CN109388167A - 调节电路及提供调节电压至目标电路的方法 - Google Patents

Abstract

一种电压调节器，通过一输出节点以提供一调节电压。电压调节器包括一二级放大器及一反馈电路，二级放大器控制包括输出节点的一输出支路，反馈电路介于输出节点及放大器电路的一输入端之间。第一级连接至一第一电源供应电路，第一电源供应电路连接至一第一电源供应器，例如一充电泵浦电路。第二级连接至一第二电源供应电路，第二电源供应电路连接至一第二电源供应器，例如一外部电源供应器。第一电源供应器不同于第二电源供应器。在负载电流的一转换期间，第二级在第一级之前被关闭，使得电压调节器的最后控制可以通过第一级被完成，以及回转率可以通过第二级被提升。

Description

调节电路及提供调节电压至目标电路的方法

技术领域

本发明是有关于一种电压调节器的装置，包括使用于有快速改变电流负载的集成电路的电压调节器。

背景技术

电压调节器被使用于集成电路设计，以提供一供应电压至一集成电路的内部电路，使其比外部电源供应器更稳定。

在可快速改变负载的集成电路中，电压调节器的回转率的瞬时响应可以为一限制值。若目标电路的电流负载快速改变，例如，根据电压调节器的瞬时响应顺序，电压调节器的回转率可以在电路表现中为一限制因素。

举例来说，于一类已知的调节器中，一电压调节器为低压降稳压器(low dropoutLDO voltage regulators)，包括具有电源金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)的一输出支路，且MOSFET连接于外部电源供应器与调节器的输出节点之间。电源MOSFET的栅极通过具有一反馈循环以在输出节点保持常数电压的放大器所驱动。电源MOSFET可以非常大，且有一大的栅极电容。

低压降稳压器可以使用一运算放大器以驱动功率晶体管的栅极电压。反馈循环连接于功率晶体管输出电压与运算放大器的一输出端之间。一稳定的参考电压，例如带阶参考，被施加至运算放大器的一第二输出端。运算放大器的高增益和反馈一起执行以保持输出电压稳定。然而，当快速转换发生于被电压调节器驱动的一目标电路中，随着响应时间波动的输出电压可以被反馈循环中的功率晶体管限制。

在一些实施例中，调节器的输出电压可以接近或甚至大于外部供应电压。在这些实施例中，当一外部电源供应器连接至电压调节器的输出支路，一充电泵浦电路可以被用以提供一供应电压至运算放大器的至少一输出级。充电泵浦电路有足够的力以提供一大的且需要符合电路的回转率规格的供应电流。为了要在电路中产生一够大的供应电流，充电泵浦电路必须相对地大，并耗用了集成电路中的电路区域。再者，因为需要驱动大的充电泵浦电路，集成电路的电源消耗可能受损。

因此有需要提供一种适用于集成电路的电压调节器，且在于一集成电路中，可以保存区域和电力的目标电路的电流负载快速转换期间具有一稳定的输出电压。

发明内容

描述一种电路及方法，提供一调节电压至可以保存区域及电力的目标电路。

描述一电压调节器，通过连接至一目标电路的一输出节点提供一调节电压。电压调节器包括一二级放大器及一反馈电路，二级放大器控制包括输出节点的一输出支路，反馈电路介于输出节点及放大器电路的一输入端之间。第一级连接至一第一电源供应电路，第一电源供应电路连接至一第一电源供应器，例如一充电泵浦电路。第二级连接至一第二电源供应电路，第二电源供应电路连接至一第二电源供应器，例如一外部电源供应器。第一电源供应器不同于第二电源供应器，且允许不同的电源供应器的连接。在负载电流的一转换期间，第二级在第一级之前被关闭，使得电压调节器的最后控制可以通过第一级被完成，以及回转率可以通过第二级而变得更快。

在此描述的一电路的一例子包括一第一运算放大器及一第二运算放大器。电路上的一输出支路的一晶体管的一栅极连接至第一运算放大器的一输出端，并连接至第二运算放大器的一输出端。晶体管的一第一终端，例如一汲级，接收一电源供应电压，晶体管的一第二终端，例如一源级，连接至调节电路的一输出节点。一反馈电路连接于输出节点及第一运算放大器和第二运算放大器的反馈输入端之间。一第一电源供应电路连接至第一运算放大器，并连接至一第一电源供应器。一第二电源供应电路连接至第二运算放大器，并连接至一第二电源供应器。电路使用一或两个偏差电压及电路架构，以致于在目标电路的电流负载的一转换期间，第二运算放大器在第一运算放大器之前被关闭。

提供一调节电压至快速改变电流负载的一目标电路的一方法也被描述。在此所述的一例子，方法包括通过耦接至目标电路的一输出节点施加调节电压，且使用一第一放大器级及一第二放大器级。方法包括通过一第一电源供应器，例如一充电泵浦电路，提供电力至第一放大器级，以及通过一第二电源供应器提供电力至第二放大器级。在通过输出节点的电流负载的一转换期间，方法包括在关闭第一放大器级之前先关闭第二放大器级。在此方法中，第一放大器级及第二放大器级的组合可以在通过输出节点上的电流负载转换的一第一部分期间，驱动电压调节器的输出节点以得到一更快的转换率，以及在转换的第二部分期间，第一放大器级可以根据第一电源供应驱动输出节点，以在转换的第二部分期间得到更佳的控制。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下：

附图说明

图1绘示包括在此所述的一快速回转率电压调节器的一装置的一简化方块图。

图2绘示包括在此所述的一快速回转率低压稳压器及回转率提升电路的一电路图。

【符号说明】

10：低压稳压电路

20、21、22、23：电源供应电路

11、86：输出节点

14：回转率提升电路

15：充电泵浦电路

80：第一运算放大器

81、93：晶体管

84：节点

79、91：线

82、83：电阻

12、87：***电路

90：第二运算放大器

100：第一电源供应电路

101：第二电源供应电路

VDD_EXT、Vpump、VG：电压

VDD_INT：电源供应电压、调节电压

VREF1：第一偏差参考电压

VREF2：第二偏差参考电压

VFB：反馈电压

V2：输出端

R1、R2：值

具体实施方式

参考图1及图2提供本发明的实施例的一细节描述。

图1绘示一连接至一目标***电路12的一电压调节器。在此例中的电压调节器包括包含一回转率提升电路14的一低压稳压器电路10。包括低压稳压电路10的电压调节器提供一调节电压VDD_INT作为一内部供应电压，并通过一输出节点11至一目标电路，例如在和电压调节器相同的集成电路上的全部或部分的***电路12。在此例中，低压稳压电路10包括一第一级放大器，以及回转率提升电路14包括一第二级放大器，以形成电压调节器。低压稳压电路10通过一第一电源供应电路20耦接至一第一电源供应器，第一电源供应器例如为充电泵浦电路15，其通过一外部电源供应器提供的电压VDD_EXT供电，并产生一电压Vpump。回转率提升电路14通过一第二电源供应电路21耦接至一第二电源供应器，其可以为同为产生电压VDD_EXT的外部电源供应器。被第一及第二电源供应至第一及第二电源供应电路的电压电平可以不相同。再者，第一及第二电源供应可达到的电源大小可以不相同。

电压调节器包括一输出支路(未显示)，输出支路供电给输出节点11，其自己可以被一外部电源供应器或其他不同于第一电源供应器的电源供应器供电。

在一集成电路中，第一电源供应器可以包括产生电压Vpump至第一电源供应电路20的一充电泵浦电路15，第一电源供应电路20分配低压稳压器电路10于集成电路中被实作时其电路所需的电压。

再者，集成电路可以包括用以连接至一外部电源供应器的第二电源供应电路21，例如通过包括一输入端/输出端接线板或其他在装置上的连接架构。集成电路可以包括一第三电源供应电路22，第三电源供应电路22用以连接至一不同的电源供应器或第一及第二电源供应的其中之一者，以适用于一特定的实施例。

再者，电压调节器的输出支路可以被连接至一第四电源供应电路23。在所描绘的实施例中，第四电源供应电路23、第三电源供应电路22及第二电源供应电路21可以被结合至一单一电路，以分配的外部供应电压VDD_EXT。在其他实施例中，电源供应器的不同结合可以被连接至电源供应电路21、22、23。

在一实施例中，***电路12包括一集成电路存储器。***电路12除了集成电路存储器外，可以包括各式各样的电路。在集成电路存储器的例子中，***电路12包括一存储器阵列及使用于存储器阵列操作期间的周边电路。周边电路可以包括一状态机或其他用以改变存储器操作模式的逻辑电路。举例来说，存储器可以包括具有错误修正的一页面读取模式。被电压调节器驱动的电流负载上的一转换可以于一页面读取操作的不同级期间快速改变。举例来说，在一页面读取操作的错误修正期间，当错误修正的操作将数据初始化为从存储器阵列所撷取的数据时，可快速增加电流负载。通过此例子，当错误修正电路正忙于执行从存储器取出一页面数据时，快速增加的电流负载可以发生于一纳秒的时间规模中。当错误修正操作完成，可发生一对应减少的电流负载。

提供一调节电压至一目标电路的一方法可以通过如图1的一电路被执行。方法包括通过耦接至目标***电路12的一输出节点11施加调节电压。调节电压通过一第一放大器级(LDO电路10)及一第二放大器级(回转率提升电路14)被提供。方法包括通过一第一电源供应器提供电源至第一放大器级，例如一充电泵浦电路，以及通过一第二电源供应器提供电源至第二放大器级。第二电源供应器可以有较第一电源供应器高的一驱动电源。通过输出节点的电流负载转换期间，方法包括在关闭第一放大器级之前，先关闭第二放大器级。在此方法中，调节器的输出电压可以在通过输出节点的电流负载转换期间，被第一及第二放大器级的组合所驱动，以得到更快的回转率，且可以在转换的一第二部分期间，根据第一电源供应器被第一放大器级所驱动。

电压调节器输出支路可以包括一晶体管、一第一终端及一第二终端，晶体管具有一栅极，第一终端连接至一电源供应电路，例如分配来自一外部电源供应器的VDD_EXT的电路，以及第二终端连接至输出节点。在晶体管的第一终端所接收到的电源供应电压(即VDD_EXT)可以低于由第一电源供应器提供的电源供应电压(即Vpump)。因此，在输出端的调节电压可以非常接近，且在一些实施例中高于在晶体管的第一终端的电源供应电压(在此例中，VDD_EXT)。

举例来说，一外部供应电压VDD_EXT可以介于大约16V到2.2V。一充电泵浦电路可以被提供，以提供一电源供应电压大约2V的Vpump。因此，由充电泵浦电路所提供的电源供应电压Vpump可以接近，甚至大于由外部供应器所提供的电压VDD_EXT。这改善了电压调节器的能力，提供了一接近2V，甚至给予在外部供应电压的转变的能力。

图2绘示根据在此所述的技术的快速回转率的一电压调节器的一实施例的一电路图。图2的电路包括一第一运算放大器80，例如通过具有至少一被供电的输出驱动电路，以连接至分配来自一充电泵浦电路的电压Vpump的第一电源供应电路100，以及一第二运算放大器90，在此例中，例如通过具有至少一被连接的输出驱动电路，以连接至可以做为分配来自一外部电源供应器的一电压VDD_EXT的第二电源供应电路101的一部分的一电源供应节点。第一运算放大器80的输出端连接至节点84，电压VG通过节点84产生。第二运算放大器90的输出端(V2)也经由一二极管连接至节点84。在此例中，二极管通过一二极管连接的MOS晶体管93被实施，二极管连接的MOS晶体管93串接于第二运算放大器的输出端及节点84之间。当在节点84上的电压VG接近V2时，二极管用以隔绝节点84与第二运算放大器的输出端。

电压调节器包括一晶体管81，晶体管81在此例中为一n-通道功率金属氧化物半导体场效应晶体管，且具有一漏极及一源极，漏极耦接至分配来自一外部电源供应器的一电压VDD_EXT的第二电源供应电路101，源极耦接至输出节点86。在其他实施例中，源极可以耦接至一不同的电源供应电路。输出节点86供应电源供应电压VDD_INT，且连接至一目标电路，目标电路可以包括由VDD_INT供电的一集成电路的***电路87。

一反馈电路耦接于输出节点及第一运算放大器80及第二运算放大器90的“-”输入端(此例中的反馈输入端)。一电压参考在线79提供第一偏差参考电压VREF1(即大约1V)至第一运算放大器“+”输入端。一电压参考提供第二偏差参考电压VREF2(即大约0.96V)，第二偏差参考电压VREF2可以稍微低于电压VREF1，第二偏差参考电压VREF2在线91至第二运算放大器90的“+”输入端。提供偏差参考电压VREF1及VREF2的电压参考可以根据一分享带阶参考电路，或在一些实施例中根据不同的带阶参考电路。

二极管连接的晶体管93可以包括一低阈值电压(low-Vt)MOS晶体管，此描述的目的是有一修正的一晶体管，相较于其他使用于集成电路中的逻辑电路，修正减少它的阈值电压。在一些实施例中，低阈值电压MOS晶体管的阈值电压可以为大约0.1V或0.2V。举例来说，阈值电压可以通过变化的通道掺杂和/或栅极介电厚度以相对于其他集成电路中的晶体管被减少。

在此例中的反馈循环包括串接于输出节点86及接地之间的电阻82及83，以及连接一节点于电阻82及83之间的连接线85，一反馈电压VFB被产生于电阻82及83之间，至第一运算放大器80的“-”输入端及至第二运算放大器90的“-”输入端。电阻82及83具有R1及R2值，R1及R2值可被设定以决定产生于输出节点86的内部供应电压VDD_INT层。

在此结构中，第一运算放大器80从一充电泵浦电路接收它的电源供应电压，当提供更高可能的输出电压时，充电泵浦电路可以提供相对低的驱动电流。第二运算放大器90从一外部供应器接收它的电源供应电压，外部供应器可能提供相对高的驱动电流，但提供较低可能的输出电压。因为VREF2低于VREF1，第二运算放大器90会较第一运算放大器早关闭(即在一较低的反馈电压VFB)。因此，在节点84的电压VG的直流等级(DC level)，以及在此例中的通过输出节点86的对应的调节电压VDD_INT，最终被第一运算放大器80所决定，以及当不影响节点84的电压VG的最终电压时，第二运算放大器90的输出端通过***电路87，在电流负载转换期间提供驱动电源来提升调节器的回转率。

在***电路87中的电流负载转换期间，第二运算放大器90可以被配置为在除了在图2所示的电路设置之外的第一运算放大器80之前被关闭。

图2的实施例使用具有n-通道功率晶体管81的一低压稳压器。在可选择的实施例中，可使用具有p-通道功率晶体管81的一低压稳压器。

所描述的产生一调节电压的具有快速电流负载的电路的技术包括提升调节器响应时间的电路，使得调节电压会通过一快速回转率而迅速稳定。根据仿真，于此所配置的电压调节器的设定时间可以相对于一典型低压稳压器被改善15％至45％。

综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以前述权利要求所界定的为准。

Claims (18)

1.一种调节电路，提供一调节电压至一目标电路，包括：

一电压调节器，通过一输出节点以提供该调节电压，该电压调节器包括一放大器、一输出支路(output leg)及一反馈电路，该输出支路包括该输出节点，该反馈电路介于该输出节点及该放大器的一输入端之间；

该放大器包括一第一级及一第二级，该第一级连接至一第一电源供应电路，该第一电源供应电路连接至一第一电源供应器；该第二级连接至一第二电源供应电路，该第二电源供应电路连接至一第二电源供应器，该第二电源供应电路不同于该第一电源供应电路。

2.如权利要求1所述的调节电路，包括连接该第一电源供应器至该第一电源供应电路的一充电泵浦电路。

3.如权利要求2所述的调节电路，其中该第二电源供应电路包括一导体，该导体连接至一外部电源供应器。

4.如权利要求1所述的调节电路，其中该输出支路连接至一电源供应电路，该电源供应电路分配一不同电源供应电压，该输出支路并非连接至该第一电源供应电路。

5.如权利要求1所述的调节电路，其中该第一级包括一第一运算放大器及一第一输出端，该第一运算放大器连接至该第一电源供应电路，该输出端连接至该输出支路；以及

该第二级包括一第二运算放大器及一第二输出端，该第二运算放大器连接至该第二电源供应电路，一二极管串接于该第二运算放大器的该输出端及该输出支路之间。

6.如权利要求5所述的调节电路，包括一第一偏差参考电压及一第二偏差参考电压，该第一偏差参考电压被提供至该第一运算放大器的一第一输入端，该第二偏差参考电压被提供至该第二运算放大器的一第二输入端，该第二偏差参考电压值低于该第一偏差参考电压值。

7.如权利要求5所述的调节电路，其中该二极管包括一二极管连接的低阈值电压晶体管(diode-connected low-Vt transistor)。

8.如权利要求1所述的调节电路，其中该输出支路包括一晶体管，该晶体管具有连接至该第一级及该第二级的一栅极、连接至一第三电源供应电路的一第一终端及连接至该输出节点的一第二终端。

9.一种调节电路，提供一调节电压至一目标电路，包括：

一第一运算放大器，具有一第一参考输入端、一反馈输入端及一输出端；

一第二运算放大器，具有一第二参考输入端、一反馈输入端及一输出端；

一晶体管，具有一栅极、一第一终端及一第二终端，该栅极连接至该第一运算放大器的该输出端及该第二运算放大器的该输出端，该第二终端连接至一输出节点；

一反馈电路，介于该第一运算放大器及该第二运算放大器的该些反馈输入端及该输出节点之间；

一第一电源供应电路，连接至该第一运算放大器，并连接至一第一电源供应器；以及

一第二电源供应电路，连接至该第二运算放大器，并连接至一第二电源供应器。

10.如权利要求9所述的调节电路，其中该第二电源供应电路连接至该晶体管的该第一终端。

11.如权利要求9所述的调节电路，包括串接于该第二运算放大器的该输出端及该晶体管的该栅极之间的一二极管连接的低阈值电压晶体管。

12.如权利要求9所述的调节电路，包括连接该第一电源供应器至该第一电源供应电路的一充电泵浦电路。

13.如权利要求12所述的调节电路，其中该第二电源供应电路包括一导体，该导体连接至一外部电源供应器。

14.如权利要求9所述的调节电路，包括一第一偏差参考电压及一第二偏差参考电压，该第一偏差参考电压被提供至该第一运算放大器的该第一参考输入端，该第二偏差参考电压被提供至该第二运算放大器的该第二参考输入端，该第二偏差参考电压值低于该第一偏差参考电压值。

15.一种提供一调节电压至一目标电路的方法，该方法包括：

提供该调节电压于一输出节点，该输出节点通过一晶体管耦接至该目标电路，该晶体管具有一栅极、一第一终端及一第二终端，该第二终端连接至该输出节点；

通过一第一放大器级及一第二放大器级来驱动该晶体管的该栅极；

通过一第一电源供应器来提供电源至该第一放大器级；

通过一第二电源供应器来提供电源至该第二放大器级，该第二电源供器的电源值高于该第一电源供应器的电源值；以及

在该输出节点上一电流负载转换期间，于关闭该第一放大器阶之前，先关闭该第二放大器级。

16.如权利要求15所述的方法，包括：

施加不同的偏差参考电压至该第一放大器级的一第一输入端及该第二放大器级的一第二输入端及施加一反馈电压至该第一放大器级及第二放大器级的反馈输入端；以及

通过在该第二放大器级使用一较低的偏差参考电压，以在关闭该第一放大器阶之前，先关闭该第二放大器阶。

17.如权利要求15所述的方法，其中该第一电源供应包括一充电泵浦电路，该充电泵浦电路产生一电源供应电压，该第一电源供应电压高于由该第二电源供应器产生的一电源供应电压。

18.如权利要求15所述的方法，包括施加一电源供应电压至该晶体管的该第一终端，该晶体管的该第一终端的电压值低于由该第一电源供应器施加至该第一放大器级的一电压值。