專利名稱：可切換的線性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是有關子線性穩(wěn)壓器，且特別是有關于具有可選擇性的輸出電壓的線性穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
圖1為一個傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器的標準架構(gòu)圖，其中帶隙參考源(bandgapreference)會輸出一個穩(wěn)定電壓Vbg，該信號通常會經(jīng)由一個芯片上的(on-chip)電阻Rbg跟一芯片外的(off-chip)電容Cbp所構(gòu)成的低通濾波器(lowpass filter)濾除噪聲，濾完之后的定電壓Vref饋入誤差放大器(erroramplifier)的第一輸入端。在圖1的例子中，誤差放大器為一操作放大器，且第一輸入端為其負極性輸入端，操作放大器的第二輸入端(正極性輸入端)連接至第一節(jié)點，一個P型金屬氧化物半導體(PMOS)的傳輸晶體管(passtransistor)MA受誤差放大器的輸出所控制。如圖1所示，該傳輸晶體管MA的漏極端即為線性穩(wěn)壓器的輸出端，基于穩(wěn)定度的考量，一般該輸出端也都會外接一個大的外部電容Cout，一第一回授電阻R1’連接于傳輸晶體管MA的漏極端與第一節(jié)點之間，一第二回授電阻R2’連接于第一節(jié)點與接地端之間。借由誤差放大器兩個輸入端的虛擬短路(virtual short)特性，可以借由設計回授電阻R1’跟R2’的值來得到所需的輸出電壓值VOUT=Vref×(1+R1′R2′).]]>針對某些應用，有時會需要兩個以上的不同穩(wěn)壓器輸出電壓。圖2繪示一傳統(tǒng)的可提供多個輸出電壓的線性穩(wěn)壓器。如圖2所示，一帶隙參考電路被兩個誤差放大器所共享，以節(jié)省所需芯片面積。外部電容Cbp也會是共享的以節(jié)省腳位跟外部組件數(shù)目。一般可運用兩組誤差放大器A與B以及傳輸晶體管MA與MB，并設計不同的回授電阻比例來提供兩組不同的需求電壓。依據(jù)圖2，輸出電壓VoutA與VoutB分別為VOUTA=Vref×(1+RA1RA2)]]>以及VOUTB=Vref×(1+RB1RB2).]]>于美國專利6,593,607中，Nicolas Marty等人揭露了一具有可選擇輸出電壓的線性穩(wěn)壓器。如圖3所示，該線性穩(wěn)壓器包括一受一差動放大器5所控制的功率金屬氧化物半導體晶體管2。差動放大器5有一輸入端8，透過可由金屬氧化物半導體控制晶體管12與14所控制，并為R1’、R2’與R3’所組成的電阻電路接收一正比于穩(wěn)壓器的輸出電壓Vout的電壓。該穩(wěn)壓器還包含至少兩電路以產(chǎn)生控制信號CTRL1與CTRL2，分別控制控制晶體管12與14的柵極，當控制信號CTRL1與CTRL2分別處為低準位與高準位狀態(tài)時，輸出電壓Vout等于Vref×(1+R1′+R2′R3′);]]>相對的，當控制信號CTRL1與CTRL2分別處為高準位與低準位狀態(tài)時，輸出電壓Vout等于Vref×(1+R1′R2′+R3′).]]>理論上，所需的輸出電壓值Vout可透過任意的設計電阻R1’、R2’與R3’的值來達成；然而，在考量到布局的匹配以及輸出電壓的準確度，這些電阻值不可能是任意值。因此在如圖3的設計中，電阻的選用變的十分地困難，特別是當輸出電壓的所需準位超過兩種時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可切換的線性穩(wěn)壓器，該線性穩(wěn)壓器包括一定電壓源、一差動放大器、一傳輸晶體管、一第一電阻、第二電阻單元包含多個電阻以及多個開關，差動放大器有一第一輸入端耦接至定電壓源，并有一第二輸入端連接至一第一節(jié)點，傳輸晶體管有一第一端受差動放大器所控制，有一第二端耦接至一供應電壓，并有一第三端連接至一第二節(jié)點，第一電阻連接于第一與第二節(jié)點之間，每一第二電阻包括連接至第一節(jié)點的一端，每一開關耦接于對應的第二電阻的另一端與一固定電壓之間。


圖1為一傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器的標準架構(gòu)圖。
圖2繪示一傳統(tǒng)的可提供數(shù)個輸出電壓的線性穩(wěn)壓器。
圖3繪示美國專利6,593,607中，Nicolas Marty等人所揭露的可選擇輸出電壓的線性穩(wěn)壓器。
圖4顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的可切換的線性穩(wěn)壓器的電路圖。
圖5繪示圖4所示的可切換的線性穩(wěn)壓器的變形的電路圖。
圖6為由圖3所擴充延伸的穩(wěn)壓器。
圖7為由依據(jù)本發(fā)明實施例的圖4所示的可切換的線性穩(wěn)壓器所擴充延伸的穩(wěn)壓器。
符號說明Vbg～電壓；Rbg～電阻；Cbp～電容；Vref～定電壓；MA～傳輸晶體管； Cout～外部電容；R1’～第一回授電阻； R2’～第二回授電阻；5～差動放大器； 2～功率金屬氧化物半導體晶體管；8～輸入端；12、14～金屬氧化物半導體控制晶體管；CTRL1、CTRL2～控制信號； CVS～定電壓源；DA～差動放大器； Rb～第一電阻；
R1、R2～第二電阻單元；SW1～第一開關； SW2～第二開關；A～第一節(jié)點； B～第二節(jié)點；VIN～供應電壓； Vout～輸出端；S1～第一控制信號；S2～第二控制信號；BR～帶隙參考電路；Vbg～電壓；OSU～輸出切換單元；SW’1～第一輸出開關；SW’2～第二輸出開關；；VoutA～輸出端； VoutB～輸出端。
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下圖4顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的可切換的線性穩(wěn)壓器的電路圖，可切換的線性穩(wěn)壓器包括一定電壓源CVS、一差動放大器DA、一傳輸晶體管MA、一第一電阻Rb、第二電阻單元包含兩個電阻R1與R2以及一第一開關SW1以及一第二開關SW2。定電壓源CVS提供一定電壓Vref給差動放大器DA的第一輸入端，差動放大器DA的第二輸入端連接至一第一節(jié)點A，傳輸晶體管MA的第一端受差動放大器DA所控制，且其第二端與第三端分別耦接至一供應電壓VIN與第二節(jié)點B，輸出端Vout與第二節(jié)點B耦接。較佳而言，傳輸晶體管MA為一P型金屬氧化物半導體晶體管，且差動放大器DA的第一與第二輸入端分別為負極性與正極性輸入。第一電阻Rb連接于第一節(jié)點A與第二節(jié)點B之間，每一第二電阻單元的電阻R1與R2分別有一端連接至第一端點A，第一開關SW1耦接于第二電阻R1的另一端與固定電壓之間，且受第一控制信號S1的控制，第二開關SW2耦接于第二電阻R2的另一端與固定電壓之間，且受第二控制信號S2的控制。較佳而言，該固定電壓為接地電壓。
更明確地說，可切換的線性穩(wěn)壓器的定電壓源CVS包括一帶隙參考電路BR耦接至供應電壓VIN。尤有甚者，定電壓源CVS可包括一電阻電容低通濾波器(RC low pass filter)，連接于差動放大器DA的第一輸入端與帶隙參考電路BR之間，帶隙參考電路BR提供一穩(wěn)定的電壓Vbg。電壓Vbg的噪聲可由一電阻Rbg與電容Cbp所組成的低通濾波器所濾除，濾波后的信號Vref為一定電壓且被送至差動放大器DA的第一輸入端。
再者，可切換的線性穩(wěn)壓器可包括一電容COUT耦接于該輸入端與固定電壓之間，電容COUT可改善可切換的線性穩(wěn)壓器的輸出電壓VOUT的穩(wěn)定性。
圖5繪示圖4所示的可切換的線性穩(wěn)壓器的變形的電路圖?？汕袚Q的線性穩(wěn)壓器還包括一輸出切換單元OSU，輸出切換單元OSU有一輸入以及多個輸出，輸出切換單元OSU受第一控制信號S1與第二控制信號S2所控制，以選擇性地將所述的輸出端之一連接至輸入端，以使得可切換的線性穩(wěn)壓器的輸出端可進一步依據(jù)控制信號S1與S2作選擇。在圖5所示的實施例中，輸出切換單元OSU的操作使得當?shù)谝豢刂菩盘朣1使第一開關SW1成為導通狀態(tài)時，VoutA成為可切換的線性穩(wěn)壓器的主動輸出端，當?shù)诙刂菩盘朣2使第一開關SW2成為導通狀態(tài)時，VoutB成為可切換的線性穩(wěn)壓器的主動輸出端。于此實施例中，輸出切換單元OSU包括一第一輸出開關SW’1與一第二輸出開關SW’2，兩者皆連接至輸入端，亦即第二節(jié)點B，第一輸出開關SW’1連接于第二節(jié)點B與輸出端VoutA之間，并受到第一控制信號S1的控制。第一控制信號S1在使第一開關SW1成為導通狀態(tài)時，同時也會使第一輸出開關SW’1成為導通狀態(tài)；第二輸出開關SW’2連接于第二節(jié)點B與輸出端VoutB之間，并受到第二控制信號S2的控制，第二控制信號S2在使第二開關SW2成為導通狀態(tài)時，同時也會使第二輸出開關SW’2成為導通狀態(tài)。與圖2所示的線性穩(wěn)壓器比較，本發(fā)明的可切換的線性穩(wěn)壓器節(jié)省了一差動放大器與一傳輸晶體管，因此，芯片面積可以縮小，且可以減少腳位以及外部組件的數(shù)目。當?shù)谝豢刂菩盘朣1使開關SW1與SW’1成為導通狀態(tài)且第二控制信號S2使開關SW2與SW’2成為關閉狀態(tài)時，輸出電壓Vout等于Vref×(1+RbR1),]]>且可切換的線性穩(wěn)壓器的主動輸出端為VoutA。相反地，當?shù)谝豢刂菩盘朣1使開關SW1與SW’1成為關閉狀態(tài)且第二控制信號S2使開關SW2與SW’2成為導通狀態(tài)時，輸出電壓Vout等于Vref×(1+RbR2),]]>且可切換的線性穩(wěn)壓器的主動輸出端為VoutB。于此實施例中，可切換的線性穩(wěn)壓器提供一可切換的輸出電壓以及一可切換的輸出端，同時，還可縮小芯片面積，并減少腳位以及外部組件的數(shù)目。
為了提供一準確的輸出電壓，回授電阻的匹配在穩(wěn)壓器的設計中為一重要的考量點，使用標準化單元(unit cell)以及指叉式布局(inter-digitizedlayout)可以改善匹配。換言之，為了布局的方便性，所選定的電阻值需有一公因子。以一具有兩個可選擇的輸出電壓的線性穩(wěn)壓器為例，在圖3中，設計公式分別為VOUT=Vref×(1+R1′+R2′R3′)]]>與VOUT=Vref×(1+R1′R2′+R3′),]]>兩條公式皆為三個設計參數(shù)的函數(shù)，且彼此有密切的關連性。然而，在圖4中，設計公式分別為VOUT=Vref×(1+RbR1)]]>與VOUT=Vref×(1+RbR2),]]>一旦電阻Rb的值選定后，R1與R2便可依據(jù)輸出電壓VOUT與定電壓Vref決定。因此，穩(wěn)壓器的設計便可簡化。
然而，當所需的可切換的輸出電壓更多時，在設計上，本發(fā)明遠比傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器簡便得多。假若需要三個輸出電壓，圖3的穩(wěn)壓器便可擴充延伸為如圖6所示。而設計公式如下所列CTRL1＝低準位，CTRL2＝低準位， CTRL1＝低準位，CTRL2＝高準位， CTRL1＝高準位，CTRL2＝低準位， VOUT=Vref×(1+R1′R2′+R3′+R4′).]]>
當以本發(fā)明對相同的輸出電壓進行設計時，電路圖如圖7所示，設計公式如下所示S1＝高準位，S2＝低準位， S1＝低準位，S2＝高準位， S1＝低準位，S2＝低準位， 很明顯地，本發(fā)明的設計公式比傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器要簡單得多，雖然本說明書僅舉一例來說明本發(fā)明的長處，但其在于其它狀況的適用性卻是顯而易見的。假設Vref為1.2V，且三個輸出電壓分別為2.8V、2V與1.4V，依據(jù)本發(fā)明，可以很簡單地變得出一個適當?shù)碾娮璧慕M合Rb＝40kΩ、R1＝30kΩ、R2＝60kΩ且R3＝240kΩ。一個10kΩ或20kΩ的標準化單元可被用來實現(xiàn)電阻的布局。相反地，傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器設計在實際建構(gòu)時，便顯得較為復雜。從其設計公式觀之，可得出5R3’＝2R4’、9R1’＝5R2’且3R1’＝R4’，因此，可導出一解為R1’＝30kΩ、R2’＝54kΩ、R3’＝4kΩ且R4’＝10kΩ，顯而易見地，要以一適當?shù)墓蜃幼鳛椴季值臉藴驶瘑卧闶掷щy。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技巧者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視申請專利范圍所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種可切換的線性穩(wěn)壓器，提供可選擇的輸出電壓，該線性穩(wěn)壓器包括一定電壓源；一差動放大器，有一第一輸入端耦接至該定電壓源，并有一第二輸入端連接至一第一節(jié)點；一晶體管，有一第一端受該差動放大器所控制，有一第二端耦接至一供應電壓，并有一第三端連接至一第二節(jié)點；一第一電阻，連接于該第一與第二節(jié)點之間；第二電阻單元，包含多個電阻，該每一第二電阻單元中的電阻包括連接至第一節(jié)點的一端；以及多個開關，每一開關耦接于對應的第二電阻的另一端與一固定電位之間，且受一對應的控制信號所控制；其中，該第二節(jié)點的電壓依據(jù)所述的控制信號作為可選擇的輸出電壓而輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，其中，該線性穩(wěn)壓器有一輸出端耦接至該第二節(jié)點，并包括一電容耦接于該輸出端與該固定電壓之間。
3.如權(quán)利要求1所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，其中，該固定電壓為接地。
4.如權(quán)利要求1所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，其中，該定電壓源包括一帶隙參考電路耦接至該供應電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，其中，該定電壓源還包括一低通濾波器，耦接于該差動放大器的該第一輸入端與該帶隙參考電路之間。
6.如權(quán)利要求1所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，還包括一輸出開關單元，其中，該輸出開關單元有一輸入端及多個輸出端，該輸入端耦接至該第二節(jié)點，且受所述的控制信號控制，以選擇性地將所述的輸出端之一與該輸入端連接，且使該選定的輸出端作為可切換的該線性穩(wěn)壓器的輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，其中，該晶體管為一P型金屬氧化物半導體晶體管。
8.如權(quán)利要求1所述的可切換的線性穩(wěn)壓器，其中該第一電阻與該第二電阻單元的電阻，分別由至少一單位電阻所組成。
全文摘要
一種可切換的線性穩(wěn)壓器，該線性穩(wěn)壓器包括一定電壓源、一差動放大器、一傳輸晶體管、一第一電阻、第二電阻單元包含多個電阻以及多個開關，差動放大器有一第一輸入端耦接至定電壓源，并有一第二輸入端連接至一第一節(jié)點，傳輸晶體管有一第一端受差動放大器所控制，有一第二端耦接至一供應電壓，并有一第三端連接至一第二節(jié)點，第一電阻連接于第一與第二節(jié)點之間，每一第二電阻包括連接至第一節(jié)點的一端，每一開關耦接于對應的第二電阻的另一端與接地端之間。
文檔編號G05F1/56GK1838020SQ200610065310
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者邱繼昆 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司