一种低噪声LDO电路及其工作方法与流程

本发明属于集成电路，具体地，涉及一种应用于低噪声要求的ldo电路及其工作方法。

背景技术：

1、对噪声敏感的模拟/射频芯片应用中，相对于开关稳压器，低压差线性稳压器(lowdropout regulator，简称ldo)通常是优选。低噪声ldo稳压器为各种模拟/射频电路供电，包括频率合成器(pll/vco)、射频混频器和调制器、高分辨率的高速数据转换器以及应用于vr/ar的硅基微型显示驱动芯片。低频噪声(1/f噪声)是系统的主要噪声来源，仅次于热噪声。

2、ldo电路通常包含偏置电压单元、带隙基准电压单元、误差放大器单元、功率管以及电阻分压负反馈环路单元。ldo电路被广泛运用于集成电路中，具有降压稳压的作用。

3、ldo电路包括误差放大器，由基准电压和输出反馈电压的差值作为误差放大器的差分输入。系统噪声包括带隙基准电压单元的带隙基准噪声、误差放大器的噪声和电阻分压负反馈环路单元中的反馈电阻的噪声，其中，带隙基准噪声是系统噪声中最主要的噪声来源。现有技术中，有三种方式来减少系统噪声：减小带隙基准噪声；通过调整器件尺寸和偏置电流来减小误差放大器的噪声；减小反馈电阻大小以降低反馈电阻的噪声。然而，现有技术中带隙基准电压单元和误差放大器均采用独立模块，带隙基准电压单元产生的带隙基准电压与误差放大器的参考电压之间存在噪声偏差，误差放大器和带隙基准电压单元中的放大器均会增大系统的输出噪声，不仅增加了电路噪声来源，而且模块集成度较低，电路元器件数量多，导致电路面积大。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供了一种低噪声ldo电路及其工作方法，设计降噪电路单元，在直流下输出带隙基准电压作为参考电压，在交流下对反馈电压与参考电压的差值进行放大以获得基准电压，实现了减少元器件数量以降低热噪声，对元器件调制以减小低频噪声，具有良好的电源抑制比，为系统提供稳定低噪的电源。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提出了一种低噪声ldo电路，包括：偏置电路单元、分压负反馈环路单元、驱动级电路单元、功率管；

4、电路还包括：降噪电路单元；其中，偏置电路单元的输入端连接输入电压、输出端连接降噪电路单元的第1输入端；降噪电路单元的输出端连接驱动级电路单元的输入端，驱动级电路单元的输出端连接功率管的栅极，功率管的源极连接输入电压，分压负反馈环路单元的输入端和功率管的漏极均连接输出电压，分压负反馈环路单元的输出端连接降噪电路单元的第2输入端；

5、偏置电路单元向降噪电路单元提供偏置电流，分压负反馈环路单元向降噪电路单元提供反馈电压，降噪电路单元向驱动级电路单元提供基准电压；

6、偏置电路单元，用于减小偏置电流的波动和低频噪声电流；降噪电路单元，用于在直流下输出带隙基准电压作为参考电压，在交流下对反馈电压与参考电压的差值进行放大以获得基准电压；分压负反馈环路单元，用于降低参考电压噪声和反馈电阻噪声电流。

7、优选地，电路还包括：过流保护电路单元、过温保护电路单元以及控制电路单元；过流保护电路单元、过温保护电路单元以及控制电路单元的一端均连接输入电压，另一端均连接降噪电路单元的控制端。

8、优选地，偏置电路单元包括：第1pmos管、第2pmos管，第11pmos管、第1nmos管、第1bjt管、第2bjt管以及偏置电阻；第1bjt管与第2bjt管为电流镜结构，第1bjt管的集成数量为m1，m1为大于1的整数；

9、其中，第1pmos管的源极与第2pmos管的源极均连接输入电压；第1pmos管的栅极、第2pmos管的栅极与第1nmos管的漏极的连接点电压为偏置电压；

10、第1nmos管的源极连接第1bjt管的发射极和偏置电阻的一端；第1nmos管的栅极连接第11pmos管的栅极和漏极；第1pmos管的漏极连接第1bjt管的集电极，第11pmos管的漏极连接第2bjt管的集电极；第2bjt管的发射极连接偏置电阻的另一端并接地。

11、优选地，偏置电路单元，用于同时增大第1pmos管、第2pmos管的沟道长度和沟道宽度，且保持第1pmos管、第2pmos管的沟道长宽比不变，以减小偏置电流的波动和低频噪声电流。

12、优选地，降噪电路单元包括：第3pmos管、第4pmos管、第5pmos管、第3bjt管、第4bjt管、第5bjt管、第6bjt管、第1二极管、第2二极管、第3二极管、第4二极管、第5二极管、第1带隙基准电阻、第2带隙基准电阻以及第3带隙基准电阻；

13、其中，第3pmos管、第4pmos管以及第5pmos管的栅极均连接偏置电压；pm3、pm4以及pm5构成镜像偏置电路；第3pmos管pm3、第4pmos管pm4以及第5pmos管pm5的源极连接输入电压；

14、第3pmos管的集成数量为n，n为大于1的整数；第4bjt管的集成数量为m2，m2为大于1的整数；

15、第3pmos管的漏极连接第2二极管的正极和第4二极管的正极，第2二极管的负极连接第3二极管的正极，第4二极管的负极、第3二极管的负极连接第6bjt管的基极和集电极，第6bjt管的发射极连接第5二极管的正极，第5二极管的负极连接分压负反馈环路单元；

16、第4pmos管的漏极连接第3bjt管的集电极，第3bjt管的发射极连接第1带隙基准电阻的一端；第5pmos管的漏极连接第4bjt管的集电极和基极、第3bjt管的基极；第4bjt管的发射极连接第2带隙基准电阻的一端，连接点定义为旁路引脚；第1带隙基准电阻的另一端连接第2带隙基准电阻的另一端；

17、第1二极管的正极均连接输出电压，第1二极管的负极连接第5bjt管的集电极，第5bjt管的发射极连接第3带隙基准电阻的一端，第3带隙基准电阻的另一端连接旁路引脚；在直流下，第5bjt管的基极输出带隙基准电压作为参考电压。

18、优选地，降噪电路单元还包括：旁路电容；旁路引脚连接旁路电容的一端，旁路电容的另一端与第1二极管的正极均连接输出电压；

19、旁路电容，用于旁路参考电压以降低输出电压噪声。

20、优选地，降噪电路单元，用于同时增大第3pmos管、第4pmos管、第5pmos管的沟道长度和沟道宽度，且保持第3pmos管、第4pmos管、第5pmos管的沟道长宽比不变，以减小低频噪声电流。

21、优选地，分压负反馈环路单元包含：第7pmos管、第1分压电阻、第2分压电阻以及源极负反馈电阻；其中，第7pmos管的漏极连接输出电压，同时还连接负载电阻的一端和第1分压电阻的一端；第1分压电阻的另一端和第2分压电阻的一端的连接点电压为反馈电压；负载电阻的另一端、源极负反馈电阻的另一端以及第2分压电阻的另一端均接地。

22、优选地，分压负反馈环路单元，用于减小第1分压电阻的阻值以降低参考电压噪声和反馈电阻噪声电流。

23、优选地，驱动级电路单元包含：第6pmos管、第2nmos管以及源极负反馈电阻，构成源极负反馈的共源极单级放大器电路；

24、其中，第6pmos管pm6的漏极连接第2nmos管nm2的漏极和第7pmos管pm7的栅极；第6pmos管pm6的源极和第7pmos管pm7的源极均连接输入电压；第6pmos管pm6的栅极连接偏置电压，第2nmos管nm2的栅极连接降噪电路单元的输出电压，第7pmos管pm7的栅极连接驱动级电路单元的输出电压。

25、优选地，驱动级电路单元，用于增大第6pmos管的沟道长度和沟道宽度，且保持第6pmos管的沟道长宽比不变，以减小低频噪声电流。

26、本发明还提出了一种低噪声ldo电路的工作方法，包括：

27、对偏置电路单元进行调制，利用调制后的偏置电路单元向降噪电路单元提供偏置电流；

28、对分压负反馈环路单元进行调制，利用调制后的分压负反馈环路单元向降噪电路单元提供反馈电压；

29、对降噪电路单元进行调制，利用调制后的降噪电路单元在直流下输出带隙基准电压作为参考电压，在交流下对反馈电压与参考电压的差值进行放大以获得基准电压；

30、对驱动级电路单元进行调制，利用调制后的驱动级电路单元对基准电压进行放大获得驱动电压，驱动功率管工作。

31、优选地，对偏置电路单元进行调制，包括：同时增大偏置电路单元中的第1pmos管、第2pmos管的沟道长度和沟道宽度，且保持第1pmos管、第2pmos管的沟道长宽比不变。

32、优选地，对分压负反馈环路单元进行调制，包括：减小分压负反馈环路单元中的第1分压电阻的阻值；分压负反馈环路单元向降噪电路单元提供反馈电压。

33、优选地，对降噪电路单元进行调制，包括：同时增大降噪电路单元中的第3pmos管、第4pmos管、第5pmos管的沟道长度和沟道宽度，且保持第3pmos管、第4pmos管、第5pmos管的沟道长宽比不变。

34、优选地，对驱动级电路单元进行调制，包括：同时增大驱动级电路单元中的第6pmos管的沟道长度和沟道宽度，且保持第6pmos管的沟道长宽比不变；驱动级电路单元。

35、本发明的有益效果至少包括：本发明提出的降噪电路单元，在直流下输出带隙基准电压作为参考电压，在交流下对反馈电压与参考电压的差值进行放大以获得基准电压，减少元器件数量以降低热噪声，对元器件调制以减小低频噪声，具有良好的电源抑制比，为系统提供稳定低噪的电源。

36、通过对ldo电路各单元进行有效调制，能够有效减小ldo电路整体的输出噪声，减小电路面积，降低电路成本。