快速电压调节器制造技术

本文中描述了一种电压调节器。根据一个实施例，该电压调节器包括晶体管，该晶体管具有负载电流路径，该负载电流路径将输入节点与输出节点连接，其中输入节点被配置为接收输入电压，并且输出节点被配置为提供输出电压。电压调节器还包括主控制环路，该主控制环路耦合在输出节点与晶体管的控制电极之间，并且被配置为控制施加到控制电极的电压，使得输出电压与设定点相匹配。更进一步地，电压调节器包括补充控制环路，该补充控制环路耦合在输出节点与晶体管的控制电极之间，并且被配置为检测输出电压中的瞬变并且响应于对瞬变的检测而调整施加到控制电极的电压。更进一步地，描述了一种对应方法。种对应方法。种对应方法。

【技术实现步骤摘要】
快速电压调节器


[0001]本公开涉及电压调节器电路的领域，具体涉及对负载电流突然改变具有快速阶跃响应的低压差调节器(LDO调节器)。

技术介绍

[0002]传输晶体管串联耦合到负载的电压调节器(VREG)广泛用于大型集成电路(IC)中，从而不仅为芯片内的各种供电线提供稳定供电电压，而且在同一电压下分离供电线，以便防止或减少噪声和泄漏的耦合。典型示例是将受开关噪声严重影响的数字电路部分的供电线与噪声敏感模拟电路部分的供电线分开。
[0003]在这种情况下，当负载电流或供电电压突然变化时，VREG应当使其经调节的输出电压中出现的瞬变过冲或瞬变下冲最小。通常，在VREG输出处放置解耦电容器作为电荷缓冲器，该电荷缓冲器对突然负载改变的瞬变阶跃响应进行滤波。然而，集成足够大的电容器或为外部解耦电容器提供足够引脚是昂贵的设计选项，这些设计选项在许多应用中是不可接受的。
[0004]除了依赖大型解耦(滤波)电容器之外，改善LDO调节器对负载改变的阶跃响应的典型途径还包括：增加电压控制环路的带宽；采用高摆率(high
‑
slew)误差放大器和无源本地反馈环路。然而，因为这些途径往往需要消耗大量电流，所以它们的有效性受到限制，并且它们仅适用于特定类型的误差放大器和传输晶体管。在许多情况下，因为改善瞬变响应的电路系统会干扰电压控制环路的操作，所以确保所得LDO调节器的稳定性非常困难。
[0005]有鉴于此，在无需相对较大的滤波电容器的情况下，LDO调节器在阶跃响应方面存在改进的空间。

技术实现思路

[0006]本文中描述了一种电压调节器。根据一个实施例，电压调节器包括具有负载电流路径的晶体管，该负载电流路径将输入节点与输出节点连接，其中输入节点被配置为接收输入电压，并且输出节点被配置为提供输出电压。电压调节器还包括主控制环路，该主控制环路耦合在输出节点与晶体管的控制电极之间，并且被配置为控制施加到控制电极的电压，以使输出电压与设定点相匹配。更进一步地，电压调节器包括补充控制环路，该补充控制环路耦合在输出节点与晶体管的控制电极之间，并且被配置为检测输出电压中的瞬变并且响应于对瞬变的检测而调整施加到控制电极的电压。
[0007]此外，描述了一种电压调节方法。根据一个实施例，该方法包括：使用晶体管来向负载提供输出电压，该晶体管具有负载电流路径，该负载电流路径将输入节点与输出节点连接。该方法还包括：使用主控制环路控制施加到晶体管的控制电极的电压，以使输出电压与设定点相匹配；以及检测输出电压中的瞬变；以及响应于对斜率的检测，调整施加到控制电极的电压。在一个特定实施例中，瞬变检测器的输出可以AC耦合到晶体管的控制电极。
附图说明
[0008]参考以下附图和描述可以更好地理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点放在说明本专利技术的原理上。而且，在附图中，相同的附图标记指代对应部分。在附图中：
[0009]图1图示了典型VREG结构的一个示例。
[0010]图2是图示了图1的VREG对负载电流的突然增加的阶跃响应的示例性时序图。
[0011]图3图示了改进VREG结构的一个实施例。
[0012]图4a和图4b图示了用于图3的实施例的瞬变检测器的两个示例性实现方式。
[0013]图5是图示了图3中所示的电路的功能的流程图。
[0014]图6包括进一步图示了图3的电路的功能的时序图。
[0015]图7和图8包括可以用于图4的瞬变检测器的斜率检测电路的各种示例性实现方式。
[0016]图9和图10包括可以用于图5的瞬变检测器的放大器的各种示例性实现方式。
[0017]图11是图示了由根据图7(图(b))构造的斜率检测器和根据图9(图(a))构造的放大器组成的瞬变检测器的一个示例的电路图。
[0018]图12是图示了由根据图8(图(a))构造的斜率检测器和根据图10构造的放大器组成的瞬变检测器的一个示例的电路图。
[0019]图13是图示了由根据图7(图(c))构造的斜率检测器和根据图9(图(a))构造的放大器组成的瞬变检测器的一个示例的电路图。
具体实施方式
[0020]在以下具体实施方式中，参考附图。附图形成说明书的一部分，并且出于说明的目的，示出了可以如何使用并实现实施例的示例。图1和图2分别图示了VREG的简化电路图以及其在一情形下对突然负载电流改变的阶跃响应，在上述情形下，输出电容器的电容足够小以至于不能操控阶跃响应。
[0021]根据图1的示例，LDO调节器使用传输晶体管T1，传输晶体管T1的负载电流路径连接在输入节点IN与输出节点OUT之间，以调节输出节点处可用的输出电压V
OUT
。传输晶体管可以是MOS场效应晶体管(MOSFET)，其负载电流路径通常被称为漏极
‑
源极电流路径(在双极晶体管的情况下，等同于集电极
‑
发射极电流路径)。可以使用N型MOS晶体管或P型MOS晶体管(如果使用双极型晶体管而非MOS晶体管，则与NPN型和PNP型相对应)。晶体管T1的控制电极与误差放大器EA的输出连接并且由其驱动，该控制电极在MOS晶体管的情况下为栅极而在双极性晶体管的情况下为基极，该误差放大器EA是差分放大器，诸如，例如运算放大器。误差放大器EA在其同相输入处接收参考电压V
REF
并且在其反相输入处接收反馈电压V
FB
，并且输出控制电压V
G
(在MOS晶体管的情况下为栅极电压)，该控制电压被供应给晶体管T1的控制电极。反馈电压V
FB
表示输出电压V
OUT
。在所描绘的示例中，反馈电压V
FB
与输出电压V
OUT
成比例，其中
[0022][0023]也就是说，由电阻器R1和R2所组成的分压器按比例缩小输出电压V
OUT
以获得反馈电
压V
FB
。输出电容器C
OUT
连接在输出节点OUT与接地节点GND之间。
[0024]给定输出电流I
LOAD
从0安到最大值I
MAX
的阶跃，控制环路的最大输出电压摆幅ΔV
OUT,max
和响应时间Δt1可以近似如下：
[0025]以及(2)
[0026][0027]其中BW
cl
是系统的闭环带宽，t
SR
是为传输晶体管T1的寄生栅极电容C
PAR
充电所需的时间，ΔV是传输晶体管的栅极处的电压摆幅，并且I
SR
是可用于为寄生栅极电容C
PAR
充电/放电的最大电流。
[0028]除了依赖大型解耦电容器之外，改善LDO调节器对负载改变的阶跃响应的典型途径还包括：增加电压控制环路的带宽；采用高摆率误差放大器和无源本地反馈环路。然而，因为这些途径往往本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压调节器，包括：晶体管(T1)，具有负载电流路径，所述负载电流路径将输入节点(IN)与输出节点(OUT)连接，所述输入节点(IN)被配置为接收输入电压(V
IN
)并且所述输出节点(OUT)被配置为提供输出电压(V
OUT
)；主控制环路(EA、R1、R2)，耦合在所述输出节点(OUT)与所述晶体管(T1)的控制电极之间，并且被配置为控制施加到所述控制电极的电压(V
G
)，以使所述输出电压与设定点相匹配；补充控制环路(TD、C
H2L
、C
L2H
)，耦合在所述输出节点(OUT)与所述晶体管(T1)的所述控制电极之间，并且被配置为检测所述输出电压(V
OUT
)中的瞬变并且响应于对瞬变的检测而调整施加到所述控制电极的所述电压(V
G
)。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述补充控制环路(TD、C
H2L
、C
L2H
)包括：斜率检测电路(11)，被配置为提供第一信号(SLPN)和第二信号(SLPP)，所述第一信号(SLPN)和所述第二信号(SLPP)分别指示对负斜率和正斜率的检测。3.根据权利要求2所述的电压调节器，其中所述补充控制环路(TD、C
H2L
、C
L2H
)还包括：用于放大所述第一信号(SLPN)的第一放大器(A1)以及用于放大所述第二信号(SLPP)的第二放大器(A2)，所述第一放大器(A1)和所述第二放大器(A2)AC耦合到所述晶体管(T1)的所述控制电极。4.根据权利要求3所述的电压调节器，其中所述第一放大器(A1)和所述第二放大器(A2)分别经由第一电容器(C
L2H
)和第二电容器(C
H2L
)连接到所述晶体管(T1)的所述控制电极。5.根据权利要求3或4所述的电压调节器，其中所述第一放大器(A1)和所述第二放大器(A2)是电流输入放大器和/或电流输出放大器。6.根据权利要求3至5中任一项所述的电压调节器，其中所述第一放大器(A1)和所述第二放大器(A2)包括以下各项中的至少一项：电流源晶体管放大器级和电流镜电路。7.根据权利要求3至6中任一项所述的电压调节器，其中所述第一放大器(A1)和所述第二放大器(A2)是电流输入放大器，每个电流输入放大器包括电流源，所述电流源连接到相应放大器的电流输入；所述电流源生成偏移电流(i
CLAMP
)。8.根据权利要求2至7中任一项所述的电压调节器，其中由所述斜率检测电路(11)提供的所述第一信号(SLPN)和所述第二信号(SLPP)是电流信号。9.根据权利要求2至8中任一项所述的电压调节器，其中所述斜率检测电路(11)包括微分器。10.根据权利要求9所述的电压调节器，其中所述微分器使用无源元件来实现，具体地，使用电容器来实现；或其中所述微分器是有源微分器电路。11.根据权利要求2至10中任一项所述的电压调节器，
其中所述斜率检测电路(11)被配置为当所述输出电压(V
OUT
)出现负斜率时，提供表示相对于所述输出电压(V
OUT
)的时间的导数的信号作为所述第一信号(SLPN)；以及其中所述斜率检测电路(11)被配置为当所述输出电压(V
OUT
)出现正斜率时，提供表示相对于所述输出电压(V
OUT
)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：CV，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：