專利名稱：低噪聲電壓調(diào)節(jié)器和具有快速穩(wěn)定和低功率消耗的方法
低噪聲電壓調(diào)節(jié)器和具有快速穩(wěn)定和低功率消耗的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及低壓降電壓調(diào)節(jié)器(LD0電壓調(diào)節(jié)器)，更具體地，涉及在中頻和高頻提供低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的快速穩(wěn)定、及低功率消耗的改進(jìn)。各種數(shù)字邏輯電路和尤其是如模擬前端電路的其他集成電路，使用各種現(xiàn)代集成電路制造工藝能夠即刻即在幾皮秒至幾納秒內(nèi)制造，其電力消耗(并且因此功率消耗)在零和最大值例如5至150毫安之間變化。同時(shí)，由電壓調(diào)節(jié)器提供到此種數(shù)字邏輯電路和如模擬前端電路的其他集成電路的供應(yīng)電壓要求非常精確的調(diào)節(jié)。對(duì)于一些應(yīng)用(例如，無線電及電容傳感器)在調(diào)節(jié)供應(yīng)電壓中要求在信號(hào)頻率非常低的噪聲水平，因?yàn)榇嗽肼暱梢耘c主信號(hào)混合。遺憾地是，需要降低較高噪聲水平的電路也會(huì)降低應(yīng)用調(diào)節(jié)供應(yīng)電壓的電路或系統(tǒng)的精確度。借助于負(fù)載電容器的濾波可以實(shí)現(xiàn)在高頻的低噪聲。為實(shí)現(xiàn)此濾波的優(yōu)點(diǎn)，提供供應(yīng)電壓的電壓調(diào)節(jié)器必須慢速，帶寬顯著小于信號(hào)帶，例如低于信號(hào)帶10至100倍/是信號(hào)帶的1/10到1/100。同時(shí)，對(duì)于上述應(yīng)用的調(diào)節(jié)供應(yīng)電壓從由這樣的應(yīng)用所要求的負(fù)載電流的量中較大的、非常快速的變化的恢復(fù)期間應(yīng)該能夠在非?？焖俚胤€(wěn)定到所要求的供應(yīng)電壓值。LDO電壓調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的快速穩(wěn)定要求使用快速電壓反饋回路。遺憾地是，這與上述噪聲濾波相反，并要求LDO電壓調(diào)節(jié)器具有較大的電流供應(yīng)能力，例如約10至100倍于LDO電壓調(diào)節(jié)器的正?；蜢o態(tài)電流，以便快速地充電和/或放電在其上施加調(diào)節(jié)電壓的用戶應(yīng)用或負(fù)載。已知的包括2個(gè)反饋回路的快速LDO電壓調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載穩(wěn)定時(shí)間，該穩(wěn)定時(shí)間主要由LDO電壓調(diào)節(jié)器的最大輸出電流能力限制。在這樣的已知的快速LDO電壓調(diào)節(jié)器中可以在單個(gè)增益級(jí)中提供多個(gè)電流增益增強(qiáng)路徑?，F(xiàn)有技術(shù)圖1示出這樣的LDO電壓調(diào)節(jié)器10-1，其可以提供非常快速響應(yīng)的負(fù)載電壓調(diào)節(jié)，具有響應(yīng)于由一個(gè)負(fù)載要求的電流的量的階躍變化的快速反應(yīng)時(shí)間(例如在其上施加調(diào)節(jié)電壓的諸如集成數(shù)字邏輯電路的負(fù)載或電容觸摸傳感器)，而沒有實(shí)質(zhì)上增加LDO電壓調(diào)節(jié)器的功率消耗，并且沒有需要使用較大的外部負(fù)載旁通電容器?，F(xiàn)有技術(shù)圖1的快速LDO電壓調(diào)節(jié)器類似于伊萬諾夫(Ivanov)等人 2009 年 12 月 15 日提交的題目為 “Low Drop Voltage Regulator withInstant Load Regulations and Method (具有即刻負(fù)載調(diào)節(jié)低壓降電壓調(diào)節(jié)器和方法)”的共有的美國專利7，633，280的圖2中所示的快速LDO電壓調(diào)節(jié)器?，F(xiàn)有技術(shù)圖1示出高速、低功率LDO電壓調(diào)節(jié)器10-1，其包括具有差分耦合N-溝道晶體管MO和M1、P溝道有源負(fù)載晶體管M2和M3、及尾電流源4的輸入級(jí)。LDO電壓調(diào)節(jié)器10-1還包括具有P-溝道傳輸晶體管M7、N-溝道下拉晶體管M5、N-溝道共源共柵晶體管M6、以及在共源共柵晶體管M6的柵極上提供恒定偏壓VO的電壓源11的輸出級(jí)。增益級(jí)被耦合在差分輸入級(jí)和輸出級(jí)之間，并包括P-溝道源極跟隨器晶體管M4和電阻器R5。輸入晶體管MO和Ml的源極連接到尾電流源4。輸入晶體管MO的柵極連接到參考電壓Vref，并且輸入晶體管Ml的柵極由導(dǎo)體5連接到在電阻器Rl和R2之間的接頭。負(fù)載晶體管M2和M3的源極與源極跟隨器晶體管M4連接到在其上產(chǎn)生調(diào)節(jié)輸出電壓Vout的調(diào)節(jié)輸出電壓導(dǎo)體6。輸入晶體管MO和Ml的漏極由導(dǎo)體2和3分別連接到有源負(fù)載晶體管M2和M3的漏極。負(fù)載晶體管M2和M3的柵極連接到導(dǎo)體2并且它們的源極連接到輸出導(dǎo)體8。電阻器Rl連接在輸出導(dǎo)體8和導(dǎo)體5之間，導(dǎo)體5連接到輸入晶體管Ml的柵極，電阻器R2連接在導(dǎo)體5和Vss之間以便電阻器Rl和R2形成分壓器。源極跟隨器晶體管M4的柵極由導(dǎo)體3連接到輸入晶體管Ml和有源負(fù)載晶體管M3的漏極，并且還連接到補(bǔ)償電容器CO的一個(gè)端子。源極跟隨器晶體管M4的源極由輸出導(dǎo)體8連接到Vout。輸出導(dǎo)體8還連接到傳輸晶體管M7的漏極，傳輸晶體管M7的源極連接到Vdd。輸出導(dǎo)體8還連接到下拉晶體管M5的漏極，下拉晶體管M5的源極連接到Vss。模制為負(fù)載電容器Q和負(fù)載電流源L的并聯(lián)連接的負(fù)載電路16被連接到輸出導(dǎo)體8。負(fù)載電路16可以要求負(fù)載電流經(jīng)受非?？焖?、大量的轉(zhuǎn)換。傳輸晶體管M7的柵極由導(dǎo)體9連接到共源共柵晶體管M6的漏極和上拉電阻器器R7的一個(gè)端子，上拉電阻器R7的另一個(gè)端子連接到VDD。共源共柵晶體管M6的源極由導(dǎo)體6連接到下拉晶體管M5的柵極。共源共柵晶體管M6的柵極由導(dǎo)體18連接以在電壓源11的(+ )端子上接收一個(gè)偏壓V0，電壓源11的(_)端子連接到Vss。源極跟隨器晶體管M4的漏極由導(dǎo)體6連接到電阻器R5的一個(gè)端子，電阻器R5的另一個(gè)端子連接到Vss?，F(xiàn)有技術(shù)圖1的LDO電壓調(diào)節(jié)器10-1包括三個(gè)反饋回路。第一“精確”反饋回路包括輸入晶體管MO和Ml以及源極跟隨器晶體管M4。第二反饋回路包括共柵極源極跟隨器晶體管M4、下拉晶體管M5、共源共柵晶體管M6、及傳輸晶體管M7。第三反饋回路包括源極跟隨器晶體管M4、電阻器R5、共源共柵晶體管M6、及傳輸晶體管M7。內(nèi)部電容器CO為第一反饋回路提供補(bǔ)償。電容器CO還降低包括晶體管MO和Ml以及源極跟隨器晶體管M4的“精確”反饋回路的帶寬，從而降低在電壓調(diào)節(jié)器10-1的輸出上的整體峰-峰噪聲。當(dāng)在導(dǎo)體8上的電壓降低到足以關(guān)閉下拉晶體管M5時(shí)，在導(dǎo)體18上的恒定偏壓VO使得在共源共柵晶體管M6中電流充分增加，以便保持在下拉晶體管M5中的最小電流。在LDO電壓調(diào)節(jié)器10-1中，精確度由包括晶體管M0、M1以及M4的“慢速”回路確定。帶寬gm0/C0 (在該處的“gmO”是晶體管MO的跨導(dǎo))，高頻穩(wěn)定由包括晶體管M4和M5，以及M4、M6、和M7分別確定。在負(fù)載16所需要的電流的較大階躍上升期間，大量的電流必須由傳輸晶體管M7供應(yīng)。這要求傳輸晶體管M7的柵極電壓快速下降。但是傳輸晶體管M7非常大并且具有一個(gè)較大的柵極電容器，因此大量的電流必須快速地從傳輸晶體管M7的較大柵極電容器被釋放(draw out)，因此其能夠供應(yīng)負(fù)載16所要求的電流中的較大階躍上升。在所需要的負(fù)載電流中的較大階躍上升促使調(diào)節(jié)輸出電壓Vout快速降低，并且這降低通過源極跟隨器晶體管M4和電阻器R5的電流。通過電阻器R5的電流的減少降低了共源共柵晶體管M6的源極電壓，并且使得其更強(qiáng)烈地(harder)開啟，從而增加其漏極電流，并快速使傳輸晶體管M7的較大柵極電容器放電以便將其開啟，并且供應(yīng)在所需要的負(fù)載電流中的階躍上升。若負(fù)載16要求的負(fù)載電流經(jīng)受較大階躍下降，這促使Vout快速增加，因?yàn)樨?fù)載突然地不會(huì)下沉/減少(sinking)由傳輸晶體管M7供應(yīng)的較大電流。因此，源極跟隨器晶體管M4的源極電壓增加，促使其更強(qiáng)烈地開啟。這促使下拉晶體管M5的柵極電壓快速增加，因此下拉晶體管M5立刻從與輸出導(dǎo)體8相關(guān)聯(lián)的電容器減少(sink)可用的電荷，從而允許傳輸晶體管M7具有足夠的時(shí)間降低其漏極電流。由傳輸晶體管M7產(chǎn)生的放大的漏極電流的速率降低由其電容器和上拉電阻器R7的電阻器確定。這是現(xiàn)有技術(shù)圖1的電壓調(diào)節(jié)器10-1如何快速響應(yīng)于在所需要的負(fù)載電流從較大值到較小值的階躍下降。然而，調(diào)節(jié)器10-1基于負(fù)載電容器Q不具有足夠的高頻噪聲濾波，因此其要求高電流(以及因此的高功率)充分降低噪聲。使用負(fù)載電容器的高頻濾波因?yàn)榘ㄔ礃O跟隨器晶體管M4和下拉晶體管M5的柵極電容器的快速回路的高速不是有效的。對(duì)于濾波無效具有幾個(gè)原因。為了實(shí)現(xiàn)高頻噪聲濾波(沒有本發(fā)明的權(quán)益)，可以使用一個(gè)技術(shù)使得負(fù)載電容器Q非常大，但這有利地使其有必要使得下拉晶體管M5的尺寸也非常大。然而，下拉晶體管M5的尺寸越大，越高頻率的噪聲可能通過其電源注入到調(diào)節(jié)器10-1。這可能顯著增加了集成電路芯片的成本?？梢詼p少電阻器R5的電阻以便增加通過源極跟隨器晶體管M4的電流。有必要減少通過上拉電阻器R7的電流，并使得上拉晶體管M7和下拉晶體管M5兩者非常大。若電阻器R5的電阻減少，然后更多的電流流過源極跟隨器晶體管M4和共源共柵晶體管M6。流過源極跟隨器晶體管M4的電流來自上拉晶體管M7。來自上拉晶體管M7的電流在源極跟隨器晶體管M4和下拉晶體管M5 (當(dāng)然，除了晶體管M2和M3之外)之間分開。因此，在源極跟隨器晶體管M4中增加的電流意味著更少的電流流過共源共柵晶體管M5。這增加了下拉晶體管M5的“開(on)”電阻，這是不理想的。因?yàn)楫?dāng)電阻器R5增加時(shí)在共源共柵晶體管M6中的電流增加，這意味著上拉晶體管M7的柵極電壓增加。因?yàn)槠錇镻溝道晶體管、上拉晶體管M7的VGS電壓(柵極-源極電壓)降低，這意味著更少的電流流過上拉晶體管M7。因此，電阻器R5的減少必須伴隨電阻器R7的減少以允許更多的電流通過下拉晶體管M5。遺憾地是，由于快速回路的高速(具有帶寬gm4/Cg5，其中g(shù)m4是源極跟隨器晶體管M4的跨導(dǎo)，Cg5是下拉晶體管M5的柵極電容)，涉及負(fù)載電容器Cl的高頻濾波是無效的，在晶體管M4中要求高靜態(tài)電流以便充分降低高頻噪聲。因此，對(duì)于電壓調(diào)節(jié)器和提供在中頻和高頻的低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的非常快速穩(wěn)定、以及低功率消耗的組合的方法不能滿足需要。對(duì)于低成本電壓調(diào)節(jié)器和提供在中頻和高頻的低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的非?？焖俜€(wěn)定、以及低功率消耗的組合的方法不能滿足需要。對(duì)于電壓調(diào)節(jié)器和提供在中頻和高頻的低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的非?？焖俜€(wěn)定、以及低功率消耗，而沒有使用外部電阻器以實(shí)現(xiàn)從調(diào)節(jié)輸出電壓的高頻噪聲的濾波的組合不能滿足需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種電壓調(diào)節(jié)器和提供在中頻和高頻的低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的非?？焖俜€(wěn)定、以及低功率消耗的組合的方法。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種低成本電壓調(diào)節(jié)器和提供在中頻和高頻的低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的非常快速穩(wěn)定、以及低功率消耗的組合的方法。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種電壓調(diào)節(jié)器和提供在中頻和高頻的低噪聲、調(diào)節(jié)輸出電壓的非常快速穩(wěn)定、并且形成低功率消耗而沒有使用外部電阻器以完成從調(diào)節(jié)輸出電壓的高頻噪聲的過濾的組合的方法。
簡述，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明提供一種電壓調(diào)節(jié)器，其控制調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)，通過將其反饋到接收參考電壓(Vref )的差分輸入級(jí)(13)并且施加輸出(3)到耦合到產(chǎn)生輸出電壓(Vout)的輸出級(jí)(15)的跟隨器晶體管(M4)的控制電極。響應(yīng)于在正常調(diào)節(jié)操作期間由跟隨器晶體管(M4)產(chǎn)生的信號(hào)(6A)輸出級(jí)操作上拉(M7B)晶體管和下拉(M5B)晶體管，并且響應(yīng)于負(fù)載電流(IJ快速增加或下降轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，通過開啟瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)或瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)提供輸出電壓的快速穩(wěn)定。濾波電阻器(Rflt)被耦合在輸出電壓和瞬態(tài)上拉和下拉晶體管的共同電極之間。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供電壓調(diào)節(jié)器電路(10-2 )，其包括具有耦合以接收參考電壓(Vref)的第一輸入(I)、耦合到電壓調(diào)節(jié)器電路(10-2)的調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的第二輸入(5)、及輸出(3)的差分輸入級(jí)(13)。用于在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)上產(chǎn)生調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的輸出級(jí)(15)包括具有耦合到第一供應(yīng)電壓(Vdd)的第一電極和耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的第二電極的瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)，和具有耦合到第二供應(yīng)電壓(Vss)的第一電極和耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的第二電極的瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)。該輸出級(jí)還包括具有耦合到第一供應(yīng)電壓(Vdd)的第一電極和耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的第二電極的主要上拉晶體管(M7B)，以及具有耦合到第二供應(yīng)電壓(Vss)的第一電極和耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的第二電極的主要下拉晶體管(M5B)。在一個(gè)實(shí)施例中，該輸出級(jí)還包括在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)和主要上拉晶體管(M7B)與主要下拉晶體管(M5B)的第二電極(14)之間耦合的濾波電阻器(Rflt)0增益級(jí)(M4、M6、R5A、R5B)包括具有耦合到主要下拉晶體管(M5B)和瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)的控制電極的第一電極和耦合到主要上拉晶體管(M7B)和瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)的控制電極的第二電極的共源共柵晶體管(M6)。該增益級(jí)還包括具有耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體
(8)的第一電極，耦合到差分輸入級(jí)(13)的輸出(3)的控制電極，及耦合到共源共柵晶體管(M6 )的第一電極和主要下拉晶體管(M5B )和瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)的控制電極的第二電極的跟隨器晶體管(M4)。在一個(gè)實(shí)施例中，該濾波電阻器(Rfu)結(jié)合負(fù)載電容(Q)操作以從調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)中過濾噪聲。在一個(gè)實(shí)施例中，該差分輸入級(jí)(13)、輸出級(jí)(15)、及增益級(jí)(M4、M6、R5A、R5B)操作以在正常的電壓調(diào)節(jié)操作期間通過控制主要上拉晶體管(M7B)和主要下拉晶體管(M7A)，將輸出電壓(Vout)調(diào)節(jié)到與調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)具有預(yù)定關(guān)系的預(yù)定值，以及根據(jù)負(fù)載電流(Il)的轉(zhuǎn)換方向/過渡方向(transition),響應(yīng)于在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)中流動(dòng)的負(fù)載電流(Il)的足夠大、快速的轉(zhuǎn)換/過渡(transition),操作以開啟瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)或瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)，以便促使調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的快速穩(wěn)定回到預(yù)定值。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管是MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管，第一電極是源極，第二電極是漏極，以及控制電極是柵極。在一個(gè)實(shí)施例中，該瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)、主要上拉晶體管(M7B)和源極跟隨器晶體管(M4)是P-溝道晶體管，其中瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)、主要下拉晶體管(M5B)和共源共柵晶體管(M6)是N-溝道晶體管。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入級(jí)(13)包括具有連接到尾電流源(4)的源極、耦合以接收參考電壓(Vref)的柵極、以及耦合到第一負(fù)載晶體管(M2)的柵極和漏極與第二負(fù)載晶體管(M3)的柵極的漏極的第一輸入晶體管(MO)，并且還包括具有耦合到尾電流源(4)的源極、耦合到調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)導(dǎo)體的柵極、以及耦合到第二負(fù)載晶體管(M3)的漏極和差分輸入級(jí)(13)的輸出(3)的漏極的第二輸入晶體管(Ml)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二輸入晶體管(Ml)的柵極借助于電阻分壓器電路(R1、R2)耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一(M2)和第二(M3)負(fù)載晶體管的源極耦合到調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波電阻器(Rflt)集成在具有電壓調(diào)節(jié)器電路(10-2)的集成電路芯片上。在一個(gè)實(shí)施例中，在負(fù)載電流(IJ的第一方向轉(zhuǎn)換期間，瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)的溝道電阻小于主要上拉晶體管(M7B)的溝道電阻，其中在負(fù)載電流(IJ的第二方向轉(zhuǎn)換期間瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)的溝道電阻小于主要下拉晶體管(M5B)的溝道電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定關(guān)系由輸出電壓(Vout)與參考電壓(Vref)的預(yù)定比率表
/Jn o在一個(gè)實(shí)施例中，增益級(jí)(M4、M6、R5A、R5B)包括在共源共柵晶體管(M6)的控制電極上產(chǎn)生恒定偏壓(VO)的電壓源(11)。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償電容器(CO )被耦合在差分輸入級(jí)(13 )的輸出(3 )和第二供應(yīng)電壓(Vss)之間。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載電容器(Q)集成在具有電壓調(diào)節(jié)器電路(10-2 )的集成電路芯片上，并且耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)上，并且其中耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的負(fù)載(16)需要由電壓調(diào)節(jié)器電路(10-2)供應(yīng)到負(fù)載的電流中的階躍變化。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生由電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的快速穩(wěn)定的方法，該方法包括控制由電壓調(diào)節(jié)器(10-2)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的精確度，通過反饋調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)到差分輸入級(jí)(13)的輸入(5)，該差分輸入級(jí)(13)具有施加到差分輸入級(jí)(13)的參考輸入(I)的參考電壓(Vref)并且施加差分輸入級(jí)(13)的輸出(3)到跟隨器晶體管(M4)的控制電極，該跟隨器晶體管(M4)具有耦合到輸出級(jí)(15)的第一電極，該輸出級(jí)(15)在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)上產(chǎn)生調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)，及響應(yīng)于在電壓調(diào)節(jié)器(10-2)的正常調(diào)節(jié)操作期間在跟隨器晶體管(M4)的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，控制輸出級(jí)(15)的主要上拉晶體管(M7B)和主要下拉晶體管(M5B)，每個(gè)耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)，以維持調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的預(yù)定水平；并且響應(yīng)于在負(fù)載電流(Il)的快速增加轉(zhuǎn)換期間在跟隨器晶體管(M4)的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，通過開啟設(shè)置在輸出級(jí)(15)中并且耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)，及響應(yīng)于在負(fù)載電流(IJ的快速減少轉(zhuǎn)換期間在跟隨器晶體管(M4)的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，開啟設(shè)置在輸出級(jí)(15)中并且耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)，提供調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的快速穩(wěn)定。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括提供晶體管作為MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管，其中第一電極是源極，第二電極是漏極，控制電極是柵極，該方法包括耦合濾波電阻器(Rflt)的第一端子到主要上拉晶體管(M7B)和主要下拉晶體管(M5B)的漏極，并且耦合濾波電阻器(Rfu)的第二端子到瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)和瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)的漏極以從調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)中過濾噪聲。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括通過施加調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)到跟隨器晶體管(M4)的源極以使得跟隨器晶體管的漏極快速地更強(qiáng)烈地開啟共源共柵晶體管(M6)，并響應(yīng)于由共源共柵晶體管(M6)產(chǎn)生的漏極電流的增加促使共源共柵晶體管(M6)的漏極開啟瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)，供應(yīng)在快速轉(zhuǎn)換期間快速增加的負(fù)載電流(IJ的量到負(fù)載(16)所要求的增加的負(fù)載電流(IJ的量。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括通過施加調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)到跟隨器晶體管的源極以促使跟隨器晶體管(M4)的漏極以快速地開啟瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)，在快速轉(zhuǎn)換期間減少快速增加的負(fù)載電流(IJ的量到負(fù)載(16)所要求的減少的負(fù)載電流(IJ的量。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生快速穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的電壓調(diào)節(jié)器(10-2)，包括用于控制由電壓調(diào)節(jié)器(10-2)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的精確度的電路，包括用于反饋調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)到具有施加到差分輸入級(jí)(13)的參考輸入(I)的參考電壓(Vref)的差分輸入級(jí)(13 )的輸入(5 )的裝置(Rl、R2 );用于施加差分輸入級(jí)
(13)的輸出到具有耦合到在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)上產(chǎn)生調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的輸出級(jí)(15)的第一電極的跟隨器晶體管(M4)的控制電極的裝置(3);以及響應(yīng)于在電壓調(diào)節(jié)器的正常調(diào)節(jié)操作期間在跟隨器晶體管(M4)的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，控制輸出級(jí)(15)的主要上拉晶體管(M7B)和主要下拉晶體管(M5B)，每個(gè)耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)，以維持調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的預(yù)定水平的裝置(M6、R7B、R5B);及用于提供調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)的快速穩(wěn)定的電路，包括響應(yīng)于在負(fù)載電流(IJ的快速增加轉(zhuǎn)換期間在跟隨器晶體管(M4)的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，用于開啟設(shè)置在輸出級(jí)(15)中并且耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)的裝置(M6、R7B、R7A)，及響應(yīng)于在負(fù)載電流(Il)的快速減少轉(zhuǎn)換期間在跟隨器晶體管(M4)的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，用于開啟設(shè)置在輸出級(jí)(15)中并且耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體(8)的瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)的裝置(M6、R5B、R5A)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)快速穩(wěn)定LDO電壓調(diào)節(jié)器的示意圖；圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的低噪聲、快速穩(wěn)定、低功率LDO電壓調(diào)節(jié)器的示意圖。
具體實(shí)施例方式在圖2中的高速、低功率LDO電壓調(diào)節(jié)器10-2包括輸入級(jí)13，其包括差分耦合的N-溝道輸入晶體管MO和M1、P-溝道有源負(fù)載晶體管M2和M3、以及尾電流源4。LDO電壓調(diào)節(jié)器10-1還包括輸出級(jí)15，其包括P-溝道“瞬態(tài)上拉”晶體管M7A、N-溝道“瞬態(tài)下拉”晶體管M5A、P-溝道“瞬態(tài)上拉”晶體管M7B、“主要下拉”晶體管M5B、上拉電阻器R7A和R7B、以及濾波電阻器Rfu。增益級(jí)被耦合在輸入級(jí)13和輸出級(jí)15之間，并包括P-溝道源極跟隨器晶體管M4、下拉電阻器R5A和R5B、共源共柵晶體管M6以及參考電壓/基準(zhǔn)電壓11。輸入晶體管MO和Ml的源極連接到尾電流源4。輸入晶體管MO的柵極連接到輸入或參考電壓Vref。電阻器Rl和R2串聯(lián)連接在Vout和Vss之間。輸入晶體管Ml的柵極由導(dǎo)體5連接到在電阻器Rl和R2之間的接頭/連接處(junction),其形成操作以反饋Vout的預(yù)定比例到輸入晶體管Ml的柵極的分壓器。(當(dāng)然，Vout可以直接耦合到輸入晶體管Ml的柵極。)有源負(fù)載晶體管M2和M3和源極跟隨器晶體管M4的源極連接到在導(dǎo)體8上的Vout0輸入晶體管MO和Ml的漏極分別連接到有源負(fù)載晶體管M2和M3的漏極。輸入晶體管Ml的漏極還由導(dǎo)體3連接到補(bǔ)償電容器CO。負(fù)載晶體管M2和M3的柵極連接到輸入晶體管MO的漏極。(然而,負(fù)載晶體管M2和M3的源極可以連接到Vdd而不是輸出導(dǎo)體8。此夕卜，還具有能夠提供滿意的性能的輸入級(jí)13的多個(gè)其他實(shí)施。)輸出導(dǎo)體8連接到瞬態(tài)上拉晶體管M7A的漏極，其源極連接到VDD。輸出導(dǎo)體8還連接到瞬態(tài)下拉晶體管M5A的漏極，該瞬態(tài)下拉晶體管M5A的源極連接到Vss。輸出導(dǎo)體8還連接到被模制為并聯(lián)連接的負(fù)載電容器Q和負(fù)載電流源L的負(fù)載電路16。負(fù)載電容器Q可以與LDO電壓調(diào)節(jié)器10-2 —起集成在相同的集成電路芯片上。負(fù)載16所需要的電流可以經(jīng)受非?？焖?例如在零到數(shù)十微妙之間)、大幅度(例如0到1-2安培)的轉(zhuǎn)換。瞬態(tài)上拉晶體管M7A的柵極由導(dǎo)體9B連接到上拉電阻器R7B的一個(gè)端子。上拉電阻器R7B的另一個(gè)端子M6。上拉電阻器R7A耦合在導(dǎo)體9B和Vdd之間。共源共柵晶體管M6的柵極由導(dǎo)體18連接以接收在電壓源11的(+ )端子上的偏壓V0，電壓源11的負(fù)(_)端子連接到Vss。主要上拉晶體管M7B的源極連接到VDD。主要上拉晶體管M7B的漏極由導(dǎo)體14連接到源極跟隨器晶體管M4的源極。源極跟隨器晶體管M4的源電極由導(dǎo)體14連接到主要上拉晶體管M7B和主要下拉晶體管M5B的漏極和濾波電阻器Rfu的一個(gè)端子，濾波電阻器Rflt的另一個(gè)端子由Vout導(dǎo)體8連接到瞬態(tài)上拉晶體管M7A和瞬態(tài)下拉晶體管M5A的漏極。源極跟隨器晶體管M4的柵極連接到導(dǎo)體3。主要下拉晶體管M5B的柵極由導(dǎo)體6A連接到共源共柵晶體管M6的源極、源極跟隨器晶體管M4的漏極、以及電阻器R5B的一個(gè)端子。下拉電阻器R5B的另一個(gè)端子由導(dǎo)體6B連接到瞬態(tài)下拉晶體管M5A的柵極和電阻器R5A的一個(gè)端子，電阻器R5A的另一個(gè)端子連接到Vss。在操作中，若負(fù)載16突然要求較大增加負(fù)載電流Iy則會(huì)拉低Vout。電阻分壓器Rl和R2因此降低了輸入晶體管Ml的柵極電壓。因此，流過輸入晶體管Ml的尾電流IO越少，流過輸入晶體管MO和電流鏡像輸入(有源負(fù)載)晶體管M2越多，因此通過電流鏡像輸出(有源負(fù)載)晶體管M3被鏡像。在通過有源負(fù)載晶體管M3的電流的上升增加了源極跟隨器晶體管M4的柵極電壓。這反過來減少了通過源極跟隨器晶體管M4的電流，從而降低了在下拉電阻器R5B和R5A兩側(cè)產(chǎn)生的電壓，因此降低了在導(dǎo)體6A和共源共柵晶體管M6的源極上的電壓。這促使共源共柵晶體管M6快速增加通過上拉電阻器R7A和R7B的電流量，到足夠高水平以強(qiáng)烈地開啟瞬態(tài)上拉晶體管M7A。這促使瞬態(tài)上拉晶體管M7A迅速供應(yīng)由負(fù)載16要求的劇烈增加的電流量，從而提供調(diào)節(jié)器10-2快速穩(wěn)定回到接近于由分壓器R1、R2確定的Vref的比例的水平。(在導(dǎo)體6A上的降低的電壓還導(dǎo)致通過主要下拉晶體管M5B的電流減少并且保持瞬態(tài)下拉晶體管M5A關(guān)閉。)在該點(diǎn)，通過輸入級(jí)13和增益級(jí)(包括源極跟隨器晶體管M4和共源共柵晶體管M6)的反饋促使調(diào)節(jié)器10-2借助于主要上拉晶體管M7B、主要下拉晶體管M5B、以及濾波電阻器Rfu重新開始Vout的正常調(diào)節(jié)。實(shí)質(zhì)上若負(fù)載16所要求的電流突 然下降會(huì)發(fā)生相反的操作。S卩，若負(fù)載16所要求的負(fù)載電流k的量突然下降了較大的量，則由主要上拉晶體管M7B供應(yīng)到負(fù)載16的電流的量促使Vout快速增加。這促使電阻分壓器R1、R2增加輸入晶體管Ml的柵極電壓。因此，流過輸入晶體管Ml的尾電流IO越多，并且因此流過輸入晶體管MO、電流鏡像輸入(有源負(fù)載)晶體管M2、以及電流鏡像輸出(有源負(fù)載)晶體管M3的尾電流越少。通過有源負(fù)載晶體管M3的電流的減少降低了源極跟隨器晶體管M4的柵極電壓，這反過來增加了通過源極跟隨器晶體管M4的電流。這增加了在下拉電阻器R5B和R5A兩側(cè)產(chǎn)生的電壓并增加了在導(dǎo)體6A和6B上的電壓。在瞬態(tài)下拉晶體管M5A的柵極上產(chǎn)生的增加的電壓促使其強(qiáng)烈地(hard)開啟并且快速將Vout拉回到接近于由分壓器R1、R2確定的Vref的比例的水平。(在導(dǎo)體6A上導(dǎo)致的增加的電壓還促使共源共柵晶體管M6迅速降低通過上拉電阻器R7A和R7B的電流的量從而關(guān)閉瞬態(tài)上拉晶體管M7A，并減少通過主要上拉晶體管M7B的電流的量。)在該點(diǎn)，通過輸入級(jí)13和增益級(jí)(包括源極跟隨器晶體管M4和共源共柵晶體管M6)的反饋促使調(diào)節(jié)器10-2借助于主要上拉晶體管M7B、主要下拉晶體管M5B、以及濾波電阻器Rflt重新開始Vout的正常調(diào)節(jié)。低電阻(例如5至100歐姆)濾波電阻器Rflt連接到先前提到的包括主要上拉和下拉晶體管M7B和M5B的慢速回路和包括晶體管M7A和M5A的快速回路。這顯著改進(jìn)了基于負(fù)載電容Q的高頻濾波，并減少了在調(diào)節(jié)輸出電壓Vout中的高頻噪聲。此外，除了減少高頻噪聲之外，提供濾波電阻器Rfu的電阻有助于穩(wěn)定從輸入到輸出的主回路(包括晶體管MO、Ml及M4)，以及上述包括晶體管M7A和M5A的快速回路。此外，在從輸入到輸出的主回路(包括晶體管M0、M1及M4)中提供濾波電阻器Rflt并且與LDO電壓調(diào)節(jié)器10_2集成在相同的電路芯片上避免用戶需要提供高成本的外部電阻器以減少現(xiàn)有技術(shù)圖1的快速穩(wěn)定的電壓調(diào)節(jié)器10-1所要求的高頻噪聲。在正常操作期間瞬態(tài)上拉晶體管M7A和瞬態(tài)下拉晶體管M5A關(guān)閉，因此不影響在該段時(shí)間中的Vout。在瞬態(tài)操作中，瞬態(tài)上拉晶體管M7A和瞬態(tài)下拉晶體管M5A用作電阻器M5B或M7B，因?yàn)樗鼈兪怯捎谕ㄟ^Rfu的較大的電流在這些時(shí)刻的三極管。瞬態(tài)上拉晶體管M7A和瞬態(tài)下拉晶體管M5A實(shí)際上分別稍大于主要上拉晶體管M7B和主要下拉晶體管M5B，因此瞬態(tài)上拉晶體管M7A和瞬態(tài)下拉晶體管M5A實(shí)際上有時(shí)更強(qiáng)烈地關(guān)閉，它們實(shí)質(zhì)上分別克服或抵抗主要瞬態(tài)上拉晶體管M7B和主要瞬態(tài)下拉晶體管M5B的高溝道電阻。圖2的LDO電壓調(diào)節(jié)器10-2顯著地改進(jìn)較大的、極其快速回路電流瞬態(tài)的響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定，同時(shí)還提供在Vout中的高頻率噪聲的低水平，而沒有承受實(shí)質(zhì)上額外的成本。這通過具有不同速度的多個(gè)反饋回路的組合和從一個(gè)回路到另一個(gè)的非線性轉(zhuǎn)換以及通過在多回路系統(tǒng)中使用非線性信號(hào)濾波完成，以便實(shí)現(xiàn)在調(diào)節(jié)輸出電壓信號(hào)中的快速穩(wěn)定和低、中、和高頻噪聲水平。此外，以非常低的電流和功率消耗水平完成非?？焖俚恼{(diào)節(jié)輸出電壓建立時(shí)間和低噪聲水平。瞬態(tài)下拉晶體管M5A和瞬態(tài)上拉晶體管M7A在較小負(fù)載電流水平關(guān)閉，并且負(fù)載16通過電阻器Rfu從“快速”回路(該回路包括晶體管M4、電阻器R5B、及晶體管M5A，并且該回路包括晶體管M4和M6、電阻器R7B、及晶體管M7A) “分離”。高頻噪聲由具有時(shí)間常數(shù)RfwQ的濾波電路濾波。在濾波電阻器Rra兩側(cè)的電壓降較小，例如小于約50-100毫伏。Rflt有助于濾掉在中頻和高頻的噪聲，并且應(yīng)包括在上述快速回路中，因?yàn)槿缓笃淇梢约稍诩呻娐沸酒膬?nèi)部。(相比較于在理想的期望輸出電壓(在先前句子中提到的50-100毫伏)，濾波電阻器Rfu將促使在輸出電壓中的DC漂移，所以如果阻抗Rfu過大，則將不能維持適當(dāng)?shù)腄C調(diào)節(jié)。)在該電路中，低頻精確度由包括完成DC調(diào)節(jié)的晶體管MO、Ml、及M4的“慢速”主回路限定。當(dāng)發(fā)生在輸出級(jí)15中的主要操作從主要下拉晶體管M5B轉(zhuǎn)移到瞬態(tài)下拉晶體管M5A或從主要上拉晶體管M7B轉(zhuǎn)移到瞬態(tài)上拉晶體管M7A時(shí)，回路電流分別由在主要下拉電阻器R5B或主要上拉電阻器R7B兩側(cè)的電壓降確定。此外，濾波電阻器Rfu具有改進(jìn)包括晶體管M4、電阻器R5B、及晶體管M5A的快速回路和包括M4和M6、電阻器R7B、及晶體管M7A的回路的穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn).雖然本發(fā)明參考幾個(gè)具體的實(shí)施例描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)γ枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種修改而不脫離其正確的精神和范圍。應(yīng)理解所有的元件或步驟與在權(quán)利要求中的那些沒有實(shí)質(zhì)的區(qū)別，但以基本上相同的方式實(shí)現(xiàn)與權(quán)利要求所述的結(jié)果，執(zhí)行基本上相同的功能，是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，組件中的一些可以用雙極晶體管替代?？梢允褂蒙晕⒉煌妮斎爰?jí)，如電流鏡像操作放大器或折疊的串聯(lián)操作放大器。此外，電阻器R5A、R5B、R7A及R7B的一個(gè)或多于一個(gè)可以由電流源替換。還可以使用電流源和R5A、R5B、R7A及R7B的組合以在速度和穩(wěn)定性之間找到期望的平衡。共源共柵晶體管M6的柵極可以由一些不同于電壓源偏置。
權(quán)利要求
1.一種電壓調(diào)節(jié)器電路，其包括 (a)差分輸入級(jí)，其包括耦合以接收參考電壓的第一輸入、耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器電路的調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的第二輸入和輸出； (b)用于在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體上產(chǎn)生調(diào)節(jié)輸出電壓的輸出級(jí)，包括 1)具有耦合到第一供應(yīng)電壓的第一電極和耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的第二電極的瞬態(tài)上拉晶體管，具有耦合到第二供應(yīng)電壓的第一電極和耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的第二電極的瞬態(tài)下拉晶體管， 2)具有耦合到所述第一供應(yīng)電壓的第一電極和耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的第二電極的主要上拉晶體管，具有耦合到所述第二供應(yīng)電壓的第一電極和耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的第二電極的主要下拉晶體管，及 3)耦合在所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體和所述主要上拉晶體管與所述主要下拉晶體管的第二電極之間的濾波電阻器 '及 (C)增益級(jí),包括 1)具有耦合到所述主要下拉晶體管和所述瞬態(tài)下拉晶體管的控制電極的第一電極和耦合到所述主要上拉晶體管和所述瞬態(tài)上拉晶體管的控制電極的第二電極的共源共柵晶體管，及 2)具有耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的第一電極，耦合到所述差分輸入級(jí)的輸出的控制電極，及耦合到所述共源共柵晶體管的第一電極、所述主要下拉晶體管和所述瞬態(tài)下拉晶體管的控制電極的第二電極的跟隨器晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述濾波電阻器結(jié)合負(fù)載電容操作以從所述調(diào)節(jié)輸出電壓中濾波噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述差分輸入級(jí)、輸出級(jí)和增益級(jí)操作以 1)在正常的電壓調(diào)節(jié)操作期間通過控制所述主要上拉晶體管和所述主要下拉晶體管，將所述輸出電壓調(diào)節(jié)到與所述調(diào)節(jié)輸出電壓具有預(yù)定關(guān)系的預(yù)定值， 2)根據(jù)負(fù)載電流的轉(zhuǎn)換方向，響應(yīng)于在所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體中流動(dòng)的負(fù)載電流的足夠大、快速的轉(zhuǎn)換，開啟所述瞬態(tài)上拉晶體管或所述瞬態(tài)下拉晶體管，以便促使所述調(diào)節(jié)輸出電壓的快速穩(wěn)定回到所述預(yù)定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述晶體管是MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管，所述第一電極是源極，所述第二電極是漏極，以及所述控制電極是柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述瞬態(tài)上拉晶體管、所述主要上拉晶體管和所述源極跟隨器晶體管是P-溝道晶體管，并且其中所述瞬態(tài)下拉晶體管、所述主要下拉晶體管和所述共源共柵晶體管是N-溝道晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述輸入級(jí)包括第一輸入晶體管，其具有連接到尾電流源的源極、耦合以接收參考電壓的柵極、以及耦合到第一負(fù)載晶體管的柵極和漏極與第二負(fù)載晶體管的柵極的漏極，并且還包括第二輸入晶體管，其具有耦合到所述尾電流源的源極、耦合到所述調(diào)節(jié)輸出電壓導(dǎo)體的柵極、以及耦合到所述第二負(fù)載晶體管的漏極和所述差分輸入級(jí)的輸出的漏極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述第二輸入晶體管的柵極借助于電阻分壓器電路耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述第一和第二負(fù)載晶體管的源極耦合到所述調(diào)節(jié)輸出電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述濾波電阻器被集成在具有所述電壓調(diào)節(jié)器電路的集成電路芯片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中在所述負(fù)載電流的第一方向轉(zhuǎn)換期間，所述瞬態(tài)上拉晶體管的溝道電阻小于所述主要上拉晶體管的溝道電阻，并且其中在所述負(fù)載電流的第二方向轉(zhuǎn)換期間所述瞬態(tài)下拉晶體管的溝道電阻小于所述主要下拉晶體管的溝道電阻。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述預(yù)定關(guān)系由所述輸出電壓對(duì)參考電壓的預(yù)定比率表示。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述增益級(jí)包括在所述共源共柵晶體管的控制電極上產(chǎn)生恒定偏壓的電壓源。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中包括耦合在所述差分輸入級(jí)的輸出和所述第二供應(yīng)電壓之間的補(bǔ)償電容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其中所述負(fù)載電容集成在具有電壓調(diào)節(jié)器電路的集成電路芯片上，并且耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體，其中耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的負(fù)載需要由所述電壓調(diào)節(jié)器電路供應(yīng)到所述負(fù)載的電流中的階躍變化。
15.一種用于產(chǎn)生由電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)輸出電壓的快速穩(wěn)定的方法，該方法包括 (a)控制調(diào)節(jié)輸出電壓的精確度，其是通過 1)反饋調(diào)節(jié)輸出電壓到差分輸入級(jí)的輸入，該差分輸入級(jí)具有施加到所述差分輸入級(jí)的參考輸入的參考電壓并且施加所述差分輸入級(jí)的輸出到跟隨器晶體管的控制電極，該跟隨器晶體管具有耦合到在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體上產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)輸出電壓的輸出級(jí)的輸出的第一電極，及 2)響應(yīng)于在所述電壓調(diào)節(jié)器的正常調(diào)節(jié)操作期間在所述跟隨器晶體管的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)，控制所述輸出級(jí)的主要上拉晶體管和主要下拉晶體管，每個(gè)耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體，以維持所述調(diào)節(jié)輸出電壓的預(yù)定水平 '及 (b)提供所述調(diào)節(jié)輸出電壓的快速穩(wěn)定，其是通過 1)響應(yīng)于在負(fù)載電流的快速增加轉(zhuǎn)換期間在所述跟隨器晶體管的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)，開啟設(shè)置在輸出級(jí)中并且耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的瞬態(tài)上拉晶體管，及 2)響應(yīng)于在所述負(fù)載電流的快速減少轉(zhuǎn)換期間在所述跟隨器晶體管的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)，開啟設(shè)置在輸出級(jí)中并且耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的瞬態(tài)下拉晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括提供晶體管作為MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管，其中所述第一電極為源極，所述第二電極為漏極，所述控制電極為柵極，該方法包括耦合濾波電阻器的第一端子到所述主要上拉晶體管和主要下拉晶體管的漏極，并且耦合濾波電阻器的第二端子到所述瞬態(tài)上拉晶體管和瞬態(tài)下拉晶體管的漏極以從所述調(diào)節(jié)輸出電壓中過濾噪聲。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括通過施加所述調(diào)節(jié)輸出電壓到所述跟隨器晶體管的源極以促使所述跟隨器晶體管的漏極快速地更強(qiáng)烈地開啟共源共柵晶體管，并響應(yīng)于由所述共源共柵晶體管產(chǎn)生的增加的漏極電流促使所述共源共柵晶體管的漏極開啟所述瞬態(tài)上拉晶體管，供應(yīng)在快速轉(zhuǎn)換期間快速增加的負(fù)載電流的量到負(fù)載所要求的負(fù)載電流的增加的量。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括通過施加所述調(diào)節(jié)輸出電壓到所述跟隨器晶體管的源極以促使所述跟隨器晶體管的漏極以快速地開啟所述瞬態(tài)下拉晶體管減少快速增加的負(fù)載電流量。
19.一種用于產(chǎn)生快速穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出電壓的電壓調(diào)節(jié)器，其包括 (a)用于控制由所述電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)輸出電壓的精確度的電路，其包括 1)用于反饋所述調(diào)節(jié)輸出電壓到具有施加到差分輸入級(jí)的參考輸入的參考電壓的差分輸入級(jí)的輸入的裝置， 2)用于施加所述差分輸入級(jí)的輸出到具有耦合到輸出級(jí)的輸出的第一電極的跟隨器晶體管的控制電極的裝置，該輸出級(jí)在調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體上產(chǎn)生調(diào)節(jié)輸出電壓， 3)響應(yīng)于在所述電壓調(diào)節(jié)器的正常調(diào)節(jié)操作期間在所述跟隨器晶體管的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)，控制所述輸出級(jí)的主要上拉晶體管和主要下拉晶體管，每個(gè)耦合到調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體，以維持調(diào)節(jié)輸出電壓的預(yù)定水平的裝置；及 (b)用于提供調(diào)節(jié)輸出電壓的快速穩(wěn)定的電路，其包括 1)響應(yīng)于在負(fù)載電流的快速增加轉(zhuǎn)換期間在所述跟隨器晶體管的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)，開啟設(shè)置在所述輸出級(jí)中并且耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的瞬態(tài)上拉晶體管的裝置，及 2)響應(yīng)于在負(fù)載電流的快速減少轉(zhuǎn)換期間在所述跟隨器晶體管的第二電極上產(chǎn)生的信號(hào)，開啟設(shè)置在所述輸出級(jí)中并且耦合到所述調(diào)節(jié)輸出導(dǎo)體的瞬態(tài)下拉晶體管的裝置。
全文摘要
一種電壓調(diào)節(jié)器，其通過將調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)反饋到接收參考電壓(Vref)的差分輸入級(jí)(13)并且施加輸出(3)到被耦合到產(chǎn)生輸出電壓(Vout)的輸出級(jí)(15)的跟隨器晶體管(M4)的控制電極來控制調(diào)節(jié)輸出電壓(Vout)。響應(yīng)于在正常調(diào)節(jié)操作期間由跟隨器晶體管(M4)產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，輸出級(jí)操作上拉(M7B)和下拉(M5B)晶體管，并且響應(yīng)于負(fù)載電流(IL)快速增加或下降轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的信號(hào)(6A)，通過開啟瞬態(tài)上拉晶體管(M7A)或瞬態(tài)下拉晶體管(M5A)提供輸出電壓的快速穩(wěn)定。濾波電阻器(RFLT被耦合在輸出電壓和瞬態(tài)上拉和下拉晶體管的共同電極之間。
文檔編號(hào)G05F1/563GK103034275SQ201210377928
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
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