高电源电压抑制比无电容低压差电压调节器

摘要

本发明公开一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器，包括误差放大器、输出级PMOS管、第一补偿电容、第一电阻及第二电阻，在误差放大器的电源电压和输出级之间引入一个增益为-1的信号通路以抵消输出级的负面影响，从而获得高电源电压抑制比，通过本发明，获得了理想的高电源电压抑制比。

说明书

技术领域

本发明关于一种无电容低压差电压调节器，特别是涉及一种高电源电压抑 制比无电容低压差电压调节器。

背景技术

目前，很多诸如锁相环PLL和模数变换器ADC等越来越多的对电源参数敏 感的电路对供电电源的纹波PSRR(Power Supply Rejection Ratio，电源抑制比) 要求越来越高，供电电源普遍采用无电容低压差调节器(LDO regulator)。

然而，普通无电容LDO的电源抑制比(PSRR)在中频频段一般较差。图1 为现有技术中一种无电容低压差调节器的电路示意图，如图1所示，该无电容 低压差调节器包括误差放大器10、PMOS管MP1、补偿电容Cc、分压电阻R1、 R2以及负载电容CL(负载电容可以为0)，误差放大器10接电源电压，其负输 入端接参考电压Vref，输出端接PMOS管MP1栅极及补偿电容Cc，PMOS管 MP1源极接电源电压，漏极接补偿电容Cc另一端，并通过串联的电阻R1、R2 接地，同时输出Vout，负载电容接于PMOS管MP1漏极输出的Vout上，电阻 R1、R2的中间节点接于误差放大器10的正输入端，电阻R1、R2形成电阻网络 对输出电压进行采样。

在现有技术的无电容低压差电压调节器(LDO)中，输出级会引入一个密 勒(Miller)补偿电容Cc来实现LDO的稳定性，因为输出级的输出VOUT对 电源VDD的交流AC增益gain＝1，密勒电容Cc的引入会恶化LDO中频段的电 源抑制比PSRR。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种高电源电 压抑制比无电容低压差电压调节器，其通过在误差放大器和输出级间引入一个 输出VOUT对电源的交流AC增益gain＝-1的放大器来抵消输出级的负面影响， 从而获得理想的高电源电压抑制比。

为达上述及其它目的，本发明提供一种高电源电压抑制比无电容低压差调节 器，包括误差放大器、输出级PMOS管、第一补偿电容、第一电阻及第二电阻， 在误差放大器的电源电压和输出级之间引入一个增益为-1的信号通路以抵消输 出级的负面影响，从而获得高电源电压抑制比。

进一步地，在误差放大器的电源电压和输出级间引入一个输出对电源电压的 中频段交流AC增益为-1的放大器来抵消输出级的负面影响。

进一步地，该误差放大器包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS 管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS 管以及第二补偿电容，该第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四 PMOS管源极均接于该电源电压，该第一PMOS管栅漏相接并接于该第三PMOS 管栅极与该第一NMOS管漏极，该第二PMOS管栅漏相接并接于该第四PMOS 管栅极及该第二NMOS管漏极，该第三PMOS管漏极接栅漏相连的该第三 NMOS管的漏极，该第三NMOS管栅极接该第四NMOS管栅极，源极接地，该 第四PMOS管漏极接该第一补偿电容、该输出级PMOS管栅极及该第四NMOS 管漏极，该第四NMOS管源极接地，该第二补偿电容一端接于该第四PMOS管 栅极，另一端接参考电压，该第一NMOS管栅极接参考电压，源极与该第二 NMOS管的源极通过电流源接地，该第二NMOS管栅极接该第一电阻与该第二 电阻的中间节点。

进一步地，该误差放大器包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS 管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及一电容，该第一PMOS 管与该第二PMOS管源极接该电源电压，该第一PMOS管栅漏相连，并接于该 第二PMOS管栅极及通过该电容接参考电压，该第一PMOS管漏极接该第三 NMOS管漏极，该第三NMOS管与该第四NMOS管共栅极并接偏置电压，该第 二PMOS管漏极接该第四NMOS管漏极及该输出级PMOS管栅极，该第三 NMOS管源极接该第二NMOS管漏极，该第四NMOS管源极接该第一NMOS 管漏极，并接于该第一补偿电容，该第一NMOS管栅极接参考电压，源极与该 第二NMOS管源极通过电流源接地，该第二NMOS管栅极接该第一电阻与该第 二电阻的中间节点。

与现有技术相比，本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差电压调节器， 其通过在误差放大器和输出级间引入一个输出VOUT对电源的交流AC增益 gain＝-1的放大器来抵消输出级的负面影响，从而获得理想的高电源电压抑制比 PSRR。

附图说明

图1为现有技术中一种无电容低压差调节器的电路示意图；

图2为本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器的电路示意图；

图3为本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器之第一较佳实施 例的电路示意图；

图4为本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器之第二较佳实施 例的电路示意图；

图5为本发明较佳实施例的仿真效果图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术 人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明 亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基 于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器的电路示意图。如 图2所示，本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器，包括：误差放 大器20、输出级PMOS管MP1、第一补偿电容Cc1、电阻R1、R2以及负载电 容RL，误差放大器20接电源电压Vdd，其负输入端接参考电压Vref，输出端 接输出级PMOS管MP1栅极及第一补偿电容Cc1，输出级PMOS管MP1源极 接电源电压，漏极接从第一补偿电容Cc1另一端，并通过串联的电阻R1、R2 接地，同时输出Vout，负载电容CL接于输出级PMOS管MP1漏极输出的Vout 上，电阻R1、R2的中间节点接于误差放大器10的正输入端，为实现高电源电 压抑制比，本发明在误差放大器的电源电压Vdd和输出级Vout间引入一个增益 gain＝-1的信号通路，即在误差放大器的电源电压和输出级间引入一个输出 VOUT对电源Vdd的中频段交流AC增益gain＝-1的放大器来抵消输出级的负面 影响，从而获得理想的高电源电压抑制比。

图3为本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器之第一较佳实施 例的电路示意图。在本发明第一较佳实施例中，误差放大器20包括PMOS管 P1/P2/P3/P4、NMOS管N1/N2/N3/N4以及第二补偿电容Cc2，其中PMOS管 P1/P2/P3/P4源极均接于电源电压Vdd，P1栅漏相接并接于P3栅极与NMOS管 N1漏极，P2栅漏相接并接于P4栅极及NMOS管N2漏极，PMOS管P3漏极 接栅漏相连的NMOS管N3的漏极，NMOS管N3栅极接NMOS管N4栅极， 源极接地，PMOS管P4漏极接第一补偿电容Cc1、输出级PMOS管MP1栅极 及NMOS管N4漏极，N4源极接地，在此PMOS管P3/P4/N3/N4形成镜像恒 流源，第二补偿电容Cc2一端接于PMOS管P4栅极，另一端接参考电压Vb， NMOS管N1栅极接参考电压Vref，源极与NMOS管N2的源极通过电流源I1 接地，NMOS管N2栅极接电阻R1、R2的中间节点。

可见，本发明第一较佳实施例在误差放大器的镜像恒流源的输出PMOS管 P4的栅极增加一个第二补偿电容Cc，其一端接干净的参考电压Vb，籍此引入 一个增益gain＝-1的路径；由此放大器流向节点A的电流为IA＝Vdd*s*Cc，此 电流被输出级作积分运算，在中频段，输出级等效为一个理想积分器而吸收所 有进入节点A的电流，这样输出电压为-Vout＝IA/(s*Cc)，因此增益为 Vout/Vdd＝-1；

可见，本发明第一较佳实施例可以在在中频段引入一个增益为gain＝-1的路 径来抵消密勒补偿电容的影响，从而提高PSRR。

图4为本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差调节器之第二较佳实施 例的电路示意图。在本发明第二较佳实施例中，误差放大器20包括PMOS管 P1/P2、NMOS管N1/N2/N3/N4以及一电容Cgd，其中，PMOS管P1/P2源极接 电源电压Vdd，P1栅漏相连，并接于P2栅极及通过电容Cgd接参考电压Vc， 在本发明较佳实施例中，电容Cgd等于P1的栅漏电容，P1漏极接NMOS管N3 漏极，N3/N4共栅极并接偏置电压Vb，P2漏极接NMOS管N4漏极及输出级 PMOS管MP1栅极，NMOS管N3源极接NMOS管N2漏极，N4源极接N1漏 极，并接于第一补偿电容Cc1，NMOS管N1栅极接参考电压Vref，源极与NMOS 管N2源极通过电流源I1接地，NMOS管N2栅极接电阻R1、R2的中间节点。

为减小密勒补偿电容的影响，在密勒补偿电容Cc1和输出级电源纹波导入 点间增加一共栅缓冲器，本发明的补偿电容Cc1和输出级电源纹波导入点间由 该缓冲器隔离，在中频段，“Add＝1”路径被传输函数为“A(Vb)＝1”的共栅缓冲器 取代，因此偏置电压Vb必须足够干净；

虽然密勒补偿电容的恶化影响被共栅缓冲器隔离，但在LDO中，Mp1是个 大尺寸管子，其栅漏电容Cgd较大，同样会恶化PSRR，故一样需要引入和电路 实现一样的路径来抵消不良影响，同样Vc需要是个干净的参考电压。

图5为本发明较佳实施例的仿真效果图，可见，通过本发明，确实实现了高 电源电压抑制比。

综上所述，本发明一种高电源电压抑制比无电容低压差电压调节器，其通过 在误差放大器和输出级间引入一个输出VOUT对电源的交流AC增益gain＝-1的 放大器来抵消输出级的负面影响，从而获得理想的高电源电压抑制比。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任 何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修 饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。