一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法

本发明属于芯片设计，具体是一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法。

背景技术：

1、无线能量管理单元(wireless power management unit,wpmu)是电子设备的供能系统，在不同领域被广泛应用。随着片上集成技术的不断发展，集成电路片上系统(systemon chip,soc)实现的功能应用也越来越繁杂。常见的穿戴式和植入式生物医疗电子设备，例如心跳血压监测器、胃肠胶囊内镜、心脏起搏器、深部脑刺激器等，在日常生活和身体健康方面，给人们带来了极大的便利。作为无线能量管理单元wpmu中的核心模块ldo主要面临一个难点，是电源抑制比难点，ldo在高频范围应具有更好的电源抑制能力，提供噪声敏感模块一个干净没有纹波的输入电压。

2、当wpmu输入功率范围为50μw至100μw时，因为输入电压过低需要dc-dc进行升压处理，其内部开关频率在高频1mhz～100mhz范围会存在电源纹波，从而导致稳压器对电源抑制能力变差，使电源和噪声敏感模块之间的隔离作用衰弱。

技术实现思路

1、为了解决稳压器对电源抑制能力差的缺陷，导致电源和噪声敏感模块之间的隔离作用衰弱的问题，本发明的目的是一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法包括以下步骤：

3、步骤一、使用双环反馈结构，双环反馈结构包括高速环和低速环，高速环用于通过高速低增益快环回路提高ldo瞬态响应速度，低速环用于通过低速高增益慢环回路提高环路整体增益；

4、步骤二、在ldo电路结构电源抑制的节点处增加辅助ldo，增强高频范围内电源抑制比大小；

5、步骤三、添加动态电流阻抗调制技术，使得主极点阻抗大小保持动态稳定，提高相位裕度，保证环路稳定性；

6、步骤四、使用nmos晶体管做输入对管的折叠式共源共栅放大器结构对基准电压和反馈电压进行精准误差放大。

7、采用上述方案后实现了以下有益效果：1、使得主极点阻抗大小保持动态稳定，提高相位裕度，保证环路稳定性；使得ldo具有极高的低频电源抑制比。

8、2、相比pmos做输入对管减小电源噪声对放大器的影响。

9、3、本发明提出一种提高线性稳压器在低压条件下全频谱范围内电源抑制能力的方法作为wpmu中的核心稳压，在低频下具有极高电源抑制比，同时在高频下也具有良好电源抑制能力，为不同负载模块提供干净没有纹波的内部电源，在电源和噪声敏感模块之间起到了良好的隔离作用。

10、进一步，步骤一包括以下步骤：

11、s1.1、针对loop1输出节点vout，采用了片内集成电容的方式，使得主极点位置保持在vout，从而达到对高频电源噪声有效过滤的目的。

12、s1.2、针对loop2，主极点位置应当保持在vmir，使得放大器输出结点vea被推至高频mhz，确保loop2环路稳定性，提高增益，进一步增强电源抑制能力。

13、有益效果：使用双反馈回路对输出电压进行调整，其目的主要在于保证电路具有快速响应，同时保持极高的电源抑制比psr，改善电源抑制尖峰导致的抑制能力较差问题，

14、进一步，所述步骤二中，三输入辅助ldo通过将输入电源电压的噪声进一步过滤，给内部提供一个干净没有纹波的vmir电压，改善10mhz出现电源抑制尖峰。

15、进一步，所述步骤三中动态电流阻抗调制技术用于根据负载电流大小动态调节放大器第一级输出节点阻抗大小。

16、有益效果：在不使用片外大负载电容的情况下对环路相位裕度的性能要求极高，因此放大器pvt特性十分关键，同时由于高电源抑制比这一特征，需要放大器保持较高增益，然而提高环路增益会导致环路稳定性面临巨大挑战，其稳定能力会大幅降低，为了保证放大器相位裕度，保证环路稳定性，这里提出了动态电流阻抗调制技术，根据负载电流大小动态调节放大器第一级输出节点阻抗大小。

17、进一步，所述步骤四中nmos作为输入对管的折叠式共源共栅放大器。

18、有益效果：1、误差放大器采用了nmos为输入对管的折叠式共源共栅放大器，相比五管放大器结构增益得到了很大程度的增强，同时采用nmos做输入对管减小电源电压对电路的影响，在电源抑制比要求极高类型的电路当中，相比pmos做输入对管的电路，其电源抑制效果有更强的优势。误差放大器的第二级相比传统折叠式共源共栅结构新增了一层pmos晶体管，在这里的主要目的是通过增加mos晶体管对电源进行过滤，减小电源噪声对放大器输出的影响。

19、2、本发明能够增强低频增益、瞬态响应能力、环路相位裕度三种关键因素。首先双环路结构，这里作为快环低增益的电压翻转跟随环路，能够快速对负载突变做出响应，提高瞬态响应能力。其次利用内部三输入辅助ldo的过滤噪声纹波特性，将较为电源抑制比敏感处的节点进行有效过滤，提高全频谱范围电源抑制比大小。最后通过nmos做输入对管的折叠式共源共栅放大器对基准电压和反馈电压进行误差放大，一方面提高环路增益，另一方面减小vdd电源处的噪声对放大器第一级输出的影响。

技术特征：

1.一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法，其特征在于：步骤一包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法，其特征在于：所述步骤二中，三输入辅助ldo通过将输入电源电压的噪声进一步过滤，给内部提供一个干净没有纹波的vmir电压，改善10mhz出现电源抑制尖峰。

4.根据权利要求3所述的一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法，其特征在于：所述步骤三中动态电流阻抗调制技术用于根据负载电流大小动态调节放大器第一级输出节点阻抗大小。

5.根据权利要求4所述的一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法，其特征在于：所述步骤四中nmos作为输入对管的折叠式共源共栅放大器。

技术总结
本发明公开了芯片设计技术领域的一种提高线性稳压器的电源抑制能力的方法包括以下步骤：步骤一、使用双环反馈结构，双环反馈结构包括高速环和低速环，高速环用于通过高速低增益快环回路提高LDO瞬态响应速度，低速环用于通过低速高增益慢环回路提高环路整体增益；步骤二、在LDO电路结构电源抑制的节点处增加辅助LDO；步骤三、添加动态电流阻抗调制技术；步骤四、使用NMOS晶体管做输入对管的折叠式共源共栅放大器结构对基准电压和反馈电压进行精准误差放大，在低频下具有极高电源抑制比，同时在高频下也具有良好电源抑制能力，为不同负载模块提供干净没有纹波的内部电源，在电源和噪声敏感模块之间起到了良好的隔离作用。

技术研发人员：董嗣万,单成,丁雷声,卜森
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15