專利名稱：電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器包括位于電壓調(diào)節(jié)器的輸入端和輸出端之間的串聯(lián)調(diào)節(jié)元件，以及差分輸入誤差放大器，該放大器具有連接到串聯(lián)調(diào)節(jié)元件的控制輸入端的第一輸出端。
低下降電壓(dropout voltage)調(diào)節(jié)器被廣泛用于在幾乎任何電子應(yīng)用中構(gòu)建塊。它們采用外部電源滿足電源電路的需要。在如移動電話的便攜式應(yīng)用中，對電壓調(diào)節(jié)器的主要要求是低下降電壓和大范圍容性負載下良好的穩(wěn)定性。
在如CD、DVD、Blue-ray Disk(BD)等要求在光盤上進行讀出/寫入操作的應(yīng)用中，提供了光電二極管集成電路(PDIC)。在該IC中，在由光電二極管電源濾波器提供的光電二極管檢測器之后連接有可編程放大器。在現(xiàn)有技術(shù)的光電二極管IC中，光電二極管電源濾波器包括無源一階RC低通濾波器，如圖7所示。使電阻器R適于光電二極管的電流源要求，并因此依賴于接收到的激光光強度。為了保持電阻器R上的電壓降足夠低，依賴于電流要求(光強度)來修改電阻器值。電流要求近似與前置放大器的增益成反比。因此，濾波器f-3dB＝1/(2πRC)的截止頻率依賴于電流要求而變化。在低頻(遠低于f-3dB)下，濾波器的輸出阻抗由R決定。
高強度光脈沖用于光盤(CD、DVD或BD(Blu-ray Disc))上的寫入操作。PDIC用于監(jiān)視寫入過程。緊接著高強度的“寫入”激光脈沖，需要低強度的讀出，如圖6所示。在寫入時間W期間，光電流PC的寫入電平WL大約是讀出時間R期間的讀出電平RL的80倍。低強度讀出包括大多數(shù)的伺服控制信息，包括擺動信號。PDIC光電二極管和放大器必須足夠快地從寫入脈沖恢復(fù)，以便在后來的讀出操作中提供足夠的精確度。就幅度和相位來說，該穩(wěn)定時間(settling time)由響應(yīng)的帶寬和平直度控制作為頻率的函數(shù)。這些要求也轉(zhuǎn)化為電源濾波器的輸出阻抗。在圖7中示出的簡單濾波器不適合用于具有這種嚴(yán)格穩(wěn)定要求的讀出/寫入操作?；趫D6，可以得出圖7所示的濾波器具有40pF的電容器，電阻器的電阻不應(yīng)超過60Ω。然而，使用這些值，將不再滿足與高增益設(shè)置相關(guān)聯(lián)的所需的濾波器抑制。
US-A-6,373,233描述了對所有容性負載都具有改進穩(wěn)定性的低下降電壓調(diào)節(jié)器。低下降電壓調(diào)節(jié)器包括一系列由差分輸入誤差放大器控制的受控p-MOS晶體管。誤差放大器的輸出通過電容器和電阻器之間的串聯(lián)連接耦合到該系列受控p-MOS晶體管的輸出端子。還提供了從低下降電壓調(diào)節(jié)器的輸出端到誤差放大器的輸入端的反饋。該系列受控p-MOS晶體管充當(dāng)積分器，并消耗非常大量的相位余量，從而允許在高頻時也有低輸出阻抗。因此，在現(xiàn)有技術(shù)專利中出現(xiàn)的低下降電壓調(diào)節(jié)器在高頻時不能提供低輸出阻抗，因此不適于如CD、DVD和BD等包括讀出/寫入過程的應(yīng)用。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的電壓調(diào)節(jié)器。
依照本發(fā)明，這可以在如第一段中描述的電壓調(diào)節(jié)器中實現(xiàn)，其特性在于誤差放大器還包括通過高通濾波器耦合到輸出端的第二輸出端。DC和低頻由串聯(lián)調(diào)節(jié)元件濾波，而相對較高的頻率由高通濾波器濾波。兩個支路都由差分輸入誤差放大器并聯(lián)控制。該電路允許在輸入信號和輸出信號之間存在相對較低的電壓降。
在本發(fā)明的一個實施例中，第一低通濾波器耦合在輸入端和串聯(lián)調(diào)節(jié)元件的一個輸入端子之間。實驗證明第一低通濾波器在獲得良好的總體濾波器抑制方面仍是有利的。
第一低通濾波器可以包括串聯(lián)連接的第一多個電阻器，該第一多個電阻器耦合到第一多個相應(yīng)開關(guān)上，用于修改第一低通濾波器的時間常數(shù)。一階低通濾波器的時間常數(shù)與濾波器的電阻器值和電容器值的乘積成比例。修改濾波器的電阻器值的結(jié)果是改變時間常數(shù)。濾波器的截止頻率與電容器和電阻器值的乘積成反比，并且因此當(dāng)電阻器值變化時，截止頻率也變化。
在本發(fā)明的一個實施例中，誤差放大器的第一輸入端通過第二低通濾波器耦合到調(diào)節(jié)器的輸入端。第二低通濾波器可以包括串聯(lián)耦合的下降電壓源、第二電阻器和第二電容器。誤差放大器的參考是電源電壓，減小很小的DC電壓并被第二電容器和第二電阻器低通濾波。由例如作為二極管或作為通過電阻器的固定偏流連接的雙極結(jié)晶體管可以獲得下降電壓。在這里指出參考電壓也可以是如在穩(wěn)定電路中的不依賴電源電壓的電壓源。
在本發(fā)明的另一個實施例中，串聯(lián)調(diào)節(jié)元件包括多個串聯(lián)調(diào)節(jié)元件，這些元件耦合到相應(yīng)的第二多個可選電阻器。第二多個可選電阻器實現(xiàn)為成對耦合的場效應(yīng)晶體管。每對包括兩個晶體管主電流通道的串聯(lián)連接，這兩個晶體管耦合在輸入端和第一放大器的輸出端之間或耦合在第一低通濾波器的輸出端和第一放大器的輸出端之間。當(dāng)可選的電阻器對被選擇時，為了適應(yīng)低下降電壓調(diào)節(jié)器的負載要求，低下降電壓調(diào)節(jié)器的輸出被輸入到特定的可選串聯(lián)調(diào)節(jié)元件。
在本發(fā)明的另一個實施例中，低下降電壓調(diào)節(jié)器用在光學(xué)檢測器/放大器中，用于為一個或多個耦合到可變增益放大器的光電二極管供電。具有相對較快的穩(wěn)定時間和相對較大的帶寬，根據(jù)本發(fā)明的低下降電壓調(diào)節(jié)器對于其中光電二極管從光學(xué)數(shù)據(jù)載體中接收光學(xué)信號的應(yīng)用來說是較好的解決方案。可變增益放大器優(yōu)選地包括多個級聯(lián)連接的可控放大器，用于獲得對由光電二極管產(chǎn)生的信號的充分放大。
本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點將參考附圖從如下的本發(fā)明示例性實施例的描述中顯而易見，其中

圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的具有低輸出阻抗的低下降電壓調(diào)節(jié)器的圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的低下降電壓調(diào)節(jié)器100的一個實施例。電壓調(diào)節(jié)器100包括位于其輸入端I和輸出端O之間的串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1。低下降電壓調(diào)節(jié)器100包括具有第一輸出端01的差分輸入誤差放大器1，該第一輸出端01通過第一放大器4耦合到串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1的控制輸入端。第一放大器A1的放大系數(shù)可以是1。電容器Cn1和電阻器Rn1的串聯(lián)連接優(yōu)選的是耦合在誤差放大器的第一輸出端01和電壓調(diào)節(jié)器的輸出端0之間以提高穩(wěn)定性。電容器Cn1具有2pF的電容值。電容器C4和偏流源Ibias耦合在誤差放大器的輸出端0和地之間。電容器C4具有80pF的電容值。誤差放大器1還包括通過高通濾波器耦合到輸出端0的第二輸出端02。在本實施例中，高通濾波器包括第二放大器5，它的放大系數(shù)可以是1，該第二放大器5耦合到第一電容器C1和第一電阻器R1的串聯(lián)組合。電阻器R1不是必需的。如果誤差放大器1的輸出級設(shè)計合理的話，可以省略掉放大器4和5。
圖1的實施例是“分帶(split band)”結(jié)構(gòu)，具有由放大器A1驅(qū)動的PMOST串聯(lián)晶體管T1，由被放大器A2驅(qū)動的容性支路C2支持。由T1處理DC和低頻，而由AB類放大器A2通過C2處理高頻。這兩個支路都由誤差放大器1并聯(lián)控制。由T1控制，該結(jié)構(gòu)允許輸入端和輸出端之間的最低電壓降。根據(jù)下面參考圖3陳述的，誤差放大器1的參考是電源電壓，減小很小的DC電壓“Vdrop”，并由包括R1和C1的低通濾波器濾波。由于PMOST晶體管T1的增益高度依賴于漏-源DC電流，因此固定偏流Ibias保證了某個最小增益，即使沒有光射在光電二極管上時也是如此。依靠經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)前置濾波器3(可以如圖7所示一樣簡單)對于獲得良好的整體濾波抑制來說仍是有利的。類似現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，低通濾波器3的這種簡單實現(xiàn)方法使用電阻器R，該電阻器的值依照電流要求?？捎玫碾妷航怠癡drop”由前置濾波器3和PMOST T1均等分攤。
通常用在低下降電壓調(diào)節(jié)器中的無源濾波器不適合用在有嚴(yán)格要求的讀出/寫入應(yīng)用中。也可以考慮如US-A-5,434,535中公開的有源濾波器。在該現(xiàn)有技術(shù)專利中，使用具有反饋電容器的差分放大器，該電容器的容量由放大器的放大來擴大。為放大器提供校正偏置，濾波器適當(dāng)工作對相對較高的頻率信號進行過濾，但在相對較低的頻率時被放大器的輸出電壓偏移能力所限制。
在光盤上要求讀出/寫入操作的應(yīng)用可能是CD、DVD、Blue-rayDisk(BD)。在這些應(yīng)用中提供了光電檢測器集成電路(PDIC)。PDIC用于監(jiān)視寫入過程。緊接著高強度的寫入激光脈沖，低強度的讀出是必需的，正如圖6所示。低強度的讀出信號包括大部分的伺服控制信息，包括擺動信號。PDIC光電二極管必須足夠快地從寫入脈沖中恢復(fù)，從而能夠為后來的讀出操作中提供充分的精確度。穩(wěn)定時間、幅度和相位由帶寬和平直度響應(yīng)對頻率決定。這些要求決定了對濾波器的輸出阻抗的大小的限制。在上述條件下，使用如圖7所示的無源濾波器，不再滿足與高增益設(shè)置條件相聯(lián)系的濾波器抑制要求。為了遵守這些要求，可以使用如圖1所示的低下降電壓調(diào)節(jié)器。因此，使用第一低通濾波器3，該濾波器3耦合在輸入端I和可選串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1的主電流通道之間。DC和低頻信號由串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1濾波，該調(diào)節(jié)元件T1由第一放大器4控制。與第一電容器C1和第一電阻器R1串聯(lián)耦合的AB類型的第二放大器5對高頻分量進行濾波。該電路允許在輸入I信號Vcc和輸出0信號VOUT之間有相對較低的電壓降。
誤差放大器1的輸入端+耦合到第二低通濾波器2，該第二低通濾波器2連接在輸入端I和參考端子之間。在可替代的實施例中，沒有第二低通濾波器，并且誤差放大器1的+輸入端耦合到參考電壓源。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第一低通濾波器LPF1的優(yōu)選實現(xiàn)方式。第一低通濾波器3包括串聯(lián)連接的第一多個電阻器R2a、R2b、R2c，該第一多個電阻器耦合到用于修改第一低通濾波器3的時間常數(shù)的第一多個相應(yīng)開關(guān)T2a、T2b、T2c。在圖2中，開關(guān)被表示成P-MOS晶體管，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以設(shè)想使用其它開關(guān)元件，例如N-MOS晶體管、光電晶體管或無源開關(guān)。另外，控制信號S2a、S2b和S2c被認為是電壓，但是也能夠使用電流和光，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易導(dǎo)出合適的電路。當(dāng)開關(guān)T2a、b或c處于ON(導(dǎo)通)狀態(tài)時，它的等效電阻相對較低，遠低于電阻器R2a、b或c中任何一個的電阻值。當(dāng)開關(guān)T2a、b或c是OFF(斷開)狀態(tài)時，它的等效電阻相對較高，遠高于電阻器R2a、b或c中任何一個的電阻值。其結(jié)果是當(dāng)所有的開關(guān)都是OFF狀態(tài)時，電路的等效電阻是R2a+R2b+R2c+R2d，并且濾波器的時間常數(shù)是(R2a+R2b+R2c+R2d)*C2。如果T2a是ON，則電路的等效電阻是R2b+R2c+R2d，并且因此濾波器的時間常數(shù)是(R2b+R2c+R2d)*C2。類似的推理可以用于ON狀態(tài)開關(guān)和OFF狀態(tài)開關(guān)的任何組合。因此，可以考慮應(yīng)用的技術(shù)限制來修改低通濾波器的截止頻率，以允許應(yīng)用中有更多的靈活性。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的第二低通濾波器LPF2的實現(xiàn)方法。第二低通濾波器2包括在輸入In端和參考節(jié)點Ref之間串聯(lián)耦合的電壓源Vdrop、第二電阻器R3和第二電容器C3。第二低通濾波器將參考信號傳送給誤差放大器1。在對減小了相對較小的電壓Vdrop后輸入到低下降電壓調(diào)節(jié)器100輸入端I的信號Vcc進行低通濾波之后，可以得到參考信號。電壓Vdrop可以使用例如雙極結(jié)晶體管得到，該雙板結(jié)晶體管作為二極管或通過電阻器的固定偏流連接。減小的信號進一步由第二電阻器R3和第二電容器C3的串聯(lián)組合進行低通濾波。第二電容器C3上的電壓作為參考電壓輸入到誤差放大器1。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可選串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1的實現(xiàn)方法?？蛇x串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1包括多個串聯(lián)調(diào)節(jié)元件T1a、T1b、T1c，該多個調(diào)節(jié)元件耦合到相應(yīng)的第二多個可選電阻器R11a、R12a、R11b、R12b、R11c、R12c。第二多個可選電阻器R11a、R12a、R11b、R12b、R11c、R12c是成對耦合的P-MOS晶體管。每對包括兩個晶體管的主電流通道的串聯(lián)連接，這兩個晶體管耦合在輸入端I和第一放大器4的輸出端之間或在第一低通濾波器3的輸出端和第一放大器4的輸出端之間?？梢岳斫?，可控電阻器也可以是N-MOS晶體管或光電晶體管?？刂菩盘朣1a、S1b和S1c被認為是電壓，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以設(shè)想是電流信號或光信號?？蛇x電阻器R11a、R12a、R11b、R12b、R11c、R12c具有高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)。當(dāng)電阻器處于高電阻狀態(tài)時，相應(yīng)的串聯(lián)調(diào)節(jié)晶體管T1a、b或c不通過其主電流通道傳導(dǎo)電流。實際上，有非常低的漏電流通過晶體管的主通道流動。當(dāng)電阻器處于低電阻狀態(tài)時，相應(yīng)的串聯(lián)調(diào)節(jié)晶體管T1a、b或c不通過其主電流通道傳導(dǎo)電流，提供輸出電流Ibias。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)檢測器/放大器200的實現(xiàn)方法。光學(xué)檢測器/放大器200包括低下降電壓調(diào)節(jié)器100，用于為一個或多個耦合到可變增益放大器202的光電二極管201供電。光電二極管(組)201傳輸對應(yīng)于在或從光盤讀出或?qū)懭氩僮鞯男盘枴？勺冊鲆娣糯笃靼ǘ鄠€級聯(lián)連接的可控放大器。低下降電壓調(diào)節(jié)器100為光電二極管(組)201供電，光電二極管(組)201接收由例如激光產(chǎn)生的光學(xué)信號。光電二極管(組)201中的光-電流對光學(xué)信號的依賴關(guān)系在圖6中示出，并且用在光學(xué)檢測器/放大器中的光電二極管(組)201的容量對反向電壓的典型特性曲線在圖8中示出。根據(jù)本發(fā)明的低下降電壓調(diào)節(jié)器100適合用在這樣的應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中使用與先前示出的這類二極管和與之相關(guān)聯(lián)的信號。光電二極管(組)201的輸出信號在可變增益放大器202中被放大，該可變增益放大器202是使信號適合于負載所必需的。依賴于特定的應(yīng)用，有可能是一個放大器202或多個放大器202。
總之，創(chuàng)建了一種低功率、低下降電源濾波器，該濾波器展示了低噪聲和低輸出阻抗。在閉環(huán)中工作時，PMOST串聯(lián)晶體管T1為DC和低頻提供輸出功率，而容性耦合的AB類放大器輸出級5為高頻(高達200MHz)提供功率。固定的輸出并聯(lián)電容器C4從那里開始起作用。通過適當(dāng)選擇組件，可以得到在三個頻率區(qū)域上工作的平穩(wěn)過渡。該電路尤其用在PDIC中，以減少串?dāng)_并滿足嚴(yán)格的穩(wěn)定要求。
值得注意的是，本發(fā)明的保護范圍不限于在這里描述的實施例。本發(fā)明的保護范圍也不限于權(quán)利要求中的參考數(shù)字。詞匯“包括”并不排除除了在權(quán)利要求中提及的那些之外的其它部分。元件前的詞匯“一個”并不排除多個這種元件。形成本發(fā)明的部分的裝置可以用專用硬件形式或可編程處理器形式來實現(xiàn)。本發(fā)明在于每個新特征或多個特性的組合。
權(quán)利要求
1.一種電壓調(diào)節(jié)器，包括在其輸入端(I)和輸出端(O)之間的串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1)，以及具有第一輸出端(O1)的差分輸入誤差放大器(1)，該第一輸出端(O1)耦合到串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1)的控制輸入端，其特性在于誤差放大器(1)還包括第二輸出端(O2)，該第二輸出端(O2)通過高通濾波器(5，R1，C1)耦合到輸出端(O)。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中第一低通濾波器(3)耦合在電壓調(diào)節(jié)器的輸入端(I)和串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1)的輸入端子之間。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中第一低通濾波器(3)包括第一多個串聯(lián)連接的電阻器(R2a，R2b，R2c)，該第一多個電阻器(R2a，R2b，R2c)耦合到第一多個相應(yīng)開關(guān)(T2a，T2b，T2c)，用于修改第一低通濾波器(3)的時間常數(shù)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中誤差放大器(1)的第一輸入端(+)通過第二低通濾波器(2)耦合到電壓調(diào)節(jié)器的輸入端(I)。
5.如權(quán)利要求4所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中第二低通濾波器(2)包括串聯(lián)耦合的電壓源(Vdrop)、電阻器(R3)和電容器(C3)。
6.如前面任一權(quán)利要求所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1)包括多個串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1a，T1b，T1c)，這些串聯(lián)調(diào)節(jié)元件耦合到相應(yīng)的第二多個可選的電阻器(R11a，R12a，R11b，R12b，R11c，R12c)。
7.如權(quán)利要求6所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中第二多個可選的電阻器(R11a，R12a，R11b，R12b，R11c，R12c)是成對耦合的場效應(yīng)晶體管，每對包括兩個晶體管的主電流通道的串聯(lián)聯(lián)接，這兩個晶體管耦合在電壓調(diào)節(jié)器的輸入端(I)和誤差放大器(1)的第一輸出端(O)之間。
8.一種光學(xué)檢測器/放大器(200)，包括如前面任一權(quán)利要求所述的電壓調(diào)節(jié)器，用于為耦合到可變增益放大器(202)的一個或多個光電二極管(201)供電。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)檢測器/放大器(200)，其中可變增益放大器包括多個級聯(lián)連接的可控放大器。
全文摘要
低下降電壓調(diào)節(jié)器包括位于電壓調(diào)節(jié)器的輸入端(I)和輸出端(O)之間的串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1)，以及具有第一輸出端(O1)的差分輸入誤差放大器(1)，該第一輸出端(O1)耦合到串聯(lián)調(diào)節(jié)元件(T1)的控制輸入端，其特性在于誤差放大器(1)還包括第二輸出端(O2)，該第二輸出端(O2)通過高通濾波器(5，C1，R1)耦合到輸出端(O)。
文檔編號G05F1/56GK1675606SQ03819106
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者J·H·A·布雷科曼斯, G·W·德榮格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司