连接第二三极管pm2的漏极，第三三极管pm3的栅极连接输出电路b0，第三三极管pm3的漏极接地。可以保证环路loop1直流工作点，避免跑偏。第三三极管pm3可以是p型mos管。
[0030]
于一实施例中，补偿电路200还包括：第四三极管nm4，第四三极管nm4的漏极连接第一三极管pm1的漏极，第四三极管nm4的栅极连接偏置电压vbn，第四三极管nm4的源极接地。第四三极管nm4参与组成上述电流镜，其接入的偏置电压vbn可以决定环路loop3和环路loop4的工作电流。第四三极管nm4可以是n型mos管
[0031]
于一实施例中，补偿电路200还包括：第二电容c2，一端连接第二三极管pm2的漏极，另一端连接输出电路b0。
[0032]
于一实施例中，输出电路b0包括：第五三极管pm5，第五三极管pm5的源极连接电源vdd，第五三极管pm5的栅极分别连接放大器a0的输出端和第二电容c2，第五三极管pm5的漏极连接放大器a0的正相输入端。第五三极管pm5可以是p型mos管
[0033]
于一实施例中，还包括：采样电路，分别连接输出电路b0和放大器a0的正相输入端。采样电路可以包括电阻r3和电阻r4，其中，电阻r3一端连接第五三极管pm5的漏极，另一端连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端通过第二电阻r2接地，放大器a0的正相输入端连接在电阻r2与电阻r3的连接点，用于将采样信号vfb输入至放大器a0的正相输入端。
[0034]
于一实施例中，还包括负载电容c3，该负载电容c3一端连接第五三极管pm5的漏极，另一端接地，用于防止负载端电压突变。
[0035]
于一实施例中，以图2所示的稳压器ldo为例，现将上述稳压器ldo的电路原理说明如下：
[0036]
由第一三极管pm1、第二三极管pm2、第三三极管pm3、第四三极管nm4以及第一电阻r1、第一电容c1、和第二电容c2cc形成的电源vdd到补偿电路200的输出端vx的ac(alternating current，交流电)环路。此补偿电路200只存在ac环路，故而对ldo直流工作状态并无影响。图中箭头走向表示环路信号方向。
[0037]
对于ac信号：补偿电路200从电源vdd到输出端vx共有两条ac通路，分别为通路loop1和通路loop3。针对通路loop1和通路loop3，由于第一电阻r1和第一电容c1构成了一阶低通滤波器，故对于输出端vx点来说，只有loop3的低频部分信号和loop1的全频段信号可以通过。而对于低频信号部分，loop1和loop3信号相位相反，可以相互抵消，故而低频部分增益可以忽略。对于中频信号(比如1mhz到几十mhz部分)，输出端vx的输出信号可以主要是由loop1形成的电源vdd输入，以及电源vdd上中频段噪声经过pm2共栅放大后的信号。
[0038]
于一实施例中，环路loop4也存在一条电源vdd到输出端vout的环路，但实际使用中第三三极管pm3基本无增益，相对于环路loop1，此环路loop4的信号很小，可以忽略。
[0039]
对于ldo的输出端vout来说：电源vdd文波是经过环路loop1、环路loop2、环路loop3叠加后的结果。其中，环路loop3传导的电源vdd噪声低频部分经过环路loop3和第二三极管pm2反向放大后，与环路loop1的低频电源vdd噪声相位相反，而相互抵消。因此经过环路loop1后，电源vdd噪声低频部分无增益。
[0040]
而loop3高频部分被第一电阻r1和第一电容c1滤波掉，因此经过loop3到第二三极管pm2处无中高频信号。
[0041]
另一方面，环路loop1传导的中高频噪声信号依然存在，此信号经过第五三极管pm5放大并反向后，与输出电路b0的输出端电源vdd噪声相位相反，进而起到消减输出电路b0中高频噪声的作用。在实际场景中，由于电路中管子器件不是完全理想的，受功耗和工艺，尺寸等限制，管子的带宽有限，由于管子的频率响应，高频处也无增益。因此最终显现到输出端有增益的部分就是中频段。故而可以提高ldo输出端vout的中频段(1mhz到几十mhz部分)的psrr。
[0042]
于一实施例中，具体可以提高哪些特定频段的psrr，与补偿电路200的响应速度/带宽有关，主要由第三三极管pm3、第三三极管pm3的尺寸与电流、第一电阻r1、第一电容c1和第二电容c2大小决定。
[0043]
于一实施例中，补偿电路200的效果与电路具体工艺有关，比如5nm工艺，本身速度快，功耗无限制，补偿电路200用1ma的电流，高频部分到几百兆时，补偿电路200依然有补偿效果。
[0044]
于一实施例中，低频部分和第一电阻r1、第一电容c1(rc滤波器)的大小有关，如果二者面积无限制，第一电阻r110m欧姆，第一电容c1两百皮法，rc常数压到很高，那么低频也可以补偿。
[0045]
于一实施例中，在40nm工艺中，补偿电路200用了60ua的电流，针对频段在1m到20mhz的范围，稳压器ldo输出端的psrr减小了5db～10db。
[0046]
于一实施例中，补偿电路200也可以加入负载敏感结构来做动态偏置，从而解决在不同负载情况下psrr会有变化的问题。
[0047]
上述稳压器ldo，通过在放大器a0与输出电路b0之间设置补偿电路200，补偿电路200通过共源放大的频率响应和rc的滤波特性，将电源vdd电压噪声经过第二三极管pm2放
大，然后经过第二电容c2的交流的作用，进而经过pm4放大，可以提高ldo输出端vout的中频段的psrr。
[0048]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。