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    重庆时时彩后二技巧集锦: 带有浮动电压参考的低压降稳压器.pdf

    关 键 词:
    带有 浮动 电压 参考 低压 稳压器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201310350039.1

    申请日:

    2013.08.13

    公开号:

    CN103631301A

    公开日:

    2014.03.12

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):G05F 1/56变更事项:专利权人变更前:飞思卡尔半导体公司变更后:恩智浦美国有限公司变更事项:地址变更前:美国得克萨斯变更后:美国得克萨斯|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G05F 1/56申请日:20130813|||公开
    IPC分类号: G05F1/56 主分类号: G05F1/56
    申请人: 飞思卡尔半导体公司
    发明人: J·M·皮古特
    地址: 美国得克萨斯
    优先权: 2012.08.24 US 13/593,677
    专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 申发振
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310350039.1

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2017.11.28|||2017.08.15|||2015.09.16|||2014.03.12

    法律状态类型:

    专利权人的姓名或者名称、地址的变更|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及带有浮动电压参考的低压降稳压器。稳压器的一个实施例包括导通器件、反馈电路、以及运算放大器。所述运算放大器的第一电流传导端子耦合于输入电压节点,并且所述运算放大器的第二电流传导端子耦合于调节的电压节点。所述反馈电路耦合于所述稳压节点和所述反馈节点之间,并且所述反馈电路是浮动的参考电压,其被配置以产生反馈信号。所述运算放大器有耦合于反馈节点的输入,和耦合于所述导通器件控制端子的输出。所述运算放大器基于源自所述反馈节点的所述反馈信号给所述控制端子提供了信号。所述控制信号引起通过所述导通器件的电流发生变化以将稳压节点处的电压保持在目标稳压。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种稳压器,包括:
    被配置以接收输入电压的输入电压节点;
    被配置以传送输出电压的稳压节点;
    被配置以传送反馈信号的反馈节点;
    导通器件,有第一电流传导端子、第二电流传导端子、以及控制端子,其中所述第一电流传导端子耦合于所述输入电压节点,以及所述第二电流传导端子耦合于所述稳压节点;
    反馈电路,耦合于所述稳压节点和所述反馈节点之间,其中所述反馈电路是被配置以产生所述反馈信号的浮动电压参考;以及
    运算放大器,有耦合于所述反馈节点的输入、以及耦合于所述导通器件的所述控制端子的输出,其中所述运算放大器被配置以基于源自所述反馈节点的反馈信号给所述控制端子提供信号,并且其中所述控制信号引起通过所述导通器件的电流发生变化以将稳压节点处的电压保持在目标稳压。

    2.  根据权利要求1所述的稳压器,其中所述导通器件包括P型金属氧化物半导体场效应晶体管。

    3.  根据权利要求1所述的稳压器,其中所述反馈电路包括一个或更多个齐纳二极管,当所述一个或更多个齐纳二极管包括多个齐纳二极管的时候所述齐纳二极管串联耦合,并且有耦合于所述稳压节点的阴极,以及耦合于所述反馈节点的阳极,并且其中所述目标稳压大约等于所述一个或更多个齐纳二极管的反向击穿电压。

    4.  根据权利要求3所述的稳压器,其中所述运算放大器有对应于所述运算放大器的所述输出的单一高阻抗节点。

    5.  根据权利要求3所述的稳压器,其中所述运算放大器内部地在对应于所述运算放大器的非反相输入的参考节点处生成参考电压,其中所述参考电压在地面处或是高于地面的小电压。

    6.  根据权利要求1所述的稳压器,其中所述反馈电路包括多个串联耦合的二极管,并且其中所述目标稳压大约等于所述多个二极管的反向击穿电压的总和。

    7.  根据权利要求1所述的稳压器,其中所述运算放大器包括:
    第一晶体管,有耦合于所述输入电压节点的源极、耦合于所述运算放大器的所述输出的漏极、以及耦合于偏置电流源的栅极;
    第二晶体管,有耦合于所述输入电压节点的源极、漏极、以及耦合于所述偏置电流源和所述第一晶体管的所述栅极的栅极;
    第三晶体管,有耦合于所述第一晶体管的所述漏极的漏极、耦合于所述运算放大器的所述输入的源极、以及栅极;
    第四晶体管,有耦合于所述第二晶体管的所述漏极的漏极、耦合于参考节点的源极、以及耦合于所述第三晶体管的所述栅极和所述第四晶体管的所述漏极的栅极;
    第五晶体管,有耦合于所述参考节点的漏极、耦合于地面的源极、以及耦合于所述参考节点的栅极;以及
    第六晶体管,有耦合于所述第三晶体管的所述漏极和所述运算放大器的所述输入的漏极、耦合于地面的源极、以及耦合于所述第五晶体管的所述栅极的栅极。

    8.  根据权利要求7所述的稳压器,其中所述第一和第二晶体管是P型金属氧化物半导体场效应晶体管,第三、第四、第五、和第六晶体管是N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

    9.  根据权利要求1所述的稳压器,还包括:
    偏置电流源,被配置以给所述运算放大器的偏置输入提供偏置信号,其中当所述输入电压超过第一阈值时,所述偏置信号引起所述运算放大器将所述导通器件置于导电状态。

    10.  根据权利要求9所述的稳压器,其中所述偏置电流源包括:
    有耦合于所述输入电压节点的源极、耦合于所述偏置输入的漏极以及栅极的晶体管;以及
    耦合于所述偏置输入和地面之间的电阻器。

    11.  一种稳压器,包括:
    被配置以接收输入电压的输入电压节点;
    被配置以传送输出电压的稳压节点;
    被配置以传送反馈信号的反馈节点;
    导通器件,有第一电流传导端子、第二电流传导端子、以及控制端子,其中所述第一电流传导端子耦合于所述输入电压节点,以及所述第二电流传导端子耦合于所述稳压节点;
    反馈电路,耦合于所述稳压节点和所述反馈节点之间,其中所述反馈电路包括设置目标稳压的二极管参考,并且所述反馈电路产生所述反馈信号;以及
    运算放大器,有耦合于所述反馈节点的输入,以及耦合于所述导通器件的所述控制端子的输出,其中所述运算放大器被配置以基于源自所述反馈节点的反馈信号给所述控制端子提供信号,并且其中所述控制信号引起通过所述导通器件的电流发生变化以将稳压节点处的电压保持在目标稳压。

    12.  根据权利要求11所述的稳压器,其中所述导通器件包括P型金属氧化物半导体场效应晶体管。

    13.  根据权利要求11所述的稳压器,其中所述反馈电路包括:有 耦合于所述稳压节点的阴极以及耦合于所述反馈节点的阳极的二极管,并且其中所述目标稳压大约等于所述二极管的反向击穿电压。

    14.  根据权利要求13所述的稳压器,其中所述二极管包括齐纳二极管。

    15.  根据权利要求11所述的稳压器,其中所述反馈电路包括多个串联耦合的二极管,并且其中所述目标稳压大约等于所述多个二极管的反向击穿电压的总和。

    16.  根据权利要求11所述的稳压器,其中所述运算放大器内部地在对应于所述运算放大器的非反相输入的参考节点处生成参考电压,其中所述参考电压在地面处或是高于地面的小电压。

    17.  根据权利要求11所述的稳压器,其中所述运算放大器包括:
    第一晶体管,有耦合于所述输入电压节点的源极、耦合于所述运算放大器的所述输出的漏极、以及耦合于偏置电流源的栅极;
    第二晶体管,有耦合于所述输入电压节点的源极、漏极、以及耦合于所述偏置电流源和所述第一晶体管的所述栅极的栅极;
    第三晶体管,有耦合于所述第一晶体管的所述漏极的漏极、耦合于所述运算放大器的所述输入的源极、以及栅极;
    第四晶体管,有耦合于所述第二晶体管的所述漏极的漏极、耦合于参考节点的源极、以及耦合于所述第三晶体管的所述栅极和所述第四晶体管的所述漏极的栅极;
    第五晶体管,有耦合于所述参考节点的漏极、耦合于地面的源极、以及耦合于所述参考节点的栅极;以及
    第六晶体管,有耦合于所述第三晶体管的所述漏极和所述运算放大器的所述输入的漏极、耦合于地面的源极、以及耦合于所述第五晶体管的所述栅极的栅极。

    18.  根据权利要求17所述的稳压器,其中所述第一和第二晶体管是P型金属氧化物半导体场效应晶体管,第三、第四、第五、和第六晶体管是N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

    19.  根据权利要求11所述的稳压器,还包括:
    偏置电流源,被配置以给所述运算放大器的偏置输入提供偏置信号,其中当所述输入电压超过第一阈值时,所述偏置信号引起所述运算放大器将所述导通器件置于导电状态。

    20.  根据权利要求19所述的稳压器,其中所述偏置电流源包括:
    有耦合于所述输入电压节点的源极、耦合于所述偏置输入的漏极以及栅极的晶体管;以及
    耦合于所述偏置输入和地面之间的电阻器。

    说明书

    说明书带有浮动电压参考的低压降稳压器
    技术领域
    本发明所描述的主题实施例通常涉及稳压器,更具体的说涉及低压降(LDO)稳压器。
    背景技术
    稳压器通常被用于将未调节的(例如,潜在的可变和有噪音)输入电压转换成调节的(例如,相对稳定和无噪音)输出电压。低压降(LDO)稳压器是一种特定类型的线性稳压器,当需要最小化稳压器的输入和输出端子之间的电压降(例如,为了低至几百毫伏或更低)的时候被使用。例如,典型的LDO稳压器包括导通晶体管,导通晶体管具有分别耦合于未调节的输入电压端子和调节的输出电压端子的第一和第二载流端子。穿过稳压器的输出端子(或“调节的”电压)的电压和参考电压(基于输入电压被产生)之间的差异被用于控制导通晶体管(即,通过导通晶体管的控制端子)以保持所需的稳压。在这种反馈环路(称为“环路增益”)中的更高增益提高了输出稳压精度,但使保持系统的稳定性更加困难。
    穿过LDO稳压器的输出端子耦合的负载例如可以被表征为可变负载电阻和可变负载电容的并联组合,其中负载电容有与其相关联的可变有效串联电阻(ESR)。负载的电阻、电容和ESR的变化可能起因于,例如,温度波动、组件变化、负载配置变化等等的任意组合。
    LDO稳压器在面对重大的负载变化时能够迅速地调整其输出电流(通过提供给导通晶体管的信号调制)以保持所需的稳压。然而,典型的LDO稳压器的高开环回路输出阻抗使得稳压器的频率稳定性特别容易受到这种负载变化的影响,并且没有适当补偿,负载变化可能不利地影响稳压器的频率稳定性。在现代化电路中,典型的LDO 稳压器可能有多个极点和零点,并且对在这样的LDO稳压器中的反馈环路进行补偿会是非常困难的。
    附图说明
    结合下列附图并参阅详细说明书以及权利要求对本发明主题会有一个比较完整的理解,其中在附图中类似的参考符号表示相同的组件。
    图1根据一个例子实施例,是稳压器电路的简化方框图;
    图2根据一个例子实施例,是稳压器电路的示意图;
    图3是稳压器电路的一个实施例的DC响应的图;以及
    图4是稳压器电路的一个实施例的瞬态响应的图。
    具体实施方式
    以下详细说明在本质上仅仅是说明性的,并且不旨在限定本主题或应用程序的实施例以及对这种实施例的使用。正如本发明所使用的,词语“示例”指“充当一个例子、实例或说明”。在本发明中被描述为示例的任何实施方式不一定被理解为优选于或优于其它实施方式。此外,不旨在被先前的技术领域、背景技术、或以下详细说明中的任何明示或暗示的理论所限定。
    低压降(LDO)稳压器的实施例包括稳压器,其中整体环路增益被降低(当与传统的LDO稳压器进行比较的时候)以提高LDO稳压器的稳定性。实施例可以特别适合于需要相对简单的、稳定的不需要高度精确的LDO稳压器,并且因此可能有相对较低的环路增益的应用程序。根据一个实施例,LDO稳压器例如可以被用作预稳压器(pre-regulator),虽然也可以被用于其它目的。
    图1根据例子实施例,是稳压器100的简化方框图。根据一个实施例,稳压器100包括输入电压端子110、输出电压端子120、偏置电流源130、运算放大器140(“opamp”)、导通器件160以及反馈电路170。图1和图2显示了耦合于系统的地面(ground)参考的各种组件和 节点。然而,这并不是被限定。根据本发明的描述,本领域所属技术人员将了解各种组件和节点或者可以耦合于有高于或低于系统的地面参考电压的参考。因此,虽然附图和描述指地面参考(或“地面”),参考并不意味着被限定。
    输入电压端子110耦合于电压源112(例如,电池)和输入电压节点114之间,以及输出电压端子120耦合于稳压节点122和负载124之间。导通器件160有分别耦合于输入电压节点114和稳压节点122的第一和第二电流传导端子(例如,分别是源极和漏极)。在导通器件160的电流传导端子之间的电流根据运算放大器140提供到导通器件160的控制端子(例如,栅极)的控制信号被调制。根据一个实施例,导通器件160包括P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET),虽然导通器件的其它类型(或多组分电路)替代地可以被使用。例如,导通器件160可以包括N型MOSFET、双极结型晶体管(BJT)、或有可以被调制的电流的其它类型的电路或器件。理想的是,导通器件160在其输入和输出端子(即其载流端子)之间有很小的电压降,以便在某些操作模式期间,输出端子处的电压可以任意地接近于输入端子处的电压(例如,当导通器件160在其线性区域内操作的时候,调节的节点122处的电压可以大约等于输入电压节点114处的电压)。
    偏置电流源130耦合于输入电压节点114和运算放大器140的偏置节点之间,以及偏置电流源130被配置以给运算放大器140提供偏置电流,正如结合图2将要更详细进行说明的。
    运算放大器140有外部输入(例如,反相输入)、参考节点(例如,对应于非反相输入)、以及输出。该外部输入通过反馈节点154耦合于反馈电路170。根据一个实施例,运算放大器140内部地在参考节点处生成小偏移电压,这是通过在运算放大器140的非反相输入141显示导电回路在图1中被表示的?;痪浠八?,运算放大器140内部地在参考节点处生成参考电压(例如,在非反相输入141),其中参考电压在地面处或是高于地面的小电压(即,非反相输入141在地 面处或是在高于地面的小电压上被内部偏置)。运算放大器140的输出耦合于导通器件160的控制端子。根据一个实施例,运算放大器140被配置以放大外部输入和参考节点之间的电压差值,以给导通器件160提供运算放大器输出处的控制信号。该控制信号控制了导通器件160的电流传导端子之间的电流。更具体地说,该控制信号调制了通过导通器件160的电流以便稳压节点122处的电压被保持在目标稳压。
    反馈电路170耦合于稳压节点122和反馈节点154之间。反馈电路170被配置以提供用于调节(通过放大器140和导通器件160)稳定节点122处的输出电压的反馈。反馈电路170可以被表征为“浮动电压参考,”因为反馈电路170在反馈节点154处产生的电压没有参考至地面,而是可以被表征为参考节点170处的电压减去参考电压值。根据一个实施例,反馈电路170包括二极管(例如,图2的齐纳二极管272),该二极管的阳极耦合于反馈节点154并且阴极耦合于稳压节点122。在其它实施例中,反馈电路170可以包括多个串联耦合的二极管(例如,多个齐纳二极管),其中“串联耦合”指串联的每个二极管的阳极耦合于串联的下一个二极管的阴极。在一个包括多个串联耦合的二极管的实施例中,串联的“阳极”指耦合于反馈节点154的二极管的阳极(串联的),并且串联的“阴极”指耦合于稳压节点122的二极管的阴极(串联的)。在其它实施例中,反馈电路170可以包括能够起到适当浮动电压参考作用的其它电路。
    稳压节点122处的调节的输出电压由反馈电路170和运算放大器140的非反相输入141的偏移电压设置?;痪浠八?,在一个实施例中,稳压节点122处的调节的输出电压由浮动电压参考设置。虽然本发明的描述,特别是参照图2,将反馈电路170描述为基本上是由一个齐纳二极管组成的,基于本发明的描述,本领域所属技术人员将了解反馈电路170可以包括多个齐纳二极管(例如,串联或其它配置),一个或更多个其它类型的二极管(例如,发光二极管或其它二极管),和/或提供了本发明描述的反馈电路170的功能的其它电路。
    图2根据一个例子实施例,是稳压器电路200的一个示意图。根 据一个实施例,稳压器200包括输入电压端子210、输出电压端子220、偏置电流源230、运算放大器240、导通器件260、以及反馈电路270。在描述了实施例和稳压器电路200的各个组件之间的互连之后,稳压器电路200的操作的详细描述将被讨论。
    输入电压端子210耦合于电压源212(例如,电池)和输入电压节点214之间,以及输出电压端子220耦合于稳压节点222和负载224之间。导通器件260有分别耦合于输入电压节点214和稳压节点222的第一和第二电流传导端子(例如,分别是源极和漏极)。导通器件260的电流传导端子之间的电流基于运算放大器240提供到导通器件260的控制端子(例如,栅极)的控制信号被调制。根据一个实施例,导通器件260包括PMOSFET。因此,当栅极-源极电压低于导通器件260的阈值电压的时候(即当导通器件260在其线性区域内操作的时候),穿过导通器件260的电流大小通常负相关于控制信号的电压。在其它实施例中,其它类型的导通器件(或多组分电路)可以被使用。
    偏置电流源230耦合于输入电压节点214和运算放大器240的偏置输入238之间。根据一个实施例,偏置电流源230被配置以给运算放大器240提供偏置电流以影响运算放大器240的操作,正如后面将要更详细描述的。更具体地说,偏置电流源230偏置了运算放大器240内本质上起到了运算放大器240内的电流源作用的特定晶体管(即晶体管242、243)。在一个实施例中,偏置电流源230包括串联耦合于输入电压节点214和地面之间的第一晶体管234和电阻器236。例如,第一晶体管234可以是PMOSFET,该PMOSFET有耦合于输入电压节点214的第一电流传导端子(例如,源极)和耦合于电阻器236的第一端子和运算放大器240的偏置输入238的第二电流传导端子(例如,漏极)。第一晶体管234的控制端子耦合于其第二电流传导端子、偏置输入238以及电阻器236的第一端子。电阻器236的第二端子耦合于地面。
    根据一个实施例,运算放大器240包括偏置输入238、外部输入256、(例如,反相输入)、参考节点257(例如,对应于非反相输入 的内部节点)、输出258、以及多个晶体管242-247。正如先前所讨论的,偏置输入238耦合于偏置电流源230。外部输入256通过反馈节点254耦合于反馈电路270。根据一个实施例,运算放大器240内部地在参考节点257处生成小偏置电压,其中参考电压在地面处或是高于地面的小电压。运算放大器240的输出258耦合于导通器件260(例如,晶体管262)的控制端子(例如,栅极)。正如下面将要更详细描述的,运算放大器240基于源自反馈电路270的反馈信号被配置以给导通器件260提供控制信号??刂菩藕牌鸬降髦频纪ㄆ骷?60的电流传导端子之间的电流的作用,从而控制信号起到控制稳压节点222处存在的稳压的作用。
    根据一个实施例,运算放大器240的多个晶体管包括第二晶体管242、第三晶体管243、第四晶体管244、第五晶体管245、第六晶体管246、以及第七晶体管247。在一个实施例中,虽然不同类型的晶体管或晶体管组合在其它实施例中可以被使用,第二和第三晶体管242、243是PMOSFET,以及第四、第五、第六、以及第七晶体管244-247是NMOSFET。第二晶体管242包括:耦合于输入电压节点214的第一电流传导端子(例如,源极);耦合于运算放大器240的输出258和第四晶体管244的电流传导端子的第二电流传导端子(例如,漏极);以及耦合于偏置电流源230(通过偏置输入238)和第三晶体管243的控制端子的控制端子(例如,栅极)。第三晶体管243包括:耦合于输入电压节点214的第一电流传导端子(例如,源极);耦合于第五晶体管245的电流传导和控制端子的第二电流传导端子(例如,漏极);以及耦合于偏置电流源230(通过偏置输入238)和第二晶体管242的控制端子的控制端子(例如,栅极)。第四晶体管244包括:耦合于第二晶体管242的第二电流传导端子的第一电流传导端子(例如,漏极);耦合于运算放大器240的外部输入256(从而耦合于反馈节点254)和第七晶体管247的一个电流传导端子的第二电流传导端子(例如,源极);以及耦合于第五晶体管245的电流传导和控制端子的控制端子(例如,栅极)。第五晶体管245包括:耦合于第三 晶体管243的第二电流传导端子的第一电流传导端子(例如,漏极);耦合于参考节点257、第六晶体管246的一个电流传导端子以及第六和第七晶体管246、247的控制端子的电流传导端子(例如,源极);以及耦合于第四晶体管244的控制端子和其自身第一电流传导端子(即第五晶体管的栅极和漏极耦合在一起)的控制端子(例如,栅极)。第六晶体管246包括:耦合于参考节点257和第五晶体管245的第二电流传导端子的第一电流传导端子(例如,漏极);耦合于地面的第二电流传导端子(例如,源极);以及耦合于第七晶体管247的控制端子和其自身的第一电流传导端子(即,第六晶体管246的栅极和漏极耦合在一起)的控制端子(例如,栅极)。第七晶体管247包括:耦合于第四晶体管244的第二电流传导端子和运算放大器240的外部输入256(因而到反馈节点254)的第一电流传导端子(例如,漏极);耦合于地面的第二电流传导端子(例如,源极);以及耦合于第六晶体管246的电流传导和控制端子的控制端子(例如,栅极)。
    在一个实施例中,当被适当偏置的时候,第二和第三晶体管242、243相匹配以生成一个相同的电流。此外,第四和第五晶体管244、245可以相匹配以不生成不需要的偏移。同样地,第六和第七晶体管246、247可以相匹配以不生成不需要的偏移。在替代实施例中,上述晶体管对可能无法匹配。例如,在一个特定替代实施例中,第六和第七晶体管246、247可以故意地不匹配以产生穿过它们的偏移电压(例如,第六晶体管246可以略小于第七晶体管247)。不匹配可以被执行以在外部输入256和参考节点257之间产生轻微偏移电压,同时还确保运算放大器240平衡。
    反馈电路270耦合于稳压节点222和反馈节点254(以及从而耦合到运算放大器240的外部输入256)。根据一个实施例,反馈电路270包括至少一个二极管272(例如,齐纳二极管),该二极管有耦合于反馈节点254的第一端子(例如,阳极)和耦合于稳压节点222的第二端子(例如,阴极)。正如上面提到的,反馈电路270给运算放大器240提供了反馈,使得运算放大器240能够(通过控制到导通器 件260的输入)调节节点222处的输出电压。正如从下面的描述中可以明显看到的,反馈节点254在操作期间表示了一个低电压、低阻抗节点。
    根据一个实施例,稳压节点222和输出电压端子220处存在的调节的输出电压由反馈电路270(例如,被齐纳二极管272)设置。根据这样一个实施例,当穿过第一和第二端子的电压达到或超过齐纳二极管272的反向击穿电压的时候(在起到平衡运算放大器240的作用的非反相输入257处加上小偏移电压),反馈电路270通常将在稳压节点222和反馈节点254之间传导电流。在反向击穿电压处和高于反向击穿电压处,稳压器电路200可以被认为是“处于调节中,”在稳压节点222处的电压将被限定在大约近似于齐纳二极管272的反向击穿电压?;痪浠八?,稳压节点222处的目标稳压由反馈电路270(即,由齐纳二极管272)设置。
    根据一个实施例,反馈电路270包括单一齐纳二极管272,以及稳压节点222处的目标调节的输出电压大约等于齐纳二极管272的反向击穿电压加上外部输入256处的电压,其可以相对?。ɡ?,达约300毫伏上下)。在齐纳二极管272有一个5.0伏的反向击穿电压的一个实施例中,例如,稳压节点222处的目标稳压稍微高于5.0伏。在一个替代实施例中,反馈电路270可以包括有较低或较高反相击穿电压的单一二极管,和/或反馈电路270可以包括多个串联耦合的二极管以提供一个稳压节点222处的大约等于串联耦合的二极管的反向击穿电压的总和的目标稳压。例如,在反馈电路270包括两个串联耦合的齐纳二极管的一个替代实施例中,每一个有约5.0伏的反向击穿电压,节点222处的目标稳压将大约等于10伏。
    稳压电路200的操作现在将参考图2和图3被描述,这是稳压器(例如,图1、2的稳压器100、200的一个实施例)的一个实施例的直流(DC)响应的图300。在图3中,垂直轴表示到稳压电路200的输入电压(对于输入电压迹线302)或输出电压(对于稳压迹线304),以及水平轴表示应用于稳压器输入210的输入DC电压。迹线302绘 制了到稳压器(例如,图2的输入电压端子210处)的输入电压,迹线304绘制了稳压器(例如,图2的输出电压端子220处)的输出电压的DC值。参照图2和图3,稳压电路200有至少三个不同的操作区域,并且稳压电路200所在的区域主要取决于(例如,输入电压端子210处的)输入电压302的大小进行操作。例如,当输入电压302低于第一输入电压阈值(例如,在图3中大约小于1.9伏)的时候,稳压电路200可以位于低输出操作区域310,当输入电压302位于第一输入电压阈值和较高的、调节触发电压阈值(例如,对包括反向击穿电压为5.0伏的齐纳二极管272的反馈电路270,是5.0伏)之间的时候,可以位于一个线性操作区域312,以及当输入电压302高于调节触发电压阈值(例如,对给定例子是大约高于5.0伏)的时候,可以位于一个调节的操作区域314。当输入电压302低于调节触发电压阈值的时候,输出电压不被认为是“处于调节中”,并且当输入电压302高于调节触发电压阈值的时候,输出电压被认为是“处于调节中”。
    低输出、线性以及调节的操作区域310、312、314内的稳压器电路200的操作现在将被描述。在低输出操作区域310(例如,当图3中的输入电压节点214处的电压低于大约1.9伏的时候)中,运算放大器240不能控制导通晶体管262为“开启”,因此在其电流传导端子之间有很少电流经过或没有电流经过(例如,没有足够的电压施加于输入210以使得使运算放大器240能够开启导通晶体管262,导致了导通晶体管262不能传导有效电流(significant current))。
    在线性操作区域312(例如,当图3中的输入电压节点214处的电压位于约1.9伏和5.0伏之间的时候)中,运算放大器240控制导通晶体管262为完全“开启”,并且导通晶体管262导通足够的电流以保持节点222处的输出电压接近于节点210上的输入电压。稳压节点222处产生的电压不足以导致齐纳二极管272传导有效电流(即,齐纳二极管272为“关闭”)。
    在调节的操作区域314(例如,当图3中的输入电压节点214处的电压高于约5.0伏的时候)中,运算放大器240继续控制导通晶体 管262为“开启”。然而,基于源自反馈电路270的反馈,运算放大器调制了节点258处到控制导通器件262的输出电压值以确保稳压节点222处的电压被保持在目标稳压(例如,大约是齐纳二极管272的反向击穿电压加上外部输入256处的相对小的电压)。更具体地说,当输入电压节点214处的电压转换到高于调节触发阈值电压时,稳压节点222处的电压上升至高于齐纳二极管272的反向击穿电压,导致了齐纳二极管272传导电流(即,齐纳二极管272为“开启”)。因此,反馈节点254和外部输入256处的电压增加,以及第四晶体管244开始传导较小的电流。这反过来导致输出节点258处的电压增加,并且因此导通晶体管262被控制以传导较小的电流。稳压节点222处的电压因此被保持在目标稳压。如果输入电压节点214处的输入电压继续上升,导通晶体管262被控制以传导更小的电流以避免调节的输出电压进行上升。当稳压节点222处的电压围绕目标稳压发生变化时,运算放大器240调制其对导通器件262的控制以便在稳压节点222和输出电压节点220处保持目标稳压。
    图4是稳压器电路的一个实施例(例如,图1、图2的稳压器100、200的一个实施例)的瞬态(时间)响应的图400。在图4中,垂直轴表示到稳压电路200的输入电压(对于输入电压迹线402)或输出电压(对于稳压迹线404),以及水平轴表示时间。迹线402绘制了到稳压器(例如,图2的输入电压端子210处)的输入电压,以及迹线404绘制了稳压器(例如,图2的输出电压端子220处)的调节的输出电压。在图4中表示的时间周期期间,输出电压处于调节中。正如可以看到的,当输入电压402突然从约7.0伏增加到约15.0伏的时候,调节的输出电压404只稍微提高并且稳定。同样地,当输入电压突然从约15.0伏降低到约7.0伏的时候,调节的输出电压404只稍微下降并且再次稳定。
    返回参考图2,正如先前提到的,目标调节的输出电压(例如,在稳压节点222处)大约等于齐纳二极管(例如,齐纳二极管272)的反向击穿电压加上相对小的与运算放大器相关联的电压(例如,在 外部输入256到运算放大器240的电压)。随着输入电压的增加,与运算放大器相关联的相对小的电压可能稍微增加,正如调节的输出电压的迹线404表示的。更具体地说,调节的输出电压是由齐纳二极管272的反向击穿电压加上外部输入256平衡参考节点257所需的电压而给定的。这个值是由参考节点257处的电压设置的,该值等于晶体管246的栅极-源极电压(Vgs)加上晶体管245和244之间的栅极-源极电压差值。因此,在一个实施例中,调节的输出电压大约等于齐纳二极管的反向击穿电压加上晶体管246的Vgs加上晶体管245的Vgs减去晶体管244的Vgs。由于参考电流或其漏极-源极电压的变化,晶体管244的Vgs随着输入电压的变化可能会稍微改变(例如,在100毫伏左右的范围内)。因此,调节的输出电压也可能会稍微改变。然而,对于很多应用程序,调节的输出电压中的相对微小的变化不是关心的问题。
    本发明所讨论的LDO稳压器的实施例(例如,图1、2的LDO稳压器100、200)可以形成为单一集成电路的一部分(即,LDO稳压器是单片电路)?;蛘?,一些组件可以是分立的(例如,导通器件262和/或齐纳二极管272)。此外,本发明所讨论的LDO稳压器的实施例可以被合并到更高级的系统以提供某些功能。例如,但不是作为限定的方式,LDO稳压器的一个实施例可以被用于偏置一个集成电路中的其它模拟电路(例如,由5.0伏电源运行的电路)?;蛘?,LDO稳压器的一个实施例可以被用作到其它稳压器的前置电源(pre-supply)。LDO稳压器的实施例也可以被用于其它任何用途。
    本发明所讨论的LDO稳压器的实施例可以具有优于传统的LDO稳压器的若干优点。例如,LDO稳压器实施例有相对低的环路增益,并且可能仅仅包括一个主导极(dominant pole)。更具体地说,例如,在一个实施例中(例如,输出258是反馈环路中的唯一高阻抗点),单一主导极(或运算放大器240的单一高阻抗节点)对应于输出258。因此,当与传统的LDO稳压器进行比较的时候,LDO稳压器实施例的稳定可以相对容易被实现,并且负载响应可以被改进。
    稳压器的一个实施例包括被配置以接收输入电压的输入电压节点、被配置以传送输出电压的稳压节点、被配置以传送反馈信号的反馈节点、导通器件、反馈电路、以及运算放大器。所述导通器件有第一电流传导端子、第二电流传导端子、以及控制端子。所述第一电流传导端子耦合于所述输入电压节点,以及所述第二电流传导端子耦合于所述稳压节点。所述反馈电路耦合于所述稳压节点和所述反馈节点之间,并且所述反馈电路是被配置以产生所述反馈信号的浮动电压参考。所述运算放大器有耦合于所述反馈节点的输入,以及耦合于所述导通器件的所述控制端子的输出。所述运算放大器被配置以基于源自所述反馈节点的反馈信号给所述控制端子提供信号。所述控制信号引起通过所述导通器件的电流发生变化以将稳压节点处的电压保持在目标稳压。
    稳压器的另一个实施例包括被配置以接收输入电压的输入电压节点、被配置以传送输出电压的稳压节点、被配置以传送反馈信号的反馈节点、导通器件、反馈电路、以及运算放大器。所述导通器件有第一电流传导端子、第二电流传导端子、以及控制端子。所述第一电流传导端子耦合于所述输入电压节点,以及所述第二电流传导端子耦合于所述稳压节点。所述反馈电路耦合于所述稳压节点和所述反馈节点之间。所述反馈电路包括设置目标稳压的二极管参考,并且所述反馈电路产生所述反馈信号。所述运算放大器有耦合于所述反馈节点的输入,以及耦合于所述导通器件的所述控制端子的输出。所述运算放大器被配置以基于源自所述反馈节点的反馈信号给所述控制端子提供信号。所述控制信号引起通过所述导通器件的电流发生变化以将稳压节点处的电压保持在目标稳压。
    稳压器的另一个实施例包括作为导通器件(例如,PMOSFET262)的单通PMOSFET,其中齐纳二极管参考(例如,齐纳二极管272)到反馈环路的低电压、低阻抗点(例如,齐纳输入206)以调节输出电压(例如,在调节的输出电压节点222处)?;痪浠八?,调节的输出电压本质上由齐纳二极管参考设置。
    在包含在本发明的各个附图中所显示的连接线旨在表示各种元件之间的示例功能关系和/或物理耦合。应注意,很多替代或附加功能关系或物理连接可以在主题的一个实施例中被提出。此外,某些术语可以同样在本发明中被使用,这只是为了参考的目的,从而不旨在限定,并且除非语境清楚地指示,术语“第一”、“第二”、以及关于结构的其它数字不暗示一个序列或顺序。
    正如本发明所使用的,“节点”指任何内部或外部参考点、连接点、结、信号线、导电元件、等等,其中给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流、或数量在所述参考点、连接点、结、信号线、导电元件上处存在。此外,两个或更多个节点可以通过一个物理元件(并且虽然在一个共同节点上被接收或输出,两个或更多个信号可以被多路复用、调制、或以其它方式被区分)被实现。
    上述描述指被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。正如本发明所使用的,除非另有明确说明,“连接”指一个元件被直接接到(或直接互通)其它元件,并且不一定是机械地连接。同样,除非另有明确说明,“耦合”指一个元件被直接或非直接连接到(直接或非直接互通)其它元件,并且不一定是机械地耦合。因此,虽然附图中所显示的示意图描述了一个示例元件排列,附加中间元件、器件、特征、或组件可以在描述的主题的一个实施例中存在。
    虽然至少一个示例实施例在上述详细说明中已经被提出了,应认识到还存在大量的变化?;褂θ鲜兜绞纠凳├虮痉⒚鞯氖凳├恢荚谝匀魏畏绞较薅ǚ段?、适用性、或权利要求所述之发明主题的配置。当然,上述详细描述将给本领域所属技术人员提供一条便捷的路线图以用于实施本发明所描述的实施例。应了解在不脱离权利要求所定义的范围情况下,元件的功能和安排可以做各种变化,其中包括在提交本专利申请时侯的已知等同物以及可预见等同物。

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