基于反相放大器的雙環(huán)電壓調(diào)節(jié)器及其電壓調(diào)節(jié)方法
【專利說明】基于反相放大器的雙環(huán)電壓調(diào)節(jié)器及其電壓調(diào)節(jié)方法
[0001]要求于2014年12月11日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10_2014_0178639號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]這里描述的本公開的實(shí)施例涉及一種電源裝置，更具體地講，涉及一種容易裝在片上的電壓調(diào)節(jié)器。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著諸如智能電話、平板PC等高端移動裝置的發(fā)展，為了改進(jìn)性能、降低成本、減少缺陷率，正在進(jìn)行各種嘗試。
[0004]作為這些嘗試之一，正在進(jìn)行關(guān)于低功耗的研究，以更長時間地使用移動裝置的電池。此外，正在進(jìn)行關(guān)于向移動裝置中的電子器件供電以確保移動裝置的可靠操作的研究。
[0005]低漏失電壓調(diào)節(jié)器向片上系統(tǒng)中的電子器件(諸如，應(yīng)用處理器或存儲器控制器)供電，并且必須具有不管電力輸入的變化或負(fù)載電流的變化如何都保持恒定電力輸出的功能。
[0006]低漏失電壓調(diào)節(jié)器是輸入電壓和輸出電壓之間的電平差相對小的一種電壓調(diào)節(jié)器。
[0007]當(dāng)芯片中的電子器件所消耗的電流急劇變化時，電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓出現(xiàn)紋波。電容相對大的電容器被安裝在芯片的內(nèi)部或外部，用于通過減少紋波來穩(wěn)定輸出電壓，從而增加了制造成本并且增大了缺陷率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開的實(shí)施例提供了一種非常適合片上集成的電壓調(diào)節(jié)器。
[0009]本公開的實(shí)施例提供了一種能夠減小或最小化由于短時間內(nèi)的負(fù)載變化而產(chǎn)生的過沖或下沖的低漏失電壓調(diào)節(jié)器。
[0010]本公開的實(shí)施例提供了即使在沒有電容器的配合的情況下使用時也能夠提供快速響應(yīng)和穩(wěn)定電力輸出的電壓調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)方法。
[0011]本公開的實(shí)施例的一個方面涉及提供一種電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器包括通過元件、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅(qū)動器。通過元件可具有與電壓源連接的電力輸入、與負(fù)載連接的電力輸出和控制輸入。緩沖器可具有輸入并且可具有與通過元件的控制輸入連接的輸出。誤差放大器可與通過元件和緩沖器一起形成第一反饋回路，并且可具有與通過元件的電力輸出的取樣電壓連接的正輸入、與參考電壓連接的負(fù)輸入和與緩沖器的輸入連接的輸出?？焖偻仆焓津?qū)動器可以以反相器型放大結(jié)構(gòu)連接在通過元件的電力輸出和控制輸入之間，并且可以以比第一反饋回路的電壓調(diào)節(jié)速度快的速度減小由于負(fù)載變化而導(dǎo)致的電力輸出的負(fù)峰和正峰。
[0012]快速推挽式驅(qū)動器可與通過元件一起形成第二反饋回路。第二反饋回路的操作速度比第一反饋回路的操作速度快。
[0013]快速推挽式驅(qū)動器可包括:第一放大器，屬于反相器型并且被構(gòu)造成響應(yīng)于通過元件的電力輸出來產(chǎn)生反相輸出；第二放大器，屬于反相器型并且被構(gòu)造成響應(yīng)于反相輸出來產(chǎn)生用于控制控制輸入的電壓電平的推驅(qū)動電流或拉驅(qū)動電流。
[0014]快速推挽式驅(qū)動器還可包括與通過元件的電力輸出連接并且被構(gòu)造成執(zhí)行交流(AC)耦合的高通濾波器。
[0015]第一放大器可包括:第一 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極、與電力輸出連接的柵極和與反相輸出連接的漏極；第一 NMOS晶體管，具有與反相輸出連接的漏極、與電力輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極。第二放大器可包括:第二 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極、與反相輸出連接的柵極和與控制輸入連接的漏極；第二 NMOS晶體管，具有與控制輸入連接的漏極、與反相輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極。
[0016]第一放大器可包括:第一電流源，與電源電壓連接；第一 PMOS晶體管，具有與第一電流源的輸出連接的源極、與電力輸出連接的柵極和與反相輸出連接的漏極；第一 NMOS晶體管，具有與反相輸出連接的漏極和與電力輸出連接的柵極；第二電流源，連接在第一NMOS晶體管的源極和地電壓之間。第二放大器可包括:第三電流源，與電源電壓連接；第二PMOS晶體管，具有與電流源的輸出連接的源極、與反相輸出連接的柵極和與控制輸入連接的漏極；第二 NMOS晶體管，具有與控制輸入連接的漏極和與反相輸出連接的柵極；第四電流源，連接在第二 NMOS晶體管的源極和地電壓之間。
[0017]第一放大器可包括:第一 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極和與電力輸出連接的柵極；第三PMOS晶體管，具有與第一 PMOS晶體管的漏極連接的源極、與電力輸出連接的柵極和與反相輸出連接的漏極；第一 NMOS晶體管，具有與電力輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極；第三NMOS晶體管，具有與反相輸出連接的漏極、與電力輸出連接的柵極、與第一 NMOS晶體管的漏極連接的源極。第二放大器可包括:第二 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極和與反相輸出連接的柵極；第四PMOS晶體管，具有與第二 PMOS晶體管的漏極連接的源極、與反相輸出連接的柵極和與控制輸入連接的漏極；第二 NMOS晶體管，具有與反相輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極；第四NMOS晶體管，具有與控制輸入連接的漏極、與反相輸出連接的柵極和與第二 NMOS晶體管的漏極連接的源極。
[0018]第一放大器可包括:第一 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極和與電力輸出連接的柵極；第三PMOS晶體管，具有與第一 PMOS晶體管的漏極連接的源極、與第一控制電壓連接的柵極和與反相輸出連接的漏極；第一 NMOS晶體管，具有與電力輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極；第三NMOS晶體管，具有與反相輸出連接的漏極、與第二控制電壓連接的柵極和與第一 NMOS晶體管的漏連接的源極。第二放大器可包括^=PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極和與反相輸出連接的柵極；第四PMOS晶體管，具有與第二 PMOS晶體管的漏極連接的源極、與第一控制電壓連接的柵極和與控制輸入連接的漏極；第二 NMOS晶體管，具有與反相輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極；第四NMOS晶體管，具有與控制輸入連接的漏極、與第二控制電壓連接的柵極和與第二 NMOS晶體管的漏極連接的源極。
[0019]第一放大器可包括:第一 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極和與電力輸出連接的柵極；第三PMOS晶體管，具有與第一 PMOS晶體管的漏極連接的源極和與電力輸出連接的柵極；第一 NMOS晶體管，具有與電力輸出連接的柵極和與地電壓連接的源極；第三NMOS晶體管，具有與第三PMOS晶體管的漏極連接的漏極、與電力輸出連接的柵極和與第一NMOS晶體管的漏極連接的源極。第二放大器可包括:第二 PMOS晶體管，具有與電源電壓連接的源極、與第一PMOS晶體管的漏極連接的柵極和與控制輸入連接的漏極；第二 NMOS晶體管，具有與第一 NMOS晶體管的漏極連接的柵極、與控制輸入連接的漏極和與地電壓連接的源極。
[0020]電壓調(diào)節(jié)器還可包括:頻率補(bǔ)償元件，連接在通過元件的電力輸出和緩沖器的輸入之間并且被構(gòu)造成穩(wěn)定整個電路回路的頻率。
[0021]本公開的實(shí)施例的另一個方面涉及提供一種電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器包括通過元件、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅(qū)動器。通過元件可具有與電壓源連接的電力輸入、與負(fù)載連接的電力輸出以及控制輸入。緩沖器可具有輸入并且可具有與通過元件的控制輸入連接的輸出。誤差放大器可與通過元件和緩沖器一起形成第一反饋回路，并且可具有與通過元件的電力輸出的分壓電壓連接的正輸入、與參考電壓連接的負(fù)輸入和與緩沖器的輸入連接的輸出。快速推挽式驅(qū)動器可以以反相器型放大結(jié)構(gòu)連接在通過元件的電力輸出和控制輸入之間，并且當(dāng)由于負(fù)載變化而出現(xiàn)電力輸出的下沖和過沖時可在AC耦合電力輸出的同時以比第一反饋回路的調(diào)節(jié)速度快的速度調(diào)節(jié)電力輸出。
[0022]本公開的實(shí)施例的另一個方面涉及提供一種低漏失電壓調(diào)節(jié)器，該低漏失電壓調(diào)節(jié)器包括通過元件、分壓器、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅(qū)動器。通過元件可響應(yīng)于控制輸入處的電壓將電力輸入傳遞到與負(fù)載連接的電力輸出。分壓器可根據(jù)指定的電阻比將電力輸出分壓以產(chǎn)生分壓輸出。緩沖器可具有輸入并且具有與通過元件的控制輸入連接的輸出。誤差放大器可與通過元件和緩沖器一起形成第一反饋回路，并且可對與分壓器的分壓輸出連接的正輸入的電壓和與輸入?yún)⒖茧妷哼B接的負(fù)輸入的電壓進(jìn)行比較和放大，誤差放大器的輸出被作為緩沖器的輸入提供?？焖偻仆焓津?qū)動器可具有反相器型放大結(jié)構(gòu)，并且可在由于負(fù)載變化而出現(xiàn)偏離電力輸出的目標(biāo)電壓的負(fù)峰或正峰時，以比第一反饋回路的電壓調(diào)節(jié)速度快的速度將電力輸出調(diào)節(jié)成目標(biāo)電壓。
[0023]本公開的實(shí)施例的又一個方面涉及提供一種低漏失電壓調(diào)節(jié)器，該電低漏失電壓調(diào)節(jié)器包括通過元件、分壓器、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅(qū)動器。通過元件可響應(yīng)于控制輸入上的電壓將電力輸入傳遞到與負(fù)載連接的電力輸出。分壓器可根據(jù)指定的電阻比將電力輸出分壓，以產(chǎn)生分壓輸出。緩沖器可具有輸入并且可具有與通過元件的控制輸入連接的輸出。誤差放大器可與通過元件和緩沖器一起形成第一反饋回路，并且可對與分壓器的分壓輸出連接的正輸入的電壓和與輸入?yún)⒖茧妷哼B接的負(fù)輸入的電壓進(jìn)行比較和放大。誤差放大器的輸出可被作為緩沖器的輸入提供，第一反饋回路可具有第一增益?？焖偻仆焓津?qū)動器可與通過元件一起形成具有比第一反饋回路的操作響應(yīng)快的操作響應(yīng)的第二反饋回路，并且當(dāng)由于負(fù)載變化而出現(xiàn)偏離電力輸出的目標(biāo)電壓的負(fù)峰或正峰時，可以以比第一反饋回路的電壓調(diào)節(jié)速度快的速度將電力輸出調(diào)節(jié)成目標(biāo)電壓。
[0024]提供了一種片上系統(tǒng)，該片上系統(tǒng)包括:電子器件；電子調(diào)節(jié)器，屬于無電容器型并且被構(gòu)造成提供電子器件的操作所需的電力輸出。電壓調(diào)節(jié)器可包括直流(DC)反饋回路和AC反饋回路。DC反饋回路可由順序連接在通過晶體管的電力輸出和控制輸入之間的誤差放大器和緩沖器形成。AC反饋回路可由連接在通過晶體管的電力輸出和控制輸入之間的快速推挽式驅(qū)動器形成。AC反饋回路可通過在電力輸出的目標(biāo)電壓電平下出現(xiàn)負(fù)峰或正峰時執(zhí)行N級反相放大(N是2或更大)，以比DC反饋回路的電壓調(diào)節(jié)速度快的速度將電力輸出調(diào)節(jié)成目標(biāo)電壓。
[0025]提供了一種電壓調(diào)節(jié)方法，該電壓調(diào)節(jié)方法包括:通過將誤差放大器和緩沖器順序連接在通過電阻器的電力輸出和控制輸入之間，形成DC反饋回路；通過將快速推挽式驅(qū)動器連接在通過晶體管的電力輸出和控制輸入之間，形成AC反饋回路；控制DC反饋回路以目標(biāo)電壓的電平來驅(qū)動電力輸出；當(dāng)目標(biāo)電壓出現(xiàn)下沖時，以比DC反饋回路的調(diào)節(jié)速度快的速度來控制AC反饋回路，使得從控制輸入釋放拉電流；當(dāng)目標(biāo)電壓出現(xiàn)過沖時，以比DC反饋回路的調(diào)節(jié)速度快的速度來控制AC反饋回路，使得拉電流被供應(yīng)到控制輸入。
[0026]本公開的實(shí)施例的又一方面涉及提供一種通過誤差放大器和通過元件形成DC反饋回路的電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器包括用于AC反饋回路的快速推挽式驅(qū)動器?？焖偻仆焓津?qū)動器可包括:第一放大器，屬于反相器型并且被構(gòu)造成響應(yīng)于通過元件的電力輸出來產(chǎn)生反相輸出；第二放大器，屬于反相器型并