電壓調(diào)節(jié)器校正電路的制作方法
【專利摘要】一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路，包括電壓調(diào)節(jié)器和校正單元。電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)參考電壓和反饋電壓調(diào)節(jié)輸出電壓。上述的反饋電壓和輸出電壓成正比。校正單元耦接電壓調(diào)節(jié)器，使用二分搜尋法根據(jù)輸出電壓和目標電壓產(chǎn)生控制碼。此控制碼決定反饋電壓和輸出電壓的比例。
【專利說明】電壓調(diào)節(jié)器校正電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種校正電路，且特別是有關(guān)于一種適用于電壓調(diào)節(jié)器(voltageregulator)的校正電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代的電路系統(tǒng)經(jīng)常需要電壓調(diào)節(jié)器提供一個精確的輸出電壓，作為其它電路運作的基準。有許多電壓調(diào)節(jié)器是自行產(chǎn)生一個參考電壓，然后利用運算放大器(operational amplifier)和反饋機制，以調(diào)節(jié)上述的輸出電壓。
[0003]不過，自行產(chǎn)生的參考電壓未必精準，通常有誤差(error)。運算放大器本身也可能造成輸出電壓的偏移(offset)。這些因素使電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓不一定精準。這種電壓調(diào)節(jié)器需要校正(calibration)才能有精準的輸出電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路，可以迅速完成校正，補償上述的誤差和偏移，使電壓調(diào)節(jié)器能提供精確的輸出電壓。
[0005]本發(fā)明提出一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路，包括電壓調(diào)節(jié)器和校正單元。電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)參考電壓和反饋電壓調(diào)節(jié)輸出電壓。上述的反饋電壓和輸出電壓成正比。校正單元耦接電壓調(diào)節(jié)器，使用二分搜尋法(binary search)根據(jù)輸出電壓和目標電壓產(chǎn)生控制碼。此控制碼決定反饋電壓和輸出電壓的比例。
[0006]本發(fā)明還提出一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路，包括比較器(comparator)和控制單元。比較器根據(jù)目標電壓和·上述電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓的比較輸出一位值?？刂茊卧罱颖容^器，根據(jù)上述的二分搜尋法和位值產(chǎn)生上述控制碼。
[0007]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是依照本發(fā)明一實施例的一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路的示意圖。
[0009]圖2是依照本發(fā)明一實施例的控制單元的示意圖。
[0010]圖3是依照本發(fā)明一實施例的控制單元的信號波形圖。
[0011]圖4是依照本發(fā)明一實施例的電壓調(diào)節(jié)器校正電路的信號波形圖。
[0012][主要元件標號說明]
[0013]100:電壓調(diào)節(jié)器校正電路110:電壓調(diào)節(jié)器
[0014]112:分壓電路113:多工器
[0015]114:參考電壓電路115:運算放大器
[0016]120:校正單元121:比較器
[0017]122:控制單元210、220:數(shù)據(jù)觸發(fā)器[0018]C1~CK、CBS:控制碼CLK:時鐘信號
[0019]CPOUT:位值1:電流
[0020]MP:晶體管Rl~Rn:電阻
[0021]S。~Sk:數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出START:啟動信號
[0022]T1~Τκ+1:時鐘周期VFB:反饋電壓
[0023]Vin1:基準電壓VOUT:輸出電壓
[0024]VREF:參考電壓Vs:電壓范圍
[0025]VT:目標電壓
【具體實施方式】
[0026]圖1是依照本發(fā)明一實施例的一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路100的示意圖，電壓調(diào)節(jié)器校正電路100包括電壓調(diào)節(jié)器110和校正單元120，其中校正單元120耦接電壓調(diào)節(jié)器110。VOUT是電壓調(diào)節(jié)器110的輸出電壓，VREF是電壓調(diào)節(jié)器110內(nèi)部自行產(chǎn)生的參考電壓，VT是來自電壓調(diào) 節(jié)器校正電路100的外部的目標電壓。電壓調(diào)節(jié)器110的目的是提供和目標電壓VT —致的輸出電壓V0UT，理論上參考電壓VREF應(yīng)該和目標電壓VT相等，但是參考電壓VREF通常有誤差。目標電壓VT可以在電壓調(diào)節(jié)器110接受測試或校正時由外部的測試儀器提供，VT是無誤差的精準電壓。但是電壓調(diào)節(jié)器110在日常運作時不會有目標電壓VT，只能依靠參考電壓VREF，因此需要校正單元120來校正電壓調(diào)節(jié)器110，使電壓調(diào)節(jié)器110僅根據(jù)參考電壓VREF也能提供和目標電壓VT —致的輸出電壓V0UT。
[0027]電壓調(diào)節(jié)器包括晶體管ΜΡ、分壓電路(voltage divider) 112、多工器(multiplexer) 113、參考電壓電路114、以及運算放大器115。晶體管MP耦接操作電壓VCC。本實施例的晶體管MP是一個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETimetal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。分壓電路112的一端稱接晶體管MP,另一端接地。分壓電路112根據(jù)晶體管MP所供應(yīng)的電流I，提供輸出電壓VOUT，并提供輸出電壓VOUT的多個分壓。多工器113耦接分壓電路112和校正單元120。多工器113根據(jù)校正單元120提供的控制碼CBS提供VOUT的多個分壓其中之一作為反饋電壓VFB。因為分壓電路112的電阻分壓原理，輸出電壓VOUT的每一個分壓都和VOUT成正比，所以反饋電壓VFB必然與輸出電壓VOUT成正比。
[0028]參考電壓電路114產(chǎn)生并提供參考電壓VREF。運算放大器115耦接多工器113、參考電壓電路114、以及晶體管MP。運算放大器115放大反饋電壓VFB和參考電壓VREF之間的誤差，用此誤差電壓驅(qū)動晶體管MP。也就是說，運算放大器115可根據(jù)參考電壓VREF和反饋電壓VFB之間的誤差控制電流I的大小，藉此調(diào)節(jié)輸出電壓V0UT。
[0029]分壓電路112包括η個電阻Rl至Rn，η是預(yù)設(shè)正整數(shù)。其中第一個電阻Rl耦接晶體管MP并提供輸出電壓VOUT，其余每一個電阻耦接前一個電阻并提供輸出電壓VOUT的多個分壓其中之一，最后一個電阻Rn有一端接地。圖1之中，上述每一個電阻各有上下兩端。上述每一個電阻所提供的電壓或分壓，是指該電阻的上端的電壓。
[0030]本實施例的控制碼CBS有K個位(bit) C1至CK，K為預(yù)設(shè)正整數(shù)。控制碼CBS的第I個位C1為最低有效位(LSB: least significant bit),控制碼CBS的第K個位Ck為最高有效位(MSB: most significant bit)。分壓電路112的電阻數(shù)量n=2K+l。當控制碼CBS的數(shù)值為i，則多工器113提供分壓電路112的第n-1個電阻所提供的分壓作為反饋電壓VFB，i為整數(shù)而且0〈=i〈=2K-l。因為控制碼CBS可控制多工器113選擇哪一個分壓作為反饋電壓VFB，所以控制碼CBS可決定反饋電壓VFB和輸出電壓VOUT的比例。
[0031 ] 校正單元120使用二分搜尋法根據(jù)輸出電壓VOUT和目標電壓VT產(chǎn)生控制碼CBS。校正單元120包括比較器121和控制單元122。比較器121耦接電壓調(diào)節(jié)器110。比較器121根據(jù)輸出電壓VOUT和目標電壓VT的比較輸出位值CP0UT。當輸出電壓VOUT高于目標電壓VT，位值CPOUT等于O ;當輸出電壓VOUT低于目標電壓VT，位值CPOUT等于I?？刂茊卧?22耦接比較器121和多工器113?？刂茊卧?22根據(jù)二分搜尋法和位值CPOUT產(chǎn)生控制碼CBS。
[0032]圖2是依照本發(fā)明一實施例的控制單元122的示意圖。控制單元122接收位值CP0UT、時鐘信號CLK和啟動信號START。時鐘信號CLK和啟動信號START可在電壓調(diào)節(jié)器110接受測試或校正時由外部的測試儀器提供。控制單元122包括K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器(data flip-flop) 210和K+1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220。以上兩組數(shù)據(jù)觸發(fā)器的編號順序都是從下到上，第O個數(shù)據(jù)觸發(fā)器在最下方，第K個數(shù)據(jù)觸發(fā)器在最上方。
[0033]每一個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210的時鐘端CK接收時鐘信號CLK。第j個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210的數(shù)據(jù)端D耦接第j+Ι個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210的輸出端O。j為整數(shù)而且0〈=j〈=K-l。第K個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端D接收啟動信號START。
[0034]上述的K+1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220和上述的K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210 —一對應(yīng)。每一個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的數(shù)據(jù)端D接收位值CP0UT。每一個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的設(shè)定端Set耦接對應(yīng)的第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210的輸出端O。第j個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的輸出端O耦接第j+Ι個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的時鐘端CK?？刂拼aCBS是由第I個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220至第K個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的輸出所組成。
[0035]圖3繪示依照本發(fā)明一實施例的控制單元122其中的時鐘信號CLK、啟動信號START、第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210的輸出Sk至S。、以及控制碼CBS的信號波形。T1至Τκ+1是啟動信號START送出脈沖之后的K+1個時鐘周期。如圖3所示，上述K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210組成一個移位寄存器(shift register),將啟動信號START逐級向前傳送，以產(chǎn)生Sk至S。。Sk至Stl的脈沖可將對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的輸出端O強制設(shè)定為邏輯高電位，進而觸發(fā)后面的一個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220鎖存目前的位值CP0UT，以產(chǎn)生控制碼CBS。
[0036]圖4繪示依照本發(fā)明一實施例的電壓調(diào)節(jié)器校正電路100其中的時鐘信號CLK和輸出電壓VOUT的信號波形，其中范圍Vs是控制碼CBS的整個數(shù)值范圍所對應(yīng)的輸出電壓VOUT的變動范圍，基準電壓Vini是控制碼CBS等于O時所對應(yīng)的輸出電壓V0UT。
[0037]請參考圖3和圖4。在時鐘信號CLK的第I個周期T1，第K個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210鎖存啟動信號START，使其輸出Sk成為I。Sk將第K個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的輸出Ck設(shè)定為I。此時控制碼CBS的其余位Cim至C1皆為O。也就是說，在時鐘信號CLK的第I個周期T1，控制單元122將控制碼CBS設(shè)定為一個初始值。
[0038]這個初始值使輸出電壓VOUT等于Vini+Vs/2。此時的輸出電壓VOUT高于目標電壓VT，比較器121輸出的位值CPOUT為O。
[0039]在時鐘信號CLK的第2個周期T2,第K-1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210鎖存SK，使其輸出Sim成為I。Sih將第K-1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的輸出Cim設(shè)定為1，并且觸發(fā)第K個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220，使第K個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220鎖存位值CPOUT。此時控制碼CBS的位CK_2至C1皆為0，控制碼CBS所對應(yīng)的輸出電壓VOUT等于Vini+Vs/4。由于此時的輸出電壓VOUT低于目標電壓VT，比較器121輸出的位值CPOUT為I。
[0040]在時鐘信號CLK的第3個周期T3,第K-2個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器210鎖存Sih，使其輸出SK_2成為I。SK_2將第K-2個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220的輸出CK_2設(shè)定為1，并且觸發(fā)第K-1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220，使第K-1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器220鎖存位值CPOUT。此時控制碼CBS的位CK_3至C1皆為0，控制碼CBS所對應(yīng)的輸出電壓VOUT等于Vini+Vs*3/8。由于此時的輸出電壓VOUT高于目標電壓VT，比較器121輸出的位值CPOUT為O。
[0041]依此類推，控制單元122在時鐘信號CLK的第i個周期鎖存位值CPOUT作為控制碼CBS的第K-1+2個位，i為整數(shù)而且2〈=i〈=K+l。而且當i小于K+1時，控制單元122在時鐘信號CLK的第i個周期將控制碼CBS的第Κ-1+l個位設(shè)為I。以上述機制，控制單元122可在K+1個時鐘周期T1至Τκ+1之內(nèi)使用二分搜尋法決定控制碼CBS的每一位，以產(chǎn)生完整的控制碼CBS。在產(chǎn)生完整的控制碼CBS之后，輸出電壓VOUT可表示如下。
[0042]V0UT=Vini+CK*Vs/2+CK_1*Vs/22+CK_2*Vs/23+...+(^Vs/^h+C^Vs/^k。
[0043]然后啟動信號START不再送出脈沖，控制單元122鎖存的控制碼CBS可維持不變，持續(xù)發(fā)揮校正作用。
[0044]綜上所述，本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)器校正電路可補償參考電壓的誤差和運算放大器所造成的偏移，得到精確的輸出電壓。本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)器校正電路使用二分搜尋法，可迅速完成校正程序。`
[0045]雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路，包括: 一電壓調(diào)節(jié)器，根據(jù)一參考電壓和一反饋電壓調(diào)節(jié)一輸出電壓，該反饋電壓和該輸出電壓成正比；以及 一校正單元，耦接該電壓調(diào)節(jié)器，使用一二分搜尋法根據(jù)該輸出電壓和一目標電壓產(chǎn)生一控制碼，該控制碼決定該反饋電壓和該輸出電壓的比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該電壓調(diào)節(jié)器包括: 一晶體管，耦接一操作電壓； 一分壓電路，耦接該晶體管，根據(jù)該晶體管所供應(yīng)的一電流提供該輸出電壓和該輸出電壓的多個分壓； 一多工器，耦接該分壓電路和該校正單元，根據(jù)該控制碼提供上述多個分壓其中之一作為該反饋電壓； 一參考電壓電路，提供該參考電壓；以及 一運算放大器，耦接該多工器、該參考電壓電路以及該晶體管，根據(jù)該參考電壓和該反饋電壓之間的誤差控制該電流的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該分壓電路包括多個電阻，其中第一個電阻耦接該晶體管并提供該輸出電壓，其余每一電阻耦接前一電阻并提供上述多個分壓其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該控制碼的位數(shù)為K，K為預(yù)設(shè)正整數(shù)，該分壓電路包括η個電阻，n=2K+l，當該控制碼的數(shù)值為i，則該多工器提供該分壓電路的第n-1個電阻所提供的該分壓作為該反饋電壓，i為整數(shù)而且0〈=i〈=2K-l。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該校正單元包括: 一比較器，耦接該電壓調(diào)節(jié)器，根據(jù)該輸出電壓和該目標電壓的比較輸出一位值；以及 一控制單元，耦接該比較器和該多工器，根據(jù)該二分搜尋法和該位值產(chǎn)生該控制碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中當該輸出電壓高于該目標電壓，該位值等于O ;當該輸出電壓低于該目標電壓，該位值等于I。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該控制碼的位數(shù)為K，K為預(yù)設(shè)正整數(shù)，該控制碼的第I個位為最低有效位，該控制碼的第K個位為最高有效位；該控制單元接收一時鐘信號，在該時鐘信號的第I個周期將該控制碼設(shè)定為一初始值，在該時鐘信號的第i個周期鎖存該位值作為該控制碼的第K-1+2個位，i為整數(shù)而且2〈=i〈=K+l。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中當i小于K+1，則該控制單元在該時鐘信號的第i個周期將該控制碼的第Κ-1+l個位設(shè)為I。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該控制單元還接收一啟動信號，而且該控制單元包括: K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器，其中每一上述第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的時鐘端接收該時鐘信號，第j個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端耦接第j+ι個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出端，j為整數(shù)而且0〈=j〈=K-l，第K個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端接收該啟動信號；以及 K+1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器，和上述K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器一一對應(yīng)，其中每一上述第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端接收該位值，每一上述第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的設(shè)定端耦接對應(yīng)的該第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出端，第j個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出端耦接第j+ι個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的時鐘端，該控制碼由第I個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器至第K個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出組成。
10.一種電壓調(diào)節(jié)器校正電路，包括: 一比較器，根據(jù)一目標電壓和一電壓調(diào)節(jié)器的一輸出電壓的比較輸出一位值；以及 一控制單元，耦接該比較器，根據(jù)一二分搜尋法和該位值產(chǎn)生一控制碼，其中該電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)一參考電壓和一反饋電壓調(diào)節(jié)該輸出電壓，該反饋電壓和該輸出電壓成正比，而且該控制碼決定該反饋電壓和該輸出電壓的比例。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中當該輸出電壓高于該目標電壓，該位值等于O ;當該輸出電壓低于該目標電壓，該位值等于I。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該控制碼的位數(shù)為K，K為預(yù)設(shè)正整數(shù)，該控制碼的第I個位為最低有效位，該控制碼的第K個位為最高有效位；該控制單元接收一時鐘信號，在該時鐘信號的第I個周期將該控制碼設(shè)定為一初始值，在該時鐘信號的第i個周期鎖存該位值作為該控制碼的第K-1+2個位，i為整數(shù)而且2〈=i〈=K+l。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中當i小于K+1，則該控制單元在該時鐘信號的第i個周期將該控制碼的第κ-1+l個位設(shè)為I。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電壓調(diào)節(jié)器校正電路，其中該控制單元還接收一啟動信號，而且該控制單元包括: K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器，其中每一上述第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的時鐘端接收該時鐘信號，第j個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端耦接第j+Ι個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出端，j為整數(shù)而且0〈=j〈= K-l，第K個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端接收該啟動信號；以及 K+1個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器，和上述K+1個第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器一一對應(yīng)，其中每一上述第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端接收該位值，每一上述第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的設(shè)定端耦接對應(yīng)的該第一數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出端，第j個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出端耦接第j+Ι個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的時鐘端，該控制碼由第I個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器至第K個第二數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出組成。
【文檔編號】G05F1/565GK103713683SQ201210450347
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月5日
【發(fā)明者】陳企揚, 黃三岳 申請人:智原科技股份有限公司