本發(fā)明涉及低壓降(ldo)調(diào)節(jié)器，且特定來說，涉及一種改進(jìn)的ldo調(diào)節(jié)器，其控制過沖及下沖且已改進(jìn)穩(wěn)定性及電流消耗，而不使用輸出電容器。

背景技術(shù)：

低壓降(ldo)調(diào)節(jié)器是dc線性電壓調(diào)節(jié)器，其一般用來將電壓供應(yīng)到電子裝置中的各種組件。ldo調(diào)節(jié)器的特征在于小的輸入到輸出差分(“壓降”)電壓、高效率及低散熱。

參考圖1，描繪常規(guī)低壓降(ldo)電壓調(diào)節(jié)器100的示意圖。ldo電壓調(diào)節(jié)器100包含反饋電路102，所述電路102包含誤差放大器110、反饋網(wǎng)絡(luò)114、穩(wěn)定電壓參考108及傳送元件112。傳送元件112可包括fet或bjt晶體管。

ldo電壓調(diào)節(jié)器的用途是在處于調(diào)節(jié)操作模式時維持節(jié)點vout處的所要電壓。誤差放大器110比較經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)114(即，包括電阻器120、122的分壓器)饋送到誤差放大器110的正輸入端中的vout電壓的樣本與饋送到誤差放大器110的負(fù)輸入端中的來自108的參考電壓。

如果反饋的電壓低于參考電壓，那么傳送元件112增大輸出電壓。如果反饋電壓高于參考電壓，那么傳送元件降低輸出電壓。

輸入電容器115與輸出電容器116降低電路對噪聲的靈敏度，以及就輸出電容器116來說，影響控制回路的穩(wěn)定性及電路對負(fù)載電流的改變的響應(yīng)。

通常，反饋電路102包括集成電路，而輸入電容器115與輸出電容器116在集成電路外部。輸出電容器116可具有微法拉范圍中的值且因此為相對大的。這可占據(jù)顯著量的“板空間”且可要求來自集成電路的輸出引腳。此外，電容器可為相對昂貴的，特別在要求具有低esr(等效串聯(lián)電阻)的電容器的情況下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)實施例，一種無電容器的低壓降(ldo)調(diào)節(jié)器包含：誤差放大器，其經(jīng)配置以接收帶隙參考輸入；第一及第二傳送晶體管，其經(jīng)配置以從誤差放大器接收輸出；第一及第二電阻器反饋網(wǎng)絡(luò)，所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配置以提供反饋輸出作為誤差放大器的輸入；過沖保護(hù)電路；及輸出端，其連接到傳送晶體管；其中無電容器的低壓降(ldo)調(diào)節(jié)器可無輸出電容器地操作。在一些實施例中，驅(qū)動器耦合于誤差放大器與輸出端之間。在一些實施例中，第二電阻器反饋網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配置以提供比較器反饋輸出作為過沖保護(hù)電路的輸入。在一些實施例中，過沖保護(hù)電路包含比較器，所述比較器經(jīng)配置以比較比較器反饋輸出與帶隙參考輸入。在一些實施例中，誤差放大器包括折疊共源共柵放大器。在一些實施例中，第一傳送晶體管實施誤差放大器的輸出端處的電容器以補(bǔ)償慢響應(yīng)。在一些實施例中，第二傳送晶體管實施耦合到折疊共源共柵放大器的差分對輸入電路的電容器。

根據(jù)實施例，一種包含低壓降(ldo)調(diào)節(jié)器(所述調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以按無電容器配置實施瞬時響應(yīng)及回路穩(wěn)定性)集成電路包含：誤差放大器，其經(jīng)配置以接收帶隙參考輸入；第一及第二傳送元件，其經(jīng)配置以從誤差放大器接收輸出；第一及第二電阻器反饋網(wǎng)絡(luò)，所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配置以提供反饋輸出作為誤差放大器的輸入；過沖保護(hù)電路；及輸出端，其連接到第一及第二傳送元件；其中集成電路可操作以實施無輸出電容器的低壓降調(diào)節(jié)器。在一些實施例中，驅(qū)動器耦合于誤差放大器與輸出端之間。

在一些實施例中，第二電阻器反饋網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配置以提供比較器反饋輸出作為過沖保護(hù)電路的輸入。在一些實施例中，過沖保護(hù)電路包含比較器，所述比較器經(jīng)配置以比較比較器反饋輸出與帶隙參考輸入。在一些實施例中，誤差放大器包括折疊共源共柵放大器。在一些實施例中，第一傳送元件實施誤差放大器的輸出端處的電容器以補(bǔ)償慢響應(yīng)。在一些實施例中，第二傳送元件實施耦合到折疊共源共柵放大器的差分對輸入電路的電容器。

一種用于提供低壓降(ldo)調(diào)節(jié)器的方法，所述調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以按無電容器配置實施瞬時響應(yīng)及回路穩(wěn)定性，所述方法根據(jù)實施例包含：提供誤差放大器，其經(jīng)配置以接收帶隙參考輸入；提供第一及第二傳送元件，其經(jīng)配置以從誤差放大器接收輸出；提供第一及第二電阻器反饋網(wǎng)絡(luò)，所述第一電阻器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配置以提供反饋輸出作為誤差放大器的輸入；提供過沖保護(hù)電路；及提供輸出端，其連接到第一及第二傳送元件；其中集成電路是可操作以實施無輸出電容器的低壓降調(diào)節(jié)器。

在一些實施例中，所述方法包含提供驅(qū)動器，所述驅(qū)動器耦合于誤差放大器與輸出端之間。在一些實施例中，第二電阻器反饋網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配置以提供比較器反饋輸出作為過沖保護(hù)電路的輸入。在一些實施例中，過沖保護(hù)電路包含比較器，所述比較器經(jīng)配置以比較比較器反饋輸出與帶隙參考輸入。在一些實施例中，誤差放大器包括折疊共源共柵放大器。在一些實施例中，第一傳送元件實施誤差放大器的輸出端處的電容器以補(bǔ)償慢響應(yīng)。在一些實施例中，第二傳送元件實施耦合到折疊共源共柵放大器的差分對輸入電路的電容器。

在結(jié)合下列描述及附圖考慮時，將較好地了解并理解本發(fā)明的這些及其它方面。然而，應(yīng)理解，在指示本發(fā)明及其眾多特定細(xì)節(jié)的各種實施例時，以說明而非限制方式給出下列描述。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出許多置換、修改、添加及/或重新布置，且本發(fā)明包含所有此類置換、修改、新增及/或重新布置。

附圖說明

包含所附并形成本說明書的部分的圖式以描繪本發(fā)明的特定方面。應(yīng)注意，圖式中說明的特征并不必按比例繪制。對本發(fā)明及其優(yōu)點的更完整的理解可通過結(jié)合附圖參考下列描述獲得，其中相似參考數(shù)字指示相似特征且其中：

圖1是說明示范性ldo的圖式。

圖2是說明根據(jù)實施例的示范性ldo的圖式。

圖3是更詳細(xì)地說明圖2的示范性ldo的圖式。

圖4是根據(jù)實施例的輸出電壓相對于負(fù)載電流變化的標(biāo)繪圖。

圖5是針對根據(jù)實施例的各種方案的輸出電壓對溫度的標(biāo)繪圖。

圖6是展示根據(jù)實施例的相位及增益裕度的波特(bode)圖。

圖7是根據(jù)實施例的輸出電壓相對于快負(fù)載電流脈沖的標(biāo)繪圖。

具體實施方式

參考附圖中說明及下列描述中詳述的示范性且因此非限制實施例來更充分地說明本發(fā)明及其各種特征與有利細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)理解，詳細(xì)描述與特定實例在指示優(yōu)選實施例時僅通過說明而非通過限制給出。已知編程技術(shù)、計算機(jī)軟件、硬件、操作平臺及協(xié)議的描述可被省略，以免不必要地混淆本發(fā)明的細(xì)節(jié)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將從本發(fā)明明白下面發(fā)明概念的精神及/或范圍內(nèi)的各種置換、修改、新增及/或重新布置。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，展示說明根據(jù)實施例的示范性ldo200的圖。如下文將更詳細(xì)地論述，ldo200可在快增加電流負(fù)載期間無輸出電容器地控制ldo調(diào)節(jié)器的輸出的下沖或壓降；可在快減少電流負(fù)載期間無(內(nèi)部或)外部輸出電容器地控制ldo調(diào)節(jié)器的輸出的過沖；無輸出電容器地穩(wěn)定化誤差放大器回路；且將電流消耗減少到小于120微安。

如所展示，ldo調(diào)節(jié)器200包含誤差放大器205、第一傳送元件214與第二傳送元件217、驅(qū)動器218、第一電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)208與第二電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)210及過沖保護(hù)電路212。如下文將更詳細(xì)地說明，在一些實施例中，傳送元件214可體現(xiàn)為電容器，其將輸出端處的快負(fù)負(fù)載瞬時傳送到一對共柵極放大器(圖3)，所述放大器接著將信號饋送到驅(qū)動器218，以在電壓驟降期間穩(wěn)定化輸出。類似地，傳送元件217可體現(xiàn)為電容器，其將輸出端處的快正負(fù)載瞬時傳送到共柵極放大器，所述放大器將信號饋送到驅(qū)動器218的輸入端，以在電壓浪涌期間穩(wěn)定化輸出。驅(qū)動器218可供應(yīng)負(fù)載電流且可由誤差放大器205的輸出控制。在一些實施例中，共柵極放大器是與誤差放大器205集成。

誤差放大器205可經(jīng)實施作為折疊共源共柵放大器。過沖保護(hù)電路212包含比較器216及晶體管m18。比較器216比較帶隙參考與第二電阻器網(wǎng)絡(luò)210的輸出，以通過提供放電路徑來快速下拉輸出。每當(dāng)輸出過沖超過其所要值時，就導(dǎo)通晶體管m18，且因此輸出電壓被快速拉回到其原值。在一些實施例中，比較器216在輸出過沖超過18毫伏時導(dǎo)通晶體管。

一般來說，不希望比較器216變成與主誤差放大器205并聯(lián)的放大器且致使ldo200振蕩。為防止同時推挽式操作，在一些實施例中，比較器的正輸入cmp_fb通常為帶隙電壓的90％。帶隙電壓被連接到比較器的負(fù)輸入端，且因此對于正常dc操作，比較器的輸出為0，且因此并不參與回路調(diào)節(jié)。電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)210提供另一輸入到比較器216。

如上文所述，實施例的方面是處置對快速增加負(fù)載瞬時的慢ldo響應(yīng)。圖3更詳細(xì)地說明用于如此做的電路。如圖3中所展示，誤差放大器200可經(jīng)實施作為折疊共源共柵放大器。此外，在說明的實施例中，傳送元件214、217經(jīng)實施作為金屬氧化物半導(dǎo)體電容器(moscap)晶體管，且驅(qū)動器218可為pmos驅(qū)動器。

如所展示，誤差放大器205接收反饋電壓vfb及帶隙參考vref作為輸入。差分輸入是分別耦合到晶體管m10、m11與m8、m9之間的共源共柵級以及金屬氧化物半導(dǎo)體電容器m16(217)。折疊共源共柵放大器進(jìn)一步包含晶體管m4到m7及m12到m15。晶體管m4、m5、m12、m13經(jīng)耦合以提供輸出到金屬氧化物半導(dǎo)體電容器m17(214)。晶體管m4、m13及m9耦合到pmos驅(qū)動器218。

在操作中，由m17形成的金屬氧化物半導(dǎo)體電容器214將輸出負(fù)尖峰傳送到nmos晶體管m4、m13的源極端子。nmos晶體管m4、m13用作共柵極放大器，以將輸出電壓提高gmro的增益，其中g(shù)m是m4的跨導(dǎo)，且ro是m4、m13的小信號輸出阻抗。由m4與m13形成的共柵極放大器的輸出比其輸入信號大幾倍，所述輸入信號被饋送到pmos驅(qū)動器218的柵極，其幫助pmos驅(qū)動器218將大電流快速推動到輸出負(fù)載中且防止輸出電壓急劇下降。

通過拉動額外電流通過nmos負(fù)載對，共柵極放大器m4、m13是在大信號輸入差分信號操作期間予被偏置，且進(jìn)一步輔助共柵極放大器的帶寬。類似地，金屬氧化物半導(dǎo)體電容器217(m16)將輸出正尖峰傳送到m9晶體管的源極，所述晶體管充當(dāng)共柵極放大器，且將尖峰饋送到pmos驅(qū)動器218的輸入端，以在電壓浪涌期間使vddcore穩(wěn)定。

以此方式，通過建立主要極點連同所要lhp零點來改進(jìn)ldo的ac穩(wěn)定性。通過使用經(jīng)嵌入有折疊共源共柵放大器的共柵極放大器，可針對最差條件(worstcorner)使電流消耗減少到遠(yuǎn)低于120微安，而仍實現(xiàn)高功率模式下的良好瞬時響應(yīng)。此外，傳送元件214、217除瞬時負(fù)載響應(yīng)以外也提供對ldo的頻率補(bǔ)償。因此，誤差放大器205連同傳送元件214、217確保對瞬時負(fù)載的快響應(yīng)以及確保無電容器的ldo的穩(wěn)定性。

圖4到7說明實施例的更具體的優(yōu)點。圖4說明高功率模式電壓擺動的圖表400。402處展示負(fù)載電流且404處展示輸出電壓。如406處所見，當(dāng)負(fù)載電流在5μs內(nèi)從10μa變化到5ma時，無電容器的ldo的輸出電壓僅變化100mv。

圖5展示根據(jù)各種參數(shù)運行的各種輸出電壓對溫度圖，其指示無電容器的ldo的輸出跨過程(典型的，快、慢、快-慢、慢-快)、跨溫度(-40c到125c)、跨負(fù)載電流(10ua到50ma)及跨供應(yīng)電壓(2v到3.6v)而變化小于5mv。

圖6說明波特圖，其指示即使處于針對穩(wěn)定性(快)的最差過程條件(worstprocesscorner)、10nf的負(fù)載電容(通常見于微控制器中)、處于100c的溫度的3.7v的供應(yīng)電壓，相位裕度(pm)也大于90deg且增益裕度(gm)也大于20db。

最后，在圖7中展示電流脈沖波形704與輸出電壓702的圖表700。706處展示在僅1.6ns內(nèi)轉(zhuǎn)變的19ma的快負(fù)載電流脈沖。在708處，對輸出電壓的影響被展示為小于130mv的變化。

雖然本發(fā)明已相對于其特定實施例進(jìn)行描述，但這些實施例僅為闡釋性的而非限制本發(fā)明。本文中本發(fā)明的說明的實施例的描述(包含摘要與發(fā)明內(nèi)容中的描述)并非希望為詳盡的或希望將本發(fā)明限于本文揭示的精確形式(且特定來說，摘要或發(fā)明內(nèi)容內(nèi)的任何特定實施例、特征或功能的包含并非希望將本發(fā)明的范圍限于此類實施例、特征或功能)。而是，描述希望描述闡釋性實施例、特征及功能，以便向所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員提供上下文以理解本發(fā)明，而不將本發(fā)明限于任何特別描述的實施例、特征或功能(包含摘要或發(fā)明內(nèi)容中描述的任何此類實施例、特征或功能)。

雖然本發(fā)明的特定實施例及用于本發(fā)明的實例僅出于闡釋性目的而在本文中進(jìn)行描述，但如相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識并了解，各種等效修改在本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)是可能的。如指示，這些修改可根據(jù)本發(fā)明的說明的實施例的前述描述而對本發(fā)明作出且應(yīng)被包含在本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)。因此，雖然本文已參考本發(fā)明的特定實施例描述了本發(fā)明，但在前述揭示內(nèi)容中希望存在修改、各種改變和替換的自由，且應(yīng)了解在一些實例中，在不背離如所闡述的本發(fā)明的范圍及精神的情況下，本發(fā)明的實施例的一些特征將被采用而沒有相應(yīng)地使用其它特征。因此，可作出許多修改以使特定情境或材料適于本發(fā)明的大體范圍及精神。

貫穿本說明書參考“一個實施例”、“實施例”或“特定實施例”或類似術(shù)語意指結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在至少一個實施例中且可不必存在于所有實施例中。因此，在貫穿本說明書的各種位置的詞組“在一個實施例中”、“在實施例中”或“在特定實施例中”或類似術(shù)語的相應(yīng)出現(xiàn)并不必指代相同實施例。此外，任何特定實施例的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何適當(dāng)方式而與一或多個其它實施例組合。應(yīng)了解，本文描述并說明的實施例的其它變化及修改根據(jù)本文中的教示為可能的且應(yīng)被視作本發(fā)明的精神及范圍的部分。

在本文中的描述中，提供眾多特定細(xì)節(jié)(例如組件及/或方法的實例)以提供對本發(fā)明的實施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識，實施例可能夠無特定細(xì)節(jié)中的一或多者或具有其它設(shè)備、系統(tǒng)、組合件、方法、組件、材料、部分及/或類似者而被實踐。在其它實例中，眾所周知的結(jié)構(gòu)、組件、系統(tǒng)、材料或操作并不被明確展示或詳細(xì)描述，以避免混淆本發(fā)明的實施例的方面。雖然可通過使用特定實施例來說明本發(fā)明，但這不是且并不將本發(fā)明限于任何特定實施例，且所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識，額外實施例是容易可理解的且是本發(fā)明的部分。

如本文所使用，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它變化希望涵蓋非排他性包含。舉例來說，包括元件列表的過程、產(chǎn)品、物品或設(shè)備并不必僅限于其元件，而可包含未明文列出或此類過程、過程、物品或設(shè)備固有的其它元件。

此外，除非另外指示，否則如本文使用的術(shù)語“或”通常希望意指“及/或”。例如，條件a或b是通過下列中的任一者而被滿足：a為真(或存在)且b為假(或不存在)，a為假(或不存在)且b為真(或存在)，及a與b都為真(或存在)。如本文所使用，包含所附權(quán)利要求書，除非另外在權(quán)利要求書內(nèi)明確指示(即，參考“一”明確指示僅單數(shù)或僅復(fù)數(shù))，否則按“一”(及在先行基礎(chǔ)為“一”時的“所述”)先行進(jìn)行的術(shù)語包含此術(shù)語的單數(shù)及復(fù)數(shù)。此外，如本文中的描述中及貫穿所附權(quán)利要求書所使用，除非上下文另外明確規(guī)定，否則“在…中”的含意包含“在…中”及“在…上”。

應(yīng)了解，圖式/圖形中描繪的元件中的一或多者也可以更分離或集成的方式實施，或甚至在某些情況下被移除或呈現(xiàn)為不可操作的，如根據(jù)特定應(yīng)用有用。此外，除非另有具體說明，否則圖式/圖形中的任何信號箭頭應(yīng)僅視為示范性而非限制的。