[发明专利]高电源抑制比的超低功耗电源结构

说明书

本发明公开了一种高电源抑制比的超低功耗电源结构，包括：第一LDO电路、第二LDO电路、第一Bandgap模块、第二Bandgap模块以及切换电路；其中，第一LDO电路用于在大驱动模式下提供LDO输出电压，第二LDO电路用于为超低功耗模式下提供LDO输出电压；第一Bandgap模块工作在主电源电压下，第二Bandgap模块是工作在LDO输出电压VDD下的基准源，切换电路包括上下电复位电路、振荡器电路、延迟电路以及第一电平转换电路，切换电路能够将上电启动时由第一Bandgap模块输出第一参考电压的模式切换为上电启动完成后由第二Bandgap模块输出第二参考电压的模式。本发明的超低功耗电源结构的结构简单、鲁棒性好，从结构上优化了PSRR性能，并且显著降低了系统的功耗，实现了低功耗目标值。

技术领域

本发明属于芯片技术领域，涉及一种高电源抑制比的超低功耗电源结构。

背景技术

对于大部分SOC系统来说，通常包括很多种工作模式，例如正常工作模式、低功耗模式等。在不同的工作模式下芯片的功耗需求是不同的。其中，电源模块用来将主电源电压转换到内部核心电压，并为内部电路提供电源。一般电源模块的工作电流在μA级，当芯片处于正常工作模式时，电源模块能够提供较大的电流驱动，此时由于数字电路本身的功耗在mA级，因此电源模块消耗的电流可以忽略。然而当芯片处于低功耗工作模式时，由于数字时钟被关闭或者运行在一个较低的时钟频率下，数字电路的功耗也较小，而作为不能被关闭的电源模块本身消耗的电流在低功耗模式下占比便大大提升，其电流也决定了SOC芯片在低功耗模式下的电流水平。如果为了实现SOC芯片低功耗模式电流在1～2μA量级，势必要求电源模块的功耗在nA级。因此，电源模块需要兼顾正常工作模式和超低功耗工作模式，电源模块的一个重要指标就是电源抑制比(PSRR)，在超低功耗模式下，电源的抖动很容易造成电路输出的抖动，因此PSRR性能很差。

一般电源模块至少由LDO(低压差线性稳压器)以及给LDO提供参考电压的Bandgap(基准源)组成。有一些专利设计了两种工作模式下的LDO结构，通常通过一个控制信号控制电流偏置的大小来达到两种模式的切换。其中，专利CN105549673公开了一种双模切换式LDO电路，提出了由两个LDO电路组成，一个LDO用于大驱动模式。然而，该专利并没有涉及如果提高PSRR性能。而在提高电源模块的PSRR性能方面，最常见的做法是优化LDO以及Bandgap的电源抑制能力。其中提高LDO和Bandgap的电源抑制比的方法包括提高内部节点摆率、内置高通滤波和电源纹波预处理等。专利US2015015224A1公开了Bandgap可切换到LDO输出后的方案，其切换机理通过检测Bandgap的电压值高过一定阈值或者LDO的输出高过一定阈值的之后，就进行切换，将Bandgap工作于LDO下面，以提供PSRR。

在低功耗的前提下，给LDO提供参考电压的Bandgap的PSRR是导致整个电源系统PSRR较差的原因，因此，Bandgap的PSRR性能直接影响了电源系统的PSRR性能。目前有很多专利给出了提高Bandgap的PSRR的方法，通常是使用预稳压技术、补偿技术等，需要在传统的Bandgap里面加入新的电流通路，这一点不利于低功耗设计，并且当电源模块工作电流限制在nA级时，提高Bandgap的PSRR的效果并不好。由于专利US2015015224A1需要一个电压检测电路，该电压检测电路需要消耗静态电流，不利于低功耗的设计。另外一方面，该检测电路的电压裕量和噪声之间的关系都需要仔细协调，当检测电路实际精度出现偏差，或者电路内部噪声较大时，会存在无法切换或者频繁切换的后果，从而造成电源系统无法正常工作。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电源抑制比的超低功耗电源结构，从而通过采用新的电源结构达到超低功耗模式下的高PSRR性能，并实现大驱动的正常工作模式和低功耗模式的兼容。