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電壓調節器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510617148.4

申請日:

2015.09.24

公開號:

CN105468072A

公開日:

2016.04.06

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G05F 1/56申請日:20150924|||公開
IPC分類號: G05F1/56 主分類號: G05F1/56
申請人: 恩智浦有限公司
發明人: 阿南塔薩亞南·切拉帕
地址: 荷蘭埃因霍溫高科技園區
優先權: 14/497,529 2014.09.26 US
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司11021 代理人: 倪斌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510617148.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.03|||2016.05.04|||2016.04.06

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

描述了用于生成經調節的電壓的各種電路與方法。根據示例的實施方式,一種裝置包括電壓調節電路,其包括晶體管,晶體管在源極和漏極節點之間具有溝道,以及具有用于影響流經該溝道的電流的柵極。該電壓調節電路配置和布置為,自電壓源而生成經調節的電壓在輸出節點上。該電壓調節電路的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻率響應于流經晶體管的電流的變化而變化。該裝置還包括電流控制電路,電流控制電路連接到電壓調節電路,配置為調節提供到輸出節點的電流,以維持流經晶體管的相對恒定電流。

權利要求書

1.一種裝置,其特征在于,包括:
電壓調節電路,包括晶體管,所述晶體管在源極與漏極節點之間具
有溝道,以及具有影響流經所述溝道的電流的柵極;所述電壓調節電路
配置和布置為自電流源而生成經調節的電壓在輸出節點上;所述電壓調
節電路的傳遞函數具有極點頻率,所述極點頻率響應于流經所述晶體管
的電流的變化而變化;以及
電流控制電路,配置為調節提供到輸出節點的的電流,以維持流經
所述晶體管的相對恒定的電流。
2.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述通過電流控制電路
維持流經晶體管的相對恒定的電流,抑制電壓調節電路的傳遞函數的極
點頻率的變化。
3.如權利要求1所述的裝置,其特征在于:所述電壓調節電路中的
晶體管為源極跟隨器電路結構中的P型晶體管。
4.如權利要求1所述的裝置,其特征在于:所述電壓調節電路中的
晶體管為源極跟隨器電路結構中的N型晶體管。
5.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述電壓調節電路配置
和布置為,通過從輸出節點處汲取作為輸出節點處電壓的函數的第一電
流,來調節輸出節點處的電壓。
6.如權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述電壓調節電路包括
電壓反饋回路電路,配置和布置為,基于輸出節點處的經調節的電壓和
參考電壓,調節施加到所述晶體管的柵極的能量。
7.如權利要求6所述的裝置,其特征在于,電壓反饋回路電路包括:
誤差放大器,配置和布置為輸出控制信號及將控制信號提供給晶體
管的柵極,所述控制信號指示輸出節點處的經調節的電壓與參考電壓的
差異。
8.如權利要求7所述的裝置,其特征在于,進一步包括連接到晶體
管的柵極的電容器。
9.如權利要求7所述的裝置,其特征在于,所述電流控制電路包括:
第二晶體管,配置和布置為向晶體管提供電流供給的一部分;
第一電流源,配置為向電壓調節電路的第二晶體管的柵極提供第一
電流;以及
第二電流源,配置為通過第二電流;以及
第三晶體管,配置為從第二晶體管的柵極汲取電流到第二電流源。
10.如權利要求9所述的裝置,其特征在于:所述電流控制電路配
置和布置為調節施加到第二晶體管的柵極的能量,以使流經電壓調節電
路的晶體管的電流等于第二電流減去第一電流。
11.如權利要求1所述的裝置,其特征在于:進一步包括電容器,其
具有連接到電流控制電路的第二晶體管的柵極的第一端,以及連接到第
二晶體管的源極的第二端。
12.一種方法,其特征在于,包括:
使用電壓調節電路來自電流源而生成經調節的輸出電壓在輸出節
點,所述電壓調節電路包括晶體管,所述晶體管在源極與漏極節點之間
具有溝道,以及具有影響流經所述溝道的電流的柵極;以及
調節提供到輸出節點的電流,以維持流經所述晶體管的相對恒定的
電流。
13.如權利要求12所述的方法,其特征在于:
所述電壓調節電路的傳遞函數具有極點頻率,所述極點頻率響應于
流經晶體管的電流的變化而變化;以及
所述維持流經晶體管的相對恒定的電流,抑制電壓調節電路的傳遞
函數的極點頻率的變化。
14.如權利要求12所述的方法,其特征在于,進一步包括:基于參
考電壓和輸出節點處的經調節的輸出電壓,調節輸出節點處的經調節的
輸出電壓。
15.如權利要求14所述的方法,其特征在于:所述基于參考電壓和
輸出節點處的經調節的輸出電壓而調節輸出節點處的經調節的輸出電壓
包括:
生成控制信號,所述控制信號指示參考電壓與經調節的輸出電壓之
間的差異;以及
根據所述控制信號而自輸出節點汲取電流。
16.如權利要求15所述的方法,其特征在于,進一步包括:平滑所
述控制信號。
17.如權利要求12所述的方法,其特征在于,所述調節提供到輸出
節點的電流以維持流經所述晶體管的相對恒定的電流包括:
使用第二晶體管,自電壓源向輸出節點提供電流路徑;以及
基于流經電壓調節電路的晶體管的電流,調節施加到第二晶體管的
柵極的能量。
18.如權利要求12所述的方法,其特征在于,進一步包括:平滑施
加到電壓調節電路的晶體管的柵極的電壓。
19.如權利要求12所述的方法,其特征在于:所述電壓調節電路中
的晶體管為連接在源極跟隨器電路結構中的P型晶體管。
20.如權利要求12所述的方法,其特征在于:所述電壓調節電路中
的晶體管為連接在源極跟隨器電路結構中的N型晶體管。

說明書

電壓調節器

技術領域

本發明的實施方式的各方面指向用于生成經調節的電壓和/或電流
的方法與電路。特別地,部分實施方式指向用于生成參考電壓的方法和
電路。

背景技術

偏置信號發生器被用于各種需要穩定電流和/或電壓參考來驅動一
個或多個組成元件和/或電路元件的集成電路、電子設備與電子系統中。
例如,偏置電流發生器和偏置電壓發生器,如帶隙電壓參考發生器,經
常用來偏置放大器、電源電路/器件負載,以及提供其他電源供應和/或
輸入信號可以與之比較的穩定的信號參考,等等。

發明內容

各示例的實施方式指向用于生成參考電壓的電路、裝置和方法。

根據示例的實施方式,一種裝置包括電壓調節電路,其包括晶體管,
晶體管在源極和漏極節點之間具有溝道,以及具有用于影響流經該溝道
的電流的柵極。該電壓調節電路配置和布置為,自電流源而生成經調節
的電壓在輸出節點上。該電壓調節器可以由外部實體作為負載,外部實
體的凈效應可以模型化為電流源,其自輸出節點拉取電流。該電壓調節
電路的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻率響應于流經晶體管的電流的
變化而變化。該裝置還包括電流控制電路,電流控制電路連接到電壓調
節電路,配置為調節提供到負載的電流,以維持流經晶體管的相對恒定
電流。

根據另一示例的實施方式,還描述了一種用于生成經調節的電壓的
方法。使用電壓調節電路,自電流源而生成經調節的輸出電壓在輸出節
點,所述電壓調節電路包括晶體管,所述晶體管在源極與漏極節點之間
具有溝道,以及具有影響流經所述溝道的電流的柵極。該電壓調節電路
的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻率響應于流經晶體管的電流的變化
而變化。調節提供到負載的電流,以維持流經所述晶體管的相對恒定的
電流。

以上的討論/概要并不應視為描述了本發明的每一種實施方式或所
有實施例。以下的附圖和描述同樣示出了各種實施方式。

附圖說明

通過以下結合各附圖進行的詳細說明,可以更完整地理解各示例的
實施方式,其中:

圖1示出了根據一個或多個實施方式的第一參考電壓發生器電路的
框圖;

圖2示出了根據一個或多個實施方式的第二參考電壓發生器電路的
框圖;以及

圖3示出了根據一個或多個實施方式的第三參考電壓發生器電路的
框圖。

具體實施方式

各實施方式的方面通過附圖中的例子示出,并進行詳細說明,此
處所討論的各實施方式亦可適于修改和替換形式。然而,應當理解的是,
本發明不局限于所描述的特定實施方式。相反地,意欲覆蓋所有落入包
括定義在權利要求中的各方面中的本發明的所有修改、等同和替換。此
外,本申請全文中所指的“示例”僅為表述之用,非為限制。

應當相信,本發明的各方面適用于使用參考和/或電流的多種不同類
型的裝置、系統和方法。本發明的多個方面可以通過上下文所描述的種
種示例展示,本發明并不限于所述的示例。

各示例的實施方式指向用于生成經調節的電壓的方法與電路。根據
示例的實施方式,一種裝置包括電壓調節電路,其包括晶體管,晶體管
在源極和漏極節點之間具有溝道,以及具有用于影響流經該溝道的電流
的柵極。該電壓調節電路配置和布置為,自電壓源而生成經調節的電壓
在輸出節點上。該電壓調節電路的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻率
響應于流經晶體管的電流的變化而變化。該裝置還包括電流控制電路,
電流控制電路連接到電壓調節電路,配置為調節提供到負載的電流,以
維持流經晶體管的相對恒定電流。通過電流控制電路來進行的流經晶體
管的相對恒定電流的維持,抑制了電壓調節電路的傳遞函數的極點頻率
的變化。

在各個實施方式中,電流控制電路包括第一、第二晶體管和第一、
第二電流源。第一晶體管配置為自電壓源至電壓調節電路的晶體管提供
可調節的電流路徑。第一電流源配置為向電流控制電路的第一晶體管的
柵極提供第一電流。第二電流源配置為通過一個大于第一電流的第二電
流。電流控制電路的第二晶體管配置為將電流從第一電流源傳輸到第二
電流源。高阻抗節點連接到電流控制電路的第二晶體管的漏極。在該節
點上,電流控制電路的環路增益表現為調節第二晶體管的柵極電壓,以
驅使第一晶體管的電流等于第一電流源的電流。通過電流控制電路的反
饋動作,第二晶體管向電壓調節回路的晶體管提供等于電流控制電路的
第二、第一電流源的電流之差的電流。

該電壓調節器可包括反饋回路,以調節電壓調節器中晶體管的柵極
上所施加的能量。在一些實現中,電壓控制電路包括誤差放大器,配置
為輸出控制信號,控制信號指示在輸出節點上的經調節的電壓與參考電
壓之間的差異。電壓控制電路還包括晶體管,配置為根據誤差放大器輸
出的控制信號來汲取來自輸出節點的第一電流。

在一些實現中,該裝置可以包括一個或多個電容器,以使該裝置中
的各個信號平滑,并提升控制回路的穩定性。作為一個示例,一個電容
器可以連接到晶體管的柵極,以使用于驅動柵極的信號平滑。作為一種
示例,可以包括一個電容器以使電壓控制電路中的控制信號平滑,該控
制信號指示輸出電壓與參考電壓之間的差異。

為方便說明,所述示例基本上是參考在源極跟隨電路結構中包括有
P型或N型晶體管的電壓調節電路來進行說明的。然而,所描述的示例
和實施方式可以適應性地使用于各種電壓調節電路結構中。

現在轉向附圖,圖1示出了根據一個或多個實施方式的第一參考電
壓發生器電路的框圖。該參考電壓發生器電路110包括電流控制電路120、
電壓控制電路130、以及電壓調節電路140。電壓調節電路140包括至少
一個晶體管(圖未示),晶體管在源極和漏極節點之間具有溝道,以及具
有用于影響流經該溝道的電流的柵極。該電壓調節電路140配置為,自
電壓源(Vsrc)而生成經調節的電壓(Vout)在輸出節點上。該電壓調
節電路140的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻率響應于流經晶體管的
電流的變化而變化。

電壓控制電路130配置為,基于指示輸出處的電壓的反饋信號(V
FBloop)而調節輸出處的經調節的電壓。在一些實現中,電壓控制電路
130可以包含在電壓調節電路中。電流控制電路120配置為,基于指示
通過電壓調節電路140的晶體管的電流(i)的反饋信號(iFBloop),
調節提供到電壓調節電路140的晶體管(圖未示)的電流。更確切地,
電流控制電路120在輸出電壓節點上有負載電流時,調節送到負載的能
量,以維持流經晶體管的相對恒定的電流。通過維持流經晶體管的相對
恒定電流,傳遞函數的極點頻率的變化得以抑制。

圖2示出了根據一個或多個實施方式的第二參考電壓發生器電路的
框圖。該參考電壓發生器電路200包括電壓調節電路210和電流控制電
路220。在該示例中,電壓調節電路210包括晶體管216,晶體管216
與電流源212連接在一個源極跟隨器結構中,以生成經調節的電壓(Vout)
在輸出節點上,輸出節點連接到晶體管216的源極。該電壓調節電路210
的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻率響應于流經晶體管216的電流的
變化而變化。

電壓調節電路210包括電壓反饋回路,配置為基于Vout和參考電
壓(Vref)而調節晶體管216的柵極處的電壓,目的是調節Vout。在該
示例中,電壓反饋回路包括誤差放大器214,其配置為生成控制信號,
控制信號指示Vout與Vref之間的差異。控制信號用來調節晶體管216
的柵極的電壓。在該示例中,電容器218連接到誤差放大器的輸出,以
使控制信號平滑,以及使電壓反饋回路穩定。

電流控制電路220配置為調節在Vout下提供到負載的電流,以維
持流經晶體管216的相對恒定的電流。通過維持流經晶體管216的相對
恒定電流,傳遞函數的極點頻率的變化得以抑制。

在該示例中,電流控制電路220包括晶體管234,配置為向晶體管
216和輸出節點提供可調節的電流。電流控制電路220還包括第一電流
源222、第二電流源226以及晶體管224,其根據流經晶體管216的電流
來調節晶體管234的柵極電壓。第一電源流222配置為向晶體管234的
柵極提供第一電流i1。晶體管224配置為從電流控制電路220的晶體管
234的柵極汲取電流到第二電流源226。第二電流源226配置為通過來自
晶體管216和224的電流之和i2,其大于第一電流i1。

晶體管224調節施加到晶體管234的柵極的能量,以調節在Vout
下提供到負載的電流,并維持流經晶體管216的相對恒定的電流。在一
些實現中,例如地,晶體管224調節施加到晶體管234的柵極的能量,
以使流經晶體管216的電流等于i2-i1。在如圖2所示的示例中,晶體管
224的柵極由偏置電壓(Vbias1)所驅動。Vbias1可以示例地是從輸入
到誤差放大器214的參考電壓Vref而生成的。在該示例中,電流控制電
路220還包括電容器232,配置為使晶體管234的柵極電壓平滑,以及
提升電流控制回路的穩定性。

圖3示出了根據一個或多個實施方式的第三參考電壓發生器電路的
框圖。該參考電壓發生器電路300包括電壓調節電路310和電流控制電
路350。在該示例中,電壓調節電路310包括晶體管342,晶體管342
連接在一個源極跟隨器結構中,以從由晶體管318實現的電流源而生成
經調節的電壓(Vout)在輸出節點366上,輸出節點366連接到晶體管
364的漏極。該電壓調節電路310的傳遞函數具有極點頻率,該極點頻
率響應于流經晶體管364的電流的變化而變化。

電壓調節電路310包括電壓反饋電路,配置為基于Vout和參考電
壓(Vref)而調節晶體管342的柵極處的電壓。在該示例中,電壓控制
電路310包括誤差放大器311,誤差放大器311具有連接到Vref的第一
輸入319和連接到Vout的第二輸入323。誤差放大器311配置為生成控
制信號341,控制信號341指示Vout和Vref之間的差異。誤差放大器
311可以示例地實現為使用圖3所示的晶體管312、314、316、320、322、
328、330、332、334、336、338和340,以及電流源326的結構。各實
施方式可以適應性地使用其他電路結構來實現誤差放大器311。晶體管
342通過根據誤差放大器311所生成的控制信號341來從輸出節點366
汲取電流,而調節輸出電壓Vout。在一些實現中,電壓調節電路包括電
容器344,配置為使誤差放大器311所輸出的控制信號341平滑,并提
升電壓反饋回路的穩定性。

電流控制電路350包括晶體管364,配置為提供向晶體管342的可
調電流路徑。電流控制回路調節施加到晶體管364的柵極的能量,以維
持流經晶體管342的漏極的相對恒定的電流。通過維持流經晶體管342
的相對恒定電流,傳遞函數的極點頻率的變化得以抑制。在該示例中,
電流控制電路350包括由晶體管352、356實現的第一、第二電流源,以
及連接在第一、第二電流源之間的第三晶體管354。晶體管352向晶體
管364的柵極提供第一電流i1。晶體管354配置為從晶體管364的柵極
汲取電流到由晶體管356實現的第二電流源。晶體管356配置為通過第
二電流i2,其大于第一電流i1。晶體管354調節施加到晶體管364的柵
極的能量,以維持流經晶體管342的相對恒定的電流。在一些實現中,
例如地,晶體管354調節施加到晶體管364的柵極的能量,以使流經晶
體管342的電流等于第二電流減去第一電流。在該示例中,晶體管354
的柵極由偏置電壓(Vbias1)驅動。Vbias1可以示例地是從Vref而生成的。
在該示例中,電容器362連接到晶體管364的柵極,以提升由電流控制
電路350實現的電流反饋回路的穩定性。

各種模塊、模組或其他電路也可實現用來進行此處所述的和/或圖中
所示的動作和行為中的一個或多個。在這些情況中,“模塊”(有時為“邏
輯電路”或“模組”)是一種電路,其進行這些或相關的動作/行為中的
一個或多個(如基于反饋信號調節電壓)。例如,在以上所討論的一些實
施方式中,一個或多個模組為分立的邏輯電路或可編程邏輯電路,配置
和布置為進行如圖1、2和3中的電路模組的這些動作/行為。在特定實
施方式中,這樣的可編程電路是一個或多個計算機電路,被編程用來執
行一組(或多組)指令(和/或配置數據)。所述指令(和/或配置數據)
可以固件或軟件的形式存儲于存儲器(電路),并可自所述存儲器(電路)
讀出。作為一種示例,第一模塊和第二模塊包括由基于硬件的中央處理
器(CPU)電路和一組以固件形式存在的指令的集合,其中第一模塊包
括第一CPU硬件電路和一組指令,第二模塊包括第二CPU硬件電路和
另一組指令。

根據以上討論和描述,所屬技術領域的技術人員可以在無須嚴格遵
從于前述實施方式和應用的情況下對本發明作出種種修改或變動。例如,
在某些情況下本發明的方面和特點在單獨的附圖中進行展示,但應當理
解的是,盡管未必明確地在本發明的附圖或說明書中指出,但其中一幅
附圖中的某些特征可以被結合到另一附圖的特征中實施。此等修改并不
背離本發明的真實精神和范圍,包括以下權利要求所示的。

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電壓 調節器
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