基于反相放大器的雙環電壓調節器及其電壓調節方法
【專利說明】基于反相放大器的雙環電壓調節器及其電壓調節方法
[0001]要求于2014年12月11日在韓國知識產權局提交的第10_2014_0178639號韓國專利申請的優先權，該申請的全部內容通過引用包含于此。
技術領域
[0002]這里描述的本公開的實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節器。
【背景技術】
[0003]隨著諸如智能電話、平板PC等高端移動裝置的發展，為了改進性能、降低成本、減少缺陷率，正在進行各種嘗試。
[0004]作為這些嘗試之一，正在進行關于低功耗的研究，以更長時間地使用移動裝置的電池。此外，正在進行關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]低漏失電壓調節器向片上系統中的電子器件(諸如，應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]低漏失電壓調節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節器。
[0007]當芯片中的電子器件所消耗的電流急劇變化時，電壓調節器的輸出電壓出現紋波。電容相對大的電容器被安裝在芯片的內部或外部，用于通過減少紋波來穩定輸出電壓，從而增加了制造成本并且增大了缺陷率。

【發明內容】

[0008]本公開的實施例提供了一種非常適合片上集成的電壓調節器。
[0009]本公開的實施例提供了一種能夠減小或最小化由于短時間內的負載變化而產生的過沖或下沖的低漏失電壓調節器。
[0010]本公開的實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和穩定電力輸出的電壓調節器和電壓調節方法。
[0011]本公開的實施例的一個方面涉及提供一種電壓調節器，該電壓調節器包括通過元件、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅動器。通過元件可具有與電壓源連接的電力輸入、與負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輸入和與緩沖器的輸入連接的輸出。快速推挽式驅動器可以以反相器型放大結構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節速度快的速度減小由于負載變化而導致的電力輸出的負峰和正峰。
[0012]快速推挽式驅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]快速推挽式驅動器可包括:第一放大器，屬于反相器型并且被構造成響應于通過元件的電力輸出來產生反相輸出；第二放大器，屬于反相器型并且被構造成響應于反相輸出來產生用于控制控制輸入的電壓電平的推驅動電流或拉驅動電流。
[0014]快速推挽式驅動器還可包括與通過元件的電力輸出連接并且被構造成執行交流(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]電壓調節器還可包括:頻率補償元件，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造成穩定整個電路回路的頻率。
[0021]本公開的實施例的另一個方面涉及提供一種電壓調節器，該電壓調節器包括通過元件、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅動器。通過元件可具有與電壓源連接的電力輸入、與負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輸入和與緩沖器的輸入連接的輸出。快速推挽式驅動器可以以反相器型放大結構連接在通過元件的電力輸出和控制輸入之間，并且當由于負載變化而出現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節速度快的速度調節電力輸出。
[0022]本公開的實施例的另一個方面涉及提供一種低漏失電壓調節器，該低漏失電壓調節器包括通過元件、分壓器、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅動器。通過元件可響應于控制輸入處的電壓將電力輸入傳遞到與負載連接的電力輸出。分壓器可根據指定的電阻比將電力輸出分壓以產生分壓輸出。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參考電壓連接的負輸入的電壓進行比較和放大，誤差放大器的輸出被作為緩沖器的輸入提供。快速推挽式驅動器可具有反相器型放大結構，并且可在由于負載變化而出現偏離電力輸出的目標電壓的負峰或正峰時，以比第一反饋回路的電壓調節速度快的速度將電力輸出調節成目標電壓。
[0023]本公開的實施例的又一個方面涉及提供一種低漏失電壓調節器，該電低漏失電壓調節器包括通過元件、分壓器、緩沖器、誤差放大器和快速推挽式驅動器。通過元件可響應于控制輸入上的電壓將電力輸入傳遞到與負載連接的電力輸出。分壓器可根據指定的電阻比將電力輸出分壓，以產生分壓輸出。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參考電壓連接的負輸入的電壓進行比較和放大。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。快速推挽式驅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快的操作響應的第二反饋回路，并且當由于負載變化而出現偏離電力輸出的目標電壓的負峰或正峰時，可以以比第一反饋回路的電壓調節速度快的速度將電力輸出調節成目標電壓。
[0024]提供了一種片上系統，該片上系統包括:電子器件；電子調節器，屬于無電容器型并且被構造成提供電子器件的操作所需的電力輸出。電壓調節器可包括直流(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動器形成。AC反饋回路可通過在電力輸出的目標電壓電平下出現負峰或正峰時執行N級反相放大(N是2或更大)，以比DC反饋回路的電壓調節速度快的速度將電力輸出調節成目標電壓。
[0025]提供了一種電壓調節方法，該電壓調節方法包括: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反饋回路以目標電壓的電平來驅動電力輸出；當目標電壓出現下沖時，以比DC反饋回路的調節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；當目標電壓出現過沖時，以比DC反饋回路的調節速度快的速度來控制AC反饋回路，使得拉電流被供應到控制輸入。
[0026]本公開的實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反饋回路的電壓調節器，該電壓調節器包括用于AC反饋回路的快速推挽式驅動器。快速推挽式驅動器可包括:第一放大器，屬于反相器型并且被構造成響應于通過元件的電力輸出來產生反相輸出；第二放大器，屬于反相器型并