具有输出和输入能力的低压差调节器制造技术

一种低压差调节器，包括输出电流支路(100)，在输出电流支路(100)中布置有第一输出驱动器(110)和第二输出驱动器(120)。输入放大器级(200)提供第一控制电流(I1)以控制第一和第二输出驱动器(110、120)的操作状态。当输入放大器级(200)的第一控制电流(I1)低于阈值电平时，电流生成器单元(300)提供第二控制电流(I2)以使第一输出驱动器(110)在第二操作状态中操作，并提供第三控制电流(I3)以使第二输出驱动器(120)在第二操作状态中操作。

Low Differential Regulator with Output and Input Capabilities

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有输出和输入能力的低压差调节器
本公开涉及具有输出和输入能力(sourcingandsinkingcapabilities)的低压差调节器。专利技术背景低压差调节器(LDO)是一种即使在电源电压非常接近输出电压时也能调节输出电压的DC线性电压调节器。LDO在可用于向负载供电的输出节点处提供可调节的输出电压。LDO传统上是单向电源，即如果LDO例如替换电池，它们通常会输出电流。在大多数情况下，由于稳定性问题，LDO的设计是一项具有挑战性的任务。它们本质上与必须将大电流输出到大负载电容器中的器件相关联。为了确保LDO的输出驱动器/晶体管所需的驱动能力，其栅极需要大振幅。这自然而然意味着存在(至少适度地)大阻抗节点。此外，输出晶体管栅极处的寄生很大。因此，有可能出现低频截止极点。同时，由尽可能大以确保精确的经调节电压的电容器负载的LDO的输出节点非常适合调节回路中主导极点的作用。这意味着电路结构的总相位裕度预计会非常差。很明显，确保LDO具有双向电流能力(即不仅具有通常的输出能力而且还具有输入能力)可能是相当复杂的。事实上，由于输入元件的大尺寸，将LDO的上拉器件处的驱动与LDO的下拉器件相关联的电路将不可避免地引入其他极点和其他大的寄生效应。很明显，一旦LDO的输出支路由两个大器件的串联连接制成，保持它们的偏置电流处于控制之下是必须绝对强制地。即使在合理设计的构造中，任何偏移或不匹配都会使该值高得令人无法接受，这是因为LDO的关键特征是如果空载则消耗尽可能少的功率。期望提供一种具有输出和输入能力的低压差调节器，其中，LDO在输出和输入操作模式中以及在空载状态中具有低功耗。
技术实现思路
一种具有输出和输入能力的低压差调节器，其中在权利要求1中规定，调节器消耗尽可能少的功率。低压差调节器包括输出节点以提供经调节的输出电压。LDO还包括耦合到输出节点的输出电流支路，输出电流支路包括第一输出驱动器和第二输出驱动器。第一输出驱动器和第二输出驱动器配置为在第一和第二操作状态中操作。第一输出驱动器和第二输出驱动器的相应导电率在第一操作状态中比在第二操作状态中高。LDO还包括具有输入放大器级，输入放大器级具有输入侧以施加输入信号并且具有输出侧以提供第一控制电流以控制第一输出驱动器和第二输出驱动器的操作状态。输入放大器级根据输入信号生成第一控制电流。LDO包括电流生成器单元，用于当输入放大器级的输出侧处的第一控制电流低于阈值电平时，提供第二控制电流以使第一输出驱动器在第二操作状态中操作，并提供第三控制电流以使第二输出驱动器在第二操作状态中操作。仅具有输出能力的传统LDO的结构是双倍的，使得LDO的输出支路包括第一输出驱动器和另外的第二输出驱动器。LDO通过在输出电流支路中提供第一输出驱动器和第二输出驱动器具有输出和输入能力。根据在输出或输入操作模式中操作LDO，两个输出驱动器中只有一个在高导电状态中操作，而这两个输出驱动器中的另一个以低导电率或甚至以不导电的方式操作。这意味着LDO配置为完全AB类方法，与通常的LDO解决方案不同。此外，当将输入信号施加到输入放大器级且第一控制电流具有低电平或者LDO的输出节点空载时，电流生成器单元允许在输出电流支路中以低导电率或甚至不导电的方式来使第一输出驱动器和第二输出驱动器操作。仅在输入放大器级的输入侧处的输入信号是大信号的条件下，输出电流支路的输出驱动器之一变为导电状态，而第一输出驱动器和第二输出驱动器中的另一个变为低导电或非导电状态。由于在任何情况下输出驱动器中的一个或两个变为低/非导电状态，因此LDO具有低功耗。即使在存在大的不匹配的情况下，也使静态电流最小。附图说明图1示出了具有输出能力的基于跨阻抗的调节器的实施例。图2示出了具有输出和输入能力的LDO的概念性实施方式。图3示出了具有输出和输入能力以及通过最小化撬棍实现低功耗的LDO的实施例，。图4示出了LDO的输入放大器级的实施例。图5示出了具有输出和输入能力的LDO的另一个实施例。图6示出了具有输出和输入能力的LDO的实施例，其具有反馈网络以提供从LDO的输出节点到输入放大器级的反馈路径。具体实施方式图1示出了LDO的基于跨阻抗的构造1，构造1包括输出电流支路100，输出电流支路100包括布置在LDO的电源线Vsupply和输出节点O之间的输出驱动器110以提供经调节的输出电压Vreg。输出驱动器110可配置为输出晶体管。输出节点O由包括电阻器70和80的反馈路径反馈到输入放大器级200的输入侧I200。输入放大器级200具有用于施加基准信号Vref的第一输入节点E200a，和用于施加从经调节的输出电压Vreg导出的反馈信号Vfb的第二输入节点E200b。输入放大器级200的输出侧O200耦合到跨阻抗放大器级30，跨阻抗放大器级30布置在输出驱动器110的控制连接件和输入放大器级200的输出侧O200之间。跨阻抗放大器30包括晶体管33、电流源34和电阻器35。晶体管33和电流源34串联地耦合在电源线Vsupply和基准电位之间。电阻器35布置在晶体管33的漏极连接件和输入放大器级200的输出侧O200之间。输出驱动器110可配置为功率晶体管，其由晶体管33的跨导给出的低阻抗驱动，以快速驱动其寄生电流。大电阻器35允许足够的增益而不切断输出晶体管栅极处的大电容。这种布置允许在输出节点处的主导极点具有安全增益和相位裕度值。由于晶体管33的跨导的值很大，因此第二回路极点能够以非常高的频率变换，并且主导极点位于输出节点处。因此，能够无限制地增加输出电容器，以使经调节的输出电压抵抗负载电流快速变化而尽可能精确。对于给定电流，跨阻抗级30的虚拟地设置为输出晶体管110的栅极-源极电压。这确定了在LDO输入处给出零偏移条件并在输出级电流中设置适当的控制的负载电流值。在图1中所示的LDO的实施方式中，输出晶体管110和跨阻抗放大器级30的晶体管33是匹配器件，使得一旦电阻器35上的压降为零，输出驱动器110将趋向于驱动n倍的电阻器35的电流。由于输出电压Vreg仅被负载下拉，所以输出驱动器110的电流与负载电流保持相等，而不论输出晶体管110和跨阻抗放大器级30的晶体管33之间的任何偏移，以及从输入放大器级200到电阻器35的任何偏移电流。根据图2中所示的实施方式，能够通过实施具有输出和输入能力的互补LDO来利用图1中所示的电路结构的优点。图2示出LDO的概念性实施方式。图1所示的LDO的电路结构是双倍的，使得图2中的LDO包括LDO上部2a和LDO下部2b。LDO上部2a包括布置在电源线Vsupply和输出节点O之间的第一输出驱动器110。输出驱动器110可以配置为输出晶体管。LDO上部还包括输入放大器级200a和包括跨阻抗放大器31和电阻器32的跨阻抗放大器级30，电阻器32将跨阻抗放大器31的输出耦合回到跨阻抗放大器31的输入连接件。跨阻抗放大器级30耦合在输出驱动器110的控制连接件G110和输入放大器级200a的输出侧之间。在输入放大器级200a的输入连接件(例如非反相输入连接件)处施加基准信号Vref。输入放大器级200a的第二连接件(例如反相连接件)连接到LDO放大器的输出节点O。LDO下部2b包括布置在输出节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压差调节器，包括：‑输出节点(O)，用于提供经调节的输出电压(Vreg)，‑耦合到输出节点(O)的输出电流支路(100)，所述输出电流支路包括第一输出驱动器(110)和第二输出驱动器(120)，其中，所述第一和第二输出驱动器(110、120)配置为在第一和第二操作状态中操作，其中，所述第一和第二输出驱动器(110、120)的相应导电率在第一操作状态中比在第二操作状态中高，‑输入放大器级(200)，其具有输入侧(I200)以施加输入信号(Vin)，并且具有输出侧(O200)以提供第一控制电流(I1)以控制第一和第二输出驱动器(110、120)的操作状态，其中，所述输入放大器级(200)根据输入信号(Vin)生成第一控制电流(I1)，‑电流生成器单元(300)，用于当输入放大器级(200)的输出侧(O200)处的第一控制电流(I1)低于阈值电平时，提供第二控制电流(I2)以使第一输出驱动器(110)在第二操作状态中操作并提供第三控制电流(I3)以使第二输出驱动器(120)在第二操作状态中操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.27 EP 17158151.51.一种低压差调节器，包括：-输出节点(O)，用于提供经调节的输出电压(Vreg)，-耦合到输出节点(O)的输出电流支路(100)，所述输出电流支路包括第一输出驱动器(110)和第二输出驱动器(120)，其中，所述第一和第二输出驱动器(110、120)配置为在第一和第二操作状态中操作，其中，所述第一和第二输出驱动器(110、120)的相应导电率在第一操作状态中比在第二操作状态中高，-输入放大器级(200)，其具有输入侧(I200)以施加输入信号(Vin)，并且具有输出侧(O200)以提供第一控制电流(I1)以控制第一和第二输出驱动器(110、120)的操作状态，其中，所述输入放大器级(200)根据输入信号(Vin)生成第一控制电流(I1)，-电流生成器单元(300)，用于当输入放大器级(200)的输出侧(O200)处的第一控制电流(I1)低于阈值电平时，提供第二控制电流(I2)以使第一输出驱动器(110)在第二操作状态中操作并提供第三控制电流(I3)以使第二输出驱动器(120)在第二操作状态中操作。2.如权利要求1所述的低压差调节器，-其中，所述电流生成器单元(300)包括第一电流生成器(310)，-其中，所述输入放大器级(200)的输出侧(O200)耦合到第一电流生成器(310)。3.如权利要求2所述的低压差调节器，-其中，所述第一电流生成器(310)配置为浮动电流生成器。4.如权利要求2或3所述的低压差调节器，-其中，当第一控制电流(I1)进入第一电流生成器(310)时，所述第一输出驱动器(110)在第一操作状态中操作并且第二输出驱动器(120)在第二操作状态中操作，-其中，当第一控制电流(I1)离开第一电流生成器(310)时，所述第一输出驱动器(110)在第二操作状态中操作并且第二输出驱动器(120)在第一操作状态中操作。5.如权利要求1至4所述的低压差调节器，包括：-第一电流支路(10)，-其中，所述电流生成器单元(300)包括第二电流生成器(320)和第三电流生成器(330)，在第一电流支路(10)中，所述第二电流生成器(320)和第三电流生成器(330)与第一电流生成器(310)串联耦合。6.如权利要求2至5所述的低压差调节器，其中，所述第一电流生成器(310)包括具有不同导电类型的第一晶体管(311)和第二晶体管(312)。7.如权利要求6所述的低压差调节器，其中，所述第一晶体管(311)和所述第二晶体管(312)串联连接，使得第一晶体管(311)的源极节点(S311)连接到第二晶体管(312)的源极节点(S312)。8.如权利要求7所述的低压差调节器，包括：-第二电流支路(20)，-其中，所述第二电流支路(20)包括在第二电流支路(20)中串联连接的电压源(21)和第四电流生成器(22)以及第三晶体管(23)和第四晶体管(24)，所述第三和第四晶体管(23、24)具有不同导电类型。9.如权利要求8所述的低压差调节器，其中，所述第三晶体管(23)和所述第四晶体管(24)串联连接，使得第三晶体管(23)的源极节点(S23)连接到第四晶体管(24)的源极节点(S24)。10.如权利要求8或9所述的低压差调节器，-其中，所述第一晶体管(311)的控制连...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛·菲奥基，马尔科·切尔基，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH