專利名稱：自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要地涉及電壓調(diào)節(jié)器，并且更具體地涉及一種用于使用密勒補(bǔ)償來補(bǔ)償 線性電壓調(diào)節(jié)器的電路和方法。
背景技術(shù)：
在PC母板、膝上型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和許多其它產(chǎn)品的功率管理系統(tǒng)中電壓調(diào)節(jié) 器被普遍地使用。在這些系統(tǒng)中，要求調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為與寬范圍地變化的負(fù)載阻抗結(jié)合操作， 同時(shí)維持高的PSRR(“電源抑制比”)。例如在移動(dòng)電話中，電壓調(diào)節(jié)器通常為若干設(shè)備提供 電源?？梢元?dú)立地啟用這些設(shè)備。因此，調(diào)節(jié)器的負(fù)載會(huì)發(fā)生變化。電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)當(dāng)在不 同負(fù)載條件之下為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓供應(yīng)。此外，為了向設(shè)備提供干凈的電壓供應(yīng)， 電壓調(diào)節(jié)器也需要抑制來自它的未調(diào)節(jié)供電(電池、開關(guān)調(diào)節(jié)器和其它未調(diào)節(jié)的電壓源) 的電壓擾動(dòng)。這一應(yīng)用要求高PSRR的電壓調(diào)節(jié)器電路。在圖1中圖示了常規(guī)電壓調(diào)節(jié)器100。常規(guī)線性調(diào)節(jié)器100包括放大器102、驅(qū)動(dòng) 器晶體管PSW以及耦合于PSW的漏極與接地之間的電阻分壓器Rl和R2。電阻分壓器的中 心抽頭反饋到放大器102的負(fù)輸入。如本領(lǐng)域中已知的那樣，放大器102的正輸入接收參 考電壓。圖1中的VDD電源電壓是未調(diào)節(jié)的輸入電壓，而在晶體管PSW的漏極處的VOUT端 子是經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。在圖1中示出了包括負(fù)載電容器CL和等效串聯(lián)電阻器(R_ESR) 以及所需負(fù)載104的示例負(fù)載。電容器Cpar是在晶體管PSW的柵極處的寄生電容。圖1中所示常規(guī)電壓調(diào)節(jié)器100具有的問題在于它往往不穩(wěn)定。調(diào)節(jié)器100的負(fù) 載阻抗104可以將極點(diǎn)引入到電路的傳遞函數(shù)中。這一負(fù)載極點(diǎn)在負(fù)載條件改變時(shí)變化很 大。如果負(fù)載阻抗104在過大范圍內(nèi)變化，則可能引起不穩(wěn)定的反饋回路。為了解決不穩(wěn)定問題，如在美國專利第6，300, 749號(hào)中公開的電壓調(diào)節(jié)器在電路 響應(yīng)內(nèi)提供一個(gè)能夠根據(jù)負(fù)載中的負(fù)載變化來移動(dòng)的零點(diǎn)。如圖2中所示，補(bǔ)償型電壓調(diào) 節(jié)器200在運(yùn)算跨導(dǎo)放大器202與緩沖放大器204之間引入延遲相位網(wǎng)絡(luò)(電容器Cc和 電阻器Re)，其向電路引入零點(diǎn)和極點(diǎn)。調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)可移動(dòng)以補(bǔ)償可變第二極點(diǎn)對(duì)回路增 益的影響。圖2中所示電壓調(diào)節(jié)器200提供一種用移動(dòng)零點(diǎn)補(bǔ)償可變負(fù)載極點(diǎn)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。 然而，由于傳輸晶體管PSW通常具有相對(duì)大的尺寸，所以它將在傳輸晶體管的柵級(jí)引入頻 率相對(duì)低的極點(diǎn)。因此，調(diào)節(jié)器200需要降低主導(dǎo)極點(diǎn)的頻率或者減小開路直流增益。這 一方式限于需要高PSRR和高帶寬系統(tǒng)的那些應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種補(bǔ)償型線性電壓調(diào)節(jié)器使用自適應(yīng)密勒補(bǔ)償以在 可變負(fù)載條件之下維持穩(wěn)定。本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)器可以通過可移動(dòng)零點(diǎn)在可變負(fù)載條件之 下維持穩(wěn)定。零點(diǎn)頻率隨著調(diào)節(jié)器的負(fù)載條件變化而改變，因而它可以補(bǔ)償根據(jù)負(fù)載條件 來變化的非主導(dǎo)極點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明的電路無需犧牲回路增益或者帶寬以求穩(wěn)定。因此，本發(fā)明的電路可以在低頻或者在高頻維持高PSRR。本發(fā)明的調(diào)節(jié)器適合于在可變負(fù)載條件之 下要求高PSRR和魯棒穩(wěn)定性的那些應(yīng)用。


通過參照結(jié)合以下附圖進(jìn)行的對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的下文描述，本發(fā)明的前述和其它特 征及目的及其實(shí)現(xiàn)方式將變得更清楚，并且將最好地理解本發(fā)明，其中圖1和圖2是現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)償型線性電壓調(diào)節(jié)器的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的密勒補(bǔ)償型線性電壓調(diào)節(jié)器的示意圖；并且圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖3中所示電壓調(diào)節(jié)器的一種實(shí)際的晶體管級(jí)電路實(shí)施的示 意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照圖3，自適應(yīng)密勒(Miller)補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器300包括電壓調(diào)節(jié)器和具 有可移動(dòng)零點(diǎn)的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償，該自適應(yīng)密勒補(bǔ)償在負(fù)載條件改變時(shí)跟蹤負(fù)載極點(diǎn)的頻 率，從而在可變負(fù)載條件之下維持穩(wěn)定。自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器包括第一放大器302，具有用于接收參考電壓 VREF的第一輸入以及具有第二輸入和輸出；第二放大器304，具有與第一放大器302的輸出 耦合的輸入以及具有輸出；可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(電容器Cc和串聯(lián)耦合的電阻器Rz)，具有 與第二放大器304的輸入耦合的第一端子(節(jié)點(diǎn)A)和與第二放大器304的輸出耦合的第 二端子(節(jié)點(diǎn)C)；傳輸晶體管PSW，具有與第二放大器304的輸出耦合的控制端子以及具有 電流路徑；以及反饋網(wǎng)絡(luò)(串聯(lián)耦合的電阻器Rl和R2)，其在傳輸晶體管PSW的電流路徑 中并且其中心抽頭耦合到第一放大器的第二輸入。第一放大器302是運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，第 二放大器是具有負(fù)增益的電壓放大器。通常將增益設(shè)置成在大約數(shù)十分貝之間?？勺冏杩?補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括典型值在IOpF與40pF之間的電容器?？勺冏杩寡a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)也包括典型值范圍 在300千歐姆與5兆歐姆之間的可變電阻。盡管這些是典型值和典型值范圍，但是用于具 體設(shè)計(jì)的確切數(shù)字可以基于具體應(yīng)用而不同。在一種實(shí)際實(shí)施中，可變電阻器Rz可以是有 源器件，比如二極管、雙極晶體管或者M(jìn)OS晶體管。下文將參照圖4示出和描述根據(jù)本發(fā)明 的補(bǔ)償型調(diào)節(jié)器的一個(gè)具體電路實(shí)施例。在圖3中，示出了傳輸晶體管PSW為P溝道MOS 晶體管。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，傳輸晶體管也可以制作成N溝道晶體管，在該情況下耦合 的反饋網(wǎng)絡(luò)以VDD為基準(zhǔn)。所需負(fù)載306和寄生負(fù)載與圖1和圖2中所示基本上相同。如先前提到的那樣，本發(fā)明涉及一種用于在可變負(fù)載條件之下在線性電壓調(diào)節(jié)器 電路內(nèi)維持穩(wěn)定而且調(diào)節(jié)器電路維持高PSRR的電路和方法。再次參照圖3的調(diào)節(jié)器300， 在這一電路中主要有三個(gè)極點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)A的極點(diǎn)為主導(dǎo)極點(diǎn)(P1)。在VOUT的極點(diǎn)(P2)可 隨著負(fù)載而變化。調(diào)節(jié)器300的第三極點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)C(P3)。根據(jù)本發(fā)明的密勒補(bǔ)償劃分極點(diǎn)， 從而Pl移動(dòng)到較低頻率而P3移動(dòng)到較高頻率。如果可以補(bǔ)償可變極點(diǎn)P2，則回路可以簡 單地使用密勒電容器來穩(wěn)定。此處，可變電阻Rz和密勒電容器Cc引入零點(diǎn)(Zl)。由于Rz 跟蹤負(fù)載條件，所以這一零點(diǎn)可隨著負(fù)載改變而移動(dòng)，這被用來補(bǔ)償可變極點(diǎn)。圖4是圖3的實(shí)施的一個(gè)例子。根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器400包括第一 放大器402，具有用于接收參考電壓VREF的第一輸入以及具有第二輸入和輸出；第二放大器404，具有與第一放大器402的輸出耦合的輸入以及具有輸出；傳輸晶體管MP2，具有與第 二放大器404的輸出耦合的控制端子以及具有電流路徑；第一電流鏡408，具有與傳輸晶體 管MP2的電流路徑耦合的輸入以及具有輸出；第二電流鏡410，具有與傳輸晶體管MP2的電 流路徑耦合的輸入以及具有輸出；可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(二極管連接的晶體管QO和電容器 Ce)，具有與第一電流鏡408的輸入耦合的第一端子、與第二電流鏡410的輸出耦合的第二 端子以及與第二放大器404的輸入耦合的第三端子；以及反饋網(wǎng)絡(luò)(R1、R2)，其在第一電流 鏡的輸出的電流路徑中并且耦合到第一放大器402的第二輸入。第一放大器402是運(yùn)算跨 導(dǎo)放大器，而第二放大器是具有負(fù)增益的電壓放大器?？勺冏杩寡a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括電容器Ce， 該電容器耦合到由有源器件(如圖4中所示二極管連接的晶體管Q0)提供的可變電阻。二 極管、雙極晶體管或者M(jìn)OS晶體管也可以用來提供可變電阻。在圖4中，示出了傳輸晶體管 MP2為P溝道晶體管、第一電流鏡408為P溝道電流鏡而第二電流鏡為N溝道電流鏡。如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的那樣可以通過用P溝道器件代替N溝道器件并且用VDD代替接地來 “翻轉(zhuǎn)”圖4的整個(gè)電路，反之亦然。在圖4中，二極管連接的雙極晶體管QO充當(dāng)可變電阻元件。晶體管麗1和麗2形 成電流感測網(wǎng)絡(luò)410。電路400的三個(gè)極點(diǎn)(P1、P2和P3)和零點(diǎn)(Zl)給定如下Pl (方程 1)
roi *Cc· A2
1Iout~^r (方程 2) Rl . Cl Vout . Ll
Qml(方程3) ci
r ，1 gmQo IQOIOUT ,、…、
0020 Z - = —=-—(方程 4)
rz-cc cc vt-cc K-m-vt-cc wj1在上述方程中，Γ(Ι1是放大器402Α1的輸出電阻，gm3是在節(jié)點(diǎn)C的等效跨導(dǎo)，C3是 在節(jié)點(diǎn)C的等效電容，VT是熱電壓，K是PSW和MPl的尺寸比，而M是麗1和麗2的尺寸比。根據(jù)方程2和方程4可以發(fā)現(xiàn)P2與Zl成比例。Zl跟蹤P2。因此，選擇恰當(dāng)?shù)腒 和M，可以用Zl補(bǔ)償可變極點(diǎn)P2。由于可以補(bǔ)償可變極點(diǎn)，所以易于實(shí)現(xiàn)簡單地通過密勒補(bǔ)償來穩(wěn)定電路。密勒補(bǔ) 償可以劃分兩個(gè)極點(diǎn)(Pl和P3)，從而無需減小開路增益或者帶寬以求穩(wěn)定。通常在電壓調(diào) 節(jié)器設(shè)計(jì)中，PSRR主要取決于電路的開路增益、傳輸晶體管PSW和內(nèi)部極點(diǎn)的位置。因此， 針對(duì)低頻和高頻均可以將PSRR維持為高，因?yàn)闊o需犧牲開路增益和帶寬?？梢栽诳勺冐?fù)載條件之下要求高PSRR和魯棒穩(wěn)定性的大多數(shù)電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中 采用本發(fā)明的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器。盡管上文結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器的具體實(shí)施已經(jīng)描述本發(fā)明的原理，但是 將清楚地理解僅作為例子而不是作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制來進(jìn)行前文描述。具體而言，應(yīng) 該認(rèn)識(shí)到前文公開內(nèi)容的教導(dǎo)將向相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員提示其它修改。這樣的修改可以涉及 到本身已知并且可以取代或者結(jié)合這里已經(jīng)描述的特征來使用的其它特征。雖然在本申請 中已經(jīng)將權(quán)利要求表達(dá)成特定特征組合，但是應(yīng)當(dāng)理解這里的公開內(nèi)容范圍也包括明確或 者隱含公開的任何新穎特征或者任何新穎特征組合或者其為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所清楚的 任何推廣或者修改，無論這樣的特征或者特征組合或者其推廣或者修改是否涉及與在任何
6權(quán)利要求中目前要求保護(hù)的發(fā)明相同的發(fā)明、也無論它是否減輕如本發(fā)明所面臨的任何或 者所有相同技術(shù)問題。申請人據(jù)此保留在本申請或者從該申請派生的任何更多申請的施行 期間針對(duì)這樣的特征和/或這樣的特征的組合表達(dá)新權(quán)利要求的權(quán)利。
權(quán)利要求
一種自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，包括電壓調(diào)節(jié)裝置；和具有可移動(dòng)零點(diǎn)的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償，所述自適應(yīng)密勒補(bǔ)償在負(fù)載條件改變時(shí)跟蹤負(fù)載極點(diǎn)的頻率，從而在可變負(fù)載條件之下維持穩(wěn)定。
2.一種自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，包括第一放大器，具有用于接收參考電壓的第一輸入，以及具有第二輸入和輸出； 第二放大器，具有與所述第一放大器的所述輸出耦合的輸入，以及具有輸出； 可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，具有與所述第二放大器的輸入耦合的第一端子，以及與所述第二 放大器的輸出耦合的第二端子；傳輸晶體管，具有與所述第二放大器的輸出耦合的控制端子，以及具有電流路徑；以及 反饋網(wǎng)絡(luò)，在所述傳輸晶體管的電流路徑中，并且耦合到所述第一放大器的第二輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述第一放大器包括運(yùn) 算跨導(dǎo)放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述第二放大器包括具 有負(fù)增益的放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 包括電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 包括可變電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述可變阻抗包括有源 器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述有源器件包括以下 至少一項(xiàng)二極管；雙極晶體管；以及 MOS晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述傳輸晶體管包括P 溝道MOS晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)密勒補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述反饋網(wǎng)絡(luò)包括第 一電阻器和第二電阻器，在所述第一電阻器與第二電阻器之間的節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一放大 器的第二輸入。
11.一種補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，包括第一放大器，具有用于接收參考電壓的第一輸入，以及具有第二輸入和輸出； 第二放大器，具有與所述第一放大器的輸出耦合的輸入，以及具有輸出； 傳輸晶體管，具有與所述第二放大器的輸出耦合的控制端子，以及具有電流路徑； 第一電流鏡，具有與所述傳輸晶體管的電流路徑耦合的輸入，以及具有輸出； 第二電流鏡，具有與所述傳輸晶體管的電流路徑耦合的輸入，以及具有輸出； 可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，具有與所述第一電流鏡的輸入耦合的第一端子、與所述第二電流2鏡的輸出耦合的第二端子以及與所述第二放大器的輸入耦合的第三端子；以及反饋網(wǎng)絡(luò)，在所述第一電流鏡的輸出的電流路徑中，并且耦合到所述第一放大器的第 二輸入。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述第一放大器包括運(yùn)算跨導(dǎo)放 大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述第二放大器包括具有負(fù)增益 的放大器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括電容ο
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述可變阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括可變 電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述可變電阻包括有源器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述有源器件包括以下至少一項(xiàng)二極管；雙極晶體管；以及 MOS晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述傳輸晶體管包括P溝道MOS晶體管。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述反饋網(wǎng)絡(luò)包括第一電阻器和 第二電阻器，在所述第一電阻器與第二電阻器之間的節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一放大器的第二輸 入。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述第一電流鏡包括P溝道電流^Ml O
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器，其中所述第二電流鏡包括N溝道電流^Ml O
全文摘要
一種線性電壓調(diào)節(jié)器包括具有可移動(dòng)零點(diǎn)的密勒頻率補(bǔ)償，該自適應(yīng)密勒補(bǔ)償在負(fù)載條件改變時(shí)跟蹤負(fù)載極點(diǎn)的頻率。補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器在可變負(fù)載條件之下維持穩(wěn)定。由于密勒效應(yīng)，所以沒有為了穩(wěn)定而犧牲直流開路增益和帶寬。補(bǔ)償型電壓調(diào)節(jié)器因此可以維持高的電源抑制比(PSRR)。
文檔編號(hào)G05F1/575GK101963820SQ20091015145
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者彭韶華, 郜小茹 申請人:意法半導(dǎo)體研發(fā)(上海)有限公司