DE102014226168B4

DE102014226168B4 - Spannungsregler mit Senke/Quelle-Ausgangsstufe mit Betriebspunkt-Stromsteuerschaltung für schnelle transiente Lasten und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102014226168B4
Application number: DE102014226168.6A
Authority: DE
Inventors: Frank c/o Dialog Semiconductor GmbH Kronmueller; Ambreesh c/o Dialog Semiconductor (UK) Bhattad
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: US9575500B2; US20170123443A1; US9857817B2; US20160179115A1; DE102014226168A1

Abstract

Ein Spannungsregler (200), der aufweist- eine Verstärkungsstufe (260, 261), die konfiguriert ist zum Steuern eines Spannungspegels eines ersten Verstärkungsknotens (A) und eines zweiten Verstärkungsknotens (B) in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten (255), um eine erste beziehungsweise eine zweite Ausgangsstufe zu aktivieren; wobei der zweite Verstärkungsknoten (B) von dem ersten Verstärkungsknoten (A) verschieden ist;- die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201), die konfiguriert ist zum Liefern von Strom an einem Ausgangsknoten (301) des Spannungsreglers (200) von einem ersten Potential (302), in Abhängigkeit von dem Spannungspegel des ersten Verstärkungsknotens (A); wobei die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aktiviert wird, wenn der Strom, der an dem Ausgangsknoten (301) geliefert wird, einen vorgegebenen ersten Erhaltungsstrom übersteigt;- die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412), die konfiguriert ist zum Abführen von Strom an dem Ausgangsknoten (301) an ein zweites Potential (303), in Abhängigkeit von dem Spannungspegel des zweiten Verstärkungsknotens (B); wobei das erste Potential (302) von dem zweiten Potential (303) verschieden ist; wobei die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aktiviert wird, wenn der Strom, der an dem Ausgangsknoten (301) abgeführt wird, einen vorgegebenen zweiten Erhaltungsstrom übersteigt; und- eine erste Betriebspunkt-Steuerschaltung (510, 511), die konfiguriert ist zum Setzen des Spannungspegels des ersten Verstärkungsknotens (A) derart, dass der erste Erhaltungsstrom durch die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) geliefert wird, wenn die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aktiviert wird; und/oderwobei- die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aufweist- einen ersten Steuertransistor (270) mit einem Gate (262), das mit dem ersten Verstärkungsknoten (A) gekoppelt ist, und konfiguriert ist zum Variieren eines ersten Steuerstroms durch den ersten Steuertransistor (270), abhängig von einem Spannungspegel an dem ersten Verstärkungsknoten (A); und- einen ersten Ausgangsverstärker (271, 201), der konfiguriert ist zum Liefern einer verstärkten Version des ersten Steuerstroms an den Ausgangsknoten (301); und/oder- die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aufweist- einen zweiten Steuertransistor (410) mit einem Gate (402), das mit dem zweiten Verstärkungsknoten (B) gekoppelt ist, und konfiguriert ist zum Variieren eines zweiten Steuerstroms durch den zweiten Steuertransistor (410), abhängig von einem Spannungspegel an dem zweiten Verstärkungsknoten (B); und- einen zweiten Ausgangsverstärker (411, 412), der konfiguriert ist zum Abführen einer verstärkten Version des zweiten Steuerstroms an dem Ausgangsknoten (301); wobei- der erste Ausgangsverstärker (271, 201) einen ersten Stromspiegel mit einem ersten Diodetransistor (271) und einem ersten Ausgangstransistor (201) aufweist;- der erste Diodetransistor (271) in Serie mit dem ersten Steuertransistor (270) angeordnet ist derart, dass der erste Diodetransistor (271) durch den ersten Steuerstrom durchflossen wird;- ein Drain des ersten Ausgangstransistors (201) mit dem Ausgangsknoten (301) gekoppelt ist;- der zweite Ausgangsverstärker (411, 412) einen zweiten Stromspiegel mit einem zweiten Diodetransistor (411) und einen zweiten Ausgangstransistor (412) aufweist;- der zweite Diodetransistor (411) in Serie mit dem zweiten Steuertransistor (410) angeordnet ist derart, dass der zweite Diodetransistor (411) durch den zweiten Steuerstrom durchflossen wird;- ein Drain des zweiten Ausgangstransistors (412) mit dem Ausgangsknoten (301) gekoppelt ist; und- der zweite Ausgangstransistor (412) durch die verstärkte Version des zweiten Steuerstroms durchflossen wird, der an dem Ausgangsknoten (301) abgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument betrifft Mehrstufenverstärker, wie Linearregler oder Linearspannungsregler (zum Beispiel Low-Dropout-Regler), die konfiguriert sind zum Vorsehen einer konstanten Ausgangsspannung hinsichtlich Last-Transienten.
Hintergrund
Beispielhafte Mehrstufenverstärker sind LDO(Low-Dropout)-Regler, die Linearspannungsregler sind, die mit geringen Eingang-Ausgang-Differenzspannungen arbeiten können. Ein typischer LDO-Regler 100 wird in 1a dargestellt. Der LDO-Regler 100 weist eine Ausgangsverstärkungsstufe 103, zum Beispiel einen Feldeffekttransistor (FET - field-effect transistor), an dem Ausgang und eine Differenzverstärkungsstufe oder einen Differenzverstärker 101 (auch als Fehlerverstärker bezeichnet) an dem Eingang auf. Ein erster Eingang (fb) 107 des Differenzverstärkers 101 empfängt einen Teil der Ausgangsspannung V_out, wie durch den Spannungsteiler 104 bestimmt, der die Widerstände R0 und R1 aufweist. Der zweite Eingang (ref) in den Differenzverstärker 101 ist eine stabile Spannungsreferenz V_ref 108 (auch als die Bandlückenreferenz bezeichnet). Wenn sich die Ausgangsspannung V_out relativ zu der Referenzspannung Vref ändert, ändert sich die Ansteuerspannung zu der Ausgangsverstärkungsstufe, zum Beispiel der Leistungs-FET (Feldeffekttransistor), durch einen Rückkopplungsmechanismus, der als Hauptrückkopplungsschleife bezeichnet wird, um eine konstante Ausgangsspannung V_out beizubehalten.
Der LDO-Regler 100 von 1a weist weiter eine zusätzliche Zwischenverstärkungsstufe 102 auf, die konfiguriert ist zum Verstärken der Ausgangsspannung der Differenzverstärkungsstufe 101. Somit kann eine Zwischenverstärkungsstufe 102 verwendet werden, um eine zusätzliche Verstärkung in dem Verstärkungspfad vorzusehen. Weiter kann die Zwischenverstärkungsstufe 102 eine Phasenumkehr vorsehen.
Zusätzlich kann der LDO-Regler 100 eine Ausgangskapazität C_out (auch als Ausgangskondensator oder Stabilisierungskondensator oder Bypass-Kondensator bezeichnet) 105 parallel zu der Last 106 aufweisen. Der Ausgangskondensator 105 wird verwendet, um die Ausgangsspannung V_out zu stabilisieren abhängig von einer Änderung der Last 106, insbesondere abhängig von einer Änderung des Laststroms I_load. Es sollte angemerkt werden, dass typischerweise der Ausgangsstrom lout an dem Ausgang der Ausgangsverstärkungsstufe 103 dem Laststrom I_load durch die Last 106 des Reglers 100 entspricht (abgesehen von typischerweise kleineren Strömen durch den Spannungsteiler 104 und den Ausgangskondensator 105). Folglich werden die Begriffe Ausgangsstrom lout und Laststrom I_load synonym verwendet, wenn nicht anderweitig spezifiziert.
Typischerweise ist es wünschenswert, eine stabile Ausgangsspannung V_out vorzusehen, auch bei (positiven oder negativen) Transienten der Last 106. Auf beispielhafte Weise kann der Regler 100 verwendet werden zum Vorsehen einer stabilen Ausgangsspannung V_out für den Prozessor einer elektronischen Vorrichtung (wie ein Smartphone). Der Laststrom I_load kann signifikant zwischen einem Ruhezustand und einem aktiven Zustand des Prozessors variieren, wodurch die Last 106 des Reglers 100 variiert wird. Um einen zuverlässigen Betrieb des Prozessors sicherzustellen, sollte die Ausgangsspannung V_out stabil bleiben, auch in Reaktion auf derartige Last-Transienten. Insbesondere sollten Überspannungs- und/oder Unterspannungssituationen der Ausgangsspannung V_out vermieden werden.
Gleichzeitig sollte der LDO-Regler 100 in der Lage sein, schnell auf Last-Transienten zu reagieren, d.h. der LDO-Regler 100 sollte in der Lage sein, schnell den angeforderten Laststrom I_load vorzusehen, abhängig von einer Last-Transiente. Dies bedeutet, dass der LDO-Regler 100 eine hohe Bandbreite aufweisen sollte.
Der Regler 100, der in 1a gezeigt wird, ist ein Beispiel eines Mehrstufenverstärkers oder Spannungsreglers. Das vorliegende Dokument betrifft ein Vorsehen von leistungseffizienten Mehrstufenverstärkern oder Spannungsreglern, die eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit hinsichtlich positiven und negativen Last-Transienten zeigen.
Die Druckschriften US 2009 / 0 322 429 A1 und US 2005 / 0 030 097 A1 beschreiben Spannungsregler mit einer Verstärkungsstufe zum Steuern eines Spannungspegels eines ersten Verstärkungsknotens und eines zweiten Verstärkungsknotens in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten, um eine erste bzw. zweite Ausgangsstufe zu aktivieren. Ferner wird eine erste Ausgangsstufe beschrieben, die Strom an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers liefert, sowie eine zweite Ausgangsstufe zum Abführen von Strom an dem Ausgangsknoten. Weiterhin werden eine erste und zweite Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung beschrieben, wobei die jeweilige erste bzw. zweite Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung der konfiguriert ist die erste bzw. zweite Ausgangsstufe mittels Stromzufuhr bzw. Stromabfuhr zu aktivieren.
Die Druckschrift US 2005 / 0 083 112 A1 beschreibt einen Spannungsregler, der eine erste und zweite Ausgangsstufe aufweist, wobei die erste und zweite Ausgangsstufe jeweils einen ersten bzw. zweiten Steuertransistor mit einem Gate aufweisen, das mit einem ersten bzw. zweiten Verstärkungsknoten gekoppelt ist zum Variieren von Steuerströmen durch den jeweiligen Steuertransistor. Zudem werden ein erster und zweiter Ausgangsverstärker beschrieben die konfiguriert sind zum liefern bzw. abführen eines Steuerstroms.
Die Druckschrift EP 2 520 998 A1 beschreibt einen Spannungsregler mit einer Rückkopplung, die von einem Ausgangsstrom abhängig ist. Zudem werden LDO-(Low Dropout)-Linearregler mit sehr niedrigen Ausgangskapazitäten offenbart.
Zusammenfassung
Die oben genannte Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Spannungsregler, wie ein Linearregler, beschrieben. Der Spannungsregler kann eine Vielzahl von Verstärkungsstufen aufweisen. Insbesondere weist der Spannungsregler eine Verstärkungsstufe auf, die konfiguriert sein kann zum Aktivieren oder Deaktivieren einer ersten Ausgangsstufe des Spannungsreglers in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten. Weiter kann die Verstärkungsstufe konfiguriert sein zum Aktivieren oder Deaktivieren einer zweiten Ausgangsstufe in Reaktion auf die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten. Insbesondere kann die Verstärkungsstufe konfiguriert sein zum Steuern eines Spannungspegels eines ersten Verstärkungsknotens und eines zweiten Verstärkungsknotens in Reaktion auf die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten, um die erste beziehungsweise die zweite Ausgangsstufe zu aktivieren. Der zweite Verstärkungsknoten ist typischerweise von dem ersten Verstärkungsknoten verschieden.
Die Verstärkungsstufe kann auch als eine Zwischenverstärkungsstufe bezeichnet werden, da der Spannungsregler typischerweise eine oder mehrere weitere Verstärkungsstufe(n) (zum Beispiel Differenzverstärkungsstufe) stromaufwärts von dem Eingangsknoten aufweist, d.h. stromaufwärts der Verstärkungsstufe. Der Eingangsmodus kann einem Ausgang der einen oder mehreren zusätzlichen Verstärkungsstufen stromaufwärts des Eingangsknotens entsprechen.
Der Spannungsregler weist die erste Ausgangsstufe auf, die konfiguriert ist zum Liefern von Strom an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers von einem ersten oder hohen Potential (zum Beispiel von einer Versorgungsspannung), wenn die erste Ausgangsstufe aktiviert ist. Zusätzlich weist der Spannungsregler die zweite Ausgangsstufe auf, die konfiguriert ist zum Abführen von Strom an dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers auf ein zweites oder niedriges Potential (zum Beispiel zu Masse), wenn die zweite Ausgangsstufe aktiviert ist. Das erste Potential ist verschieden von dem zweiten Potential.
Die Verstärkungsstufe kann konfiguriert sein zum Aktivieren der ersten Ausgangsstufe und der zweiten Ausgangsstufe auf eine sich gegenseitig ausschließende Weise. Insbesondere kann die Verstärkungsstufe sicherstellen, dass (bis auf einen Erhaltungsstrom in den ersten und/oder zweiten Ausgangsstufen) entweder die erste Ausgangsstufe aktiv ist, um einen Strom an den Ausgangsknoten zu liefern, oder die zweite Ausgangsstufe aktiv ist, um Strom an dem Ausgangsknoten abzuführen. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung des Spannungsreglers an dem Ausgangsknoten, abhängig von Last-Transienten, auf eine schnelle und energieeffiziente Weise stabilisiert werden.
Insbesondere kann die Verstärkungsstufe konfiguriert sein zum Aktivieren der ersten Ausgangsstufe, wenn die Eingangsspannung an oder unter einer vorgegebenen ersten Schwellenspannung ist. Eine Eingangsspannung, die an oder unter der vorgegebenen ersten Schwellenspannung ist, kann ein Hinweis auf eine Unterspannungssituation der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten sein. Weiter kann die Verstärkungsstufe konfiguriert sein zum Aktivieren der zweiten Ausgangsstufe, wenn die Eingangsspannung an oder über einer vorgegebenen zweiten Schwellenspannung ist. Eine Eingangsspannung, die an oder über der vorgegebenen zweiten Schwellenspannung ist, kann ein Hinweis auf eine Überspannungssituation der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten sein. Die zweite Schwellenspannung kann gleich oder größer sein als die erste Schwellenspannung. Daher kann ein Strom an dem Ausgangsknoten geliefert werden, um einer Unterspannungssituation (abhängig von einer positiven Last-Transiente) entgegenzuwirken, und ein Strom kann an dem Ausgangsknoten abgeführt werden, um einer Überspannungssituation (abhängig von einer negativen Last-Transiente) entgegenzuwirken.
Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff aktiv zu verstehen ist als betrieben zum Liefern oder Abführen von Strom, der gleich oder größer als eine vorgegebene Stromschwelle ist. Die vorgegebene Stromschwelle kann einem Erhaltungsstrom entsprechen, der in der ersten und/oder der zweiten Ausgangsstufe gehalten werden kann, um die Reaktionszeit für die Aktivierung der ersten und/oder der zweiten Ausgangsstufe zu verringern. Eine Ausgangsstufe, die nur einen Erhaltungsstrom zeigt, kann betrachtet werden, als in einem Standby- bzw. Bereitschafts-Modus zu sein, der eine schnelle Aktivierung der jeweiligen Ausgangsstufe ermöglicht.
Die Verstärkungsstufe kann eine erste Verstärkungsstufe-Stromquelle aufweisen, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines ersten Verstärkungsstufe-Stroms. Weiter kann die Verstärkungsstufe einen Eingangstransistor umfassen (zum Beispiel einen Metalloxid-Halbleiter(MOS - metal-oxide semiconductor)-Transistor eines N-Typs), der in Serie mit der ersten Verstärkungsstufe-Stromquelle angeordnet ist. Ein Gate des Eingangstransistors kann (direkt) mit dem Eingangsknoten gekoppelt sein. Somit kann ein Pegel des Drain-Source-Stroms durch den Eingangstransistor von der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten gesteuert werden. Die Verstärkungsstufe kann konfiguriert sein zum Steuern eines Spannungspegels an einem Mittelpunkt zwischen der ersten Verstärkungsstufe-Stromquelle und dem Eingangstransistor, abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten. Dieser Mittelpunkt kann dem ersten Verstärkungsknoten entsprechen (der hier durch den Buchstaben A identifiziert ist). Die erste Ausgangsstufe (d.h. das Gate eines ersten Steuertransistors der ersten Ausgangsstufe) kann (direkt) mit dem ersten Verstärkungsknoten gekoppelt sein.
Durch Steuern des Spannungspegels an dem ersten Verstärkungsknoten kann die erste Ausgangsstufe aktiviert oder deaktiviert werden.
Weiter kann die Verstärkungsstufe eine zweite Verstärkungsstufe-Stromquelle aufweisen, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines zweiten Verstärkungsstufe-Stroms. Weiter kann die Verstärkungsstufe einen zweiten Transistor aufweisen (zum Beispiel einen MOS-Transistor eines N-Typs), der in Serie mit der zweiten Verstärkungsstufe-Stromquelle angeordnet ist. Ein Gate des zweiten Transistors kann basierend auf einem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe gesteuert werden. Der Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe kann an einem Eingang (zum Beispiel an dem ersten Steuertransistor) oder an einem Ausgang (zum Beispiel an dem ersten Ausgangstransistor) der ersten Ausgangsstufe erfasst werden.
Die Verstärkungsstufe kann konfiguriert sein zum Steuern eines Spannungspegels an einem Mittelpunkt zwischen der zweiten Verstärkungsstufe-Stromquelle und dem zweiten Transistor basierend auf dem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe. Der Mittelpunkt zwischen der zweiten Verstärkungsstufe-Stromquelle und dem zweiten Transistor kann dem zweiten Verstärkungsknoten entsprechen (der hier durch den Buchstaben B bezeichnet wird). Die zweite Ausgangsstufe (d.h. ein Gate eines zweiten Steuertransistors der zweiten Ausgangsstufe) kann (direkt) mit dem zweiten Verstärkungsknoten gekoppelt sein. Durch Steuern des Spannungspegels an dem zweiten Verstärkungsknoten kann die zweite Ausgangsstufe aktiviert oder deaktiviert werden.
Die erste Verstärkungsstromquelle kann (direkt) mit dem ersten Potential gekoppelt sein, ein Drain des Eingangstransistors kann (direkt) mit dem ersten Verstärkungsknoten gekoppelt sein, und eine Source des Eingangstransistors kann (direkt) mit dem zweiten Potential gekoppelt sein. Somit kann der Spannungspegel an dem ersten Verstärkungsknoten zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential (minus der Schwellenspannung des Eingangstransistors) variieren, abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten. Ein erster Verstärkungsknoten an dem ersten Potential kann die erste Ausgangsstufe aktivieren und ein erster Verstärkungsknoten an oder nahe dem zweiten Potential kann die erste Ausgangsstufe deaktivieren.
Die zweite Verstärkungsstufe-Stromquelle kann (direkt) mit dem ersten Potential gekoppelt sein, ein Drain des zweiten Transistors kann (direkt) mit dem zweiten Verstärkungsknoten gekoppelt sein und eine Source des zweiten Transistors kann (direkt) mit dem ersten Verstärkungsknoten gekoppelt sein. Folglich kann der Spannungspegel an dem zweiten Verstärkungsknoten zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential (minus der Schwellenspannung des Eingangstransistors und des zweiten Transistors) variieren, abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten. Ein zweiter Verstärkungsknoten an dem ersten Potential kann die zweite Ausgangsstufe deaktivieren und ein zweiter Verstärkungsknoten an (oder nahe) dem zweiten Potential kann die zweite Ausgangsstufe aktivieren.
Der erste Verstärkungsstufe-Strom und der zweite Verstärkungsstufe-Strom können sich voneinander unterscheiden. Insbesondere kann der zweite Verstärkungsstufe-Strom kleiner sein als der erste Verstärkungsstufe-Strom. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Größe des Eingangstransistors von der Größe des zweiten Transistors unterscheiden. Durch Ändern der Ströme und/oder der Größen kann die Eingangsspannung (d.h. die erste Schwellenspannung), bei der der erste Verstärkungsknoten „hoch“ wird (um die erste Ausgangsstufe zu aktivieren), und die Eingangsspannung (d.h. die zweite Schwellenspannung), bei der der zweite Verstärkungsknoten „niedrig“ wird (um die zweite Ausgangsstufe zu aktivieren) definiert werden. Auf diese Weise kann eine Totzone zwischen einem Liefern von Strom und Abführen von Strom definiert werden.
Die erste Ausgangsstufe kann einen ersten Steuertransistor aufweisen mit einem Gate, das (direkt) mit dem ersten Verstärkungsknoten gekoppelt ist, und konfiguriert ist, um einen ersten Steuerstrom durch den ersten Steuertransistor zu variieren, abhängig von einem Spannungspegel an dem Gate des ersten Steuertransistors. Insbesondere kann der erste Steuerstrom erhöht werden, wenn der Spannungspegel an dem ersten Verstärkungsknoten erhöht wird. Weiter kann die erste Ausgangsstufe einen ersten Ausgangsverstärker aufweisen, der konfiguriert ist zum Liefern einer verstärkten Version des ersten Steuerstroms an dem Ausgangsknoten. Der erste Ausgangsverstärker kann einen ersten Stromspiegel mit einem ersten Diodetransistor und einem ersten Ausgangstransistor aufweisen. Der erste Diodetransistor kann in Serie mit dem ersten Steuertransistor angeordnet sein (zum Beispiel derart, dass der erste Diodetransistor durch den ersten Steuerstrom durchflossen wird). Ein Drain des ersten Ausgangstransistors kann (direkt) mit dem Ausgangsknoten gekoppelt sein und der erste Ausgangstransistor kann durch die verstärkte Version des ersten Steuerstroms durchflossen werden, der an dem Ausgangsknoten geliefert wird.
Auf ähnliche und komplementäre Weise kann die zweite Ausgangsstufe einen zweiten Steuertransistor mit einem Gate aufweisen, das (direkt) mit dem zweiten Verstärkungsknoten gekoppelt ist, und konfiguriert ist, um einen zweiten Steuerstrom durch den zweiten Steuertransistor zu variieren, abhängig von einem Spannungspegel an dem Gate des zweiten Steuertransistors. Insbesondere kann der zweite Steuerstrom zunehmen, wenn der Spannungspegel an dem zweiten Verstärkungsknoten abnimmt. Weiter kann die zweite Ausgangsstufe einen zweiten Ausgangsverstärker aufweisen, der konfiguriert ist zum Abführen einer verstärkten Version des zweiten Steuerstroms an dem Ausgangsknoten. Der zweite Ausgangsverstärker kann einen zweiten Stromspiegel mit einem zweiten Diodetransistor und einem zweiten Ausgangstransistor aufweisen. Der zweite Diodetransistor kann in Serie mit dem zweiten Steuertransistor angeordnet sein (zum Beispiel derart, dass der zweite Diodetransistor durch den zweiten Steuerstrom durchflossen wird). Ein Drain des zweiten Ausgangstransistors kann (direkt) mit dem Ausgangsknoten gekoppelt sein. Weiter kann der zweite Ausgangstransistor durch die verstärkte Version des zweiten Steuerstroms durchflossen werden, der an dem Ausgangsknoten abgeführt wird.
Der erste Ausgangstransistor und der zweite Ausgangstransistor können in Serie zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential angeordnet sein. Der Ausgangsknoten kann einem Mittelpunkt zwischen dem (Drain des) ersten Ausgangstransistors und dem (Drain des) zweiten Ausgangstransistors entsprechen. Eine Source des ersten Ausgangstransistors kann mit dem ersten Potential gekoppelt sein und eine Source des zweiten Ausgangstransistors kann mit dem zweiten Potential gekoppelt sein. Somit kann durch Aktivieren der ersten Ausgangsstufe ein Strom von dem ersten Potential durch den ersten Ausgangstransistor bezogen werden, um einen höheren Laststrom an eine Last zu liefern, die mit dem Ausgangsknoten gekoppelt sein kann. Auf ähnliche Weise kann ein Strom an das zweite Potential über den zweiten Ausgangstransistor abgeführt werden, um einen überflüssigen Strom von dem Ausgangsknoten abzuführen. Als Ergebnis hiervon kann die Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten auf eine effiziente Weise stabilisiert werden.
Symmetrisch zu den ersten und zweiten Ausgangstransistoren kann eine Source des ersten Diodetransistors (direkt) mit dem ersten Potential gekoppelt sein, eine Source des ersten Steuertransistors kann (direkt) mit dem zweiten Potential gekoppelt sein, eine Source des zweiten Diodetransistors kann (direkt) mit dem zweiten Potential gekoppelt sein, und eine Source des zweiten Steuertransistors kann (direkt) mit dem ersten Potential gekoppelt sein.
Wie oben angegeben, können die ersten und zweiten Ausgangsstufen in einer komplementären Weise implementiert werden, insbesondere in Bezug auf den Typ der verwendeten Transistoren und/oder in Bezug auf das Potential, auf das sich die Stufe bezieht. Insbesondere kann der erste Steuertransistor einen N-Typ-MOS-Transistor aufweisen (oder kann einer sein) und der erste Ausgangsverstärker kann P-Typ-MOS-Transistoren aufweisen. Folglich kann der zweite Steuertransistor einen P-Typ-MOS-Transistor aufweisen (oder kann einer sein) und der zweite Ausgangsverstärker kann N-Typ-MOS-Transistoren aufweisen.
Wie oben angegeben, können die ersten und/oder zweiten Ausgangsstufen mit einem Erhaltungsstrom vorgesehen werden, um die Ausgangsstufen in einem Standby- bzw. Bereitschafts-Modus zu halten zur Beschleunigung der Aktivierung der jeweiligen Stufe. Die erste Ausgangsstufe kann als aktiviert betrachtet werden, wenn der Strom, der durch die erste Ausgangsstufe an dem Ausgangsknoten geliefert wird, einen vorgegebenen ersten Erhaltungsstrom übersteigt. Wenn der Strom, der an dem Ausgang der ersten Ausgangsstufe geliefert wird, an oder unter dem ersten Erhaltungsstrom ist, dann kann die erste Ausgangsstufe als in einem Standby-Modus befindlich betrachtet werden. Auf ähnliche Weise kann die zweite Ausgangsstufe als aktiviert betrachtet werden, wenn der Strom, der durch die zweite Ausgangsstufe an dem Ausgangsknoten abgeführt wird, einen vorgegebenen zweiten Erhaltungsstrom übersteigt. Wenn der Strom, der an dem Ausgang der zweiten Ausgangsstufe abgeführt wird, an oder unter dem zweiten Erhaltungsstrom ist, dann kann die zweite Ausgangsstufe als in einem Standby-Modus befindlich betrachtet werden.
Der Spannungsregler kann eine erste Betriebspunkt-Steuerschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Setzen des Spannungspegels des ersten Verstärkungsknoten derart, dass der erste Erhaltungsstrom durch die erste Ausgangsstufe geliefert wird, wenn die zweite Ausgangsstufe aktiviert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Spannungsregler eine zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Setzen des Spannungspegels des zweiten Verstärkungsknotens derart, dass der zweite Erhaltungsstrom von der zweiten Ausgangsstufe abgeführt wird, wenn die erste Ausgangsstufe aktiviert wird. Daher kann der Spannungsregler eine höhere Geschwindigkeit bei der Reaktion auf Last-Transienten zeigen.
Die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung kann eine erste Referenzstromquelle aufweisen, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines ersten Referenzstroms. Weiter kann die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung einen ersten Referenztransistor (zum Beispiel einen N-Typ-MOS-Transistor) aufweisen, der in Serie mit der ersten Referenzstromquelle angeordnet ist. Die erste Referenzstromquelle kann (direkt) mit dem ersten Potential gekoppelt sein, ein Drain des ersten Referenztransistors kann (direkt) mit der ersten Referenzstromquelle gekoppelt sein und eine Source des ersten Referenztransistors kann (direkt) mit dem zweiten Potential gekoppelt sein.
Der erste Referenztransistor kann basierend auf einem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe gesteuert werden. Insbesondere kann ein Spannungspegel an dem Gate des ersten Referenztransistors abhängig sein von dem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe. Der Rückkopplungsstrom kann einem Strom entsprechen, der an dem ersten Steuertransistor der ersten Ausgangsstufe erfasst wird, und/oder einem Strom, der an einem Ausgang des ersten Ausgangsverstärkers der ersten Ausgangsstufe erfasst wird.
Insbesondere kann der Spannungsregler einen ersten Erfassungstransistor (zum Beispiel einen P-Typ-MOS-Transistor) aufweisen. Eine Source des ersten Erfassungstransistors kann mit einer Source des ersten Ausgangstransistors der ersten Ausgangsstufe gekoppelt sein. Ein Gate des ersten Erfassungstransistors kann mit einem Gate des ersten Ausgangstransistors gekoppelt sein. Der Rückkopplungsstrom kann von dem Strom an einem Drain des ersten Erfassungstransistors abgeleitet werden (zum Beispiel unter Verwendung eines Stromspiegels). Insbesondere kann der Rückkopplungsstrom mit dem ersten Referenzstrom verglichen werden, um den Spannungspegel an dem Gate des zweiten Transistors festzulegen.
Der Mittelpunkt zwischen der ersten Referenzstromquelle und dem ersten Referenztransistor kann mit einem Gate des zweiten Transistors gekoppelt sein. Somit kann der zweite Transistor basierend auf dem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe gesteuert werden.
Der Spannungspegel an dem Mittelpunkt zwischen der ersten Referenzstromquelle und dem ersten Referenztransistor kann unter Verwendung des ersten Referenzstroms gesteuert werden. Weiter kann der Zustand des zweiten Transistors verwendet werden, um den Zustand des ersten Steuertransistors der ersten Ausgangsstufe zu steuern, wodurch ein Strom gesteuert wird, der durch die erste Ausgangsstufe geliefert wird. Somit kann der erste Erhaltungsstrom an dem Ausgang der ersten Ausgangsstufe abhängig sein von dem ersten Referenzstrom.
In ähnlicher Weise kann die zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung eine zweite Referenzstromquelle aufweisen, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines zweiten Referenzstroms. Weiter kann die zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung einen zweiten Referenztransistor aufweisen, der in Serie mit der zweiten Referenzstromquelle angeordnet ist. Der zweite Referenztransistor kann basierend auf einem Rückkopplungsstrom durch die zweite Ausgangsstufe gesteuert werden. Dieser Rückkopplungsstrom kann an dem zweiten Steuertransistor der zweiten Ausgangsstufe und/oder an dem zweiten Ausgangstransistor der zweiten Ausgangsstufe erfasst werden.
Ein Mittelpunkt zwischen der zweiten Referenzstromquelle und dem zweiten Referenztransistor kann mit einem Gate eines Klemmtransistors (zum Beispiel ein P-Typ-Transistor) gekoppelt sein, der konfiguriert ist, um den Pegel des zweiten Verstärkungsknotens zu setzen (ähnlich zu dem zweiten Transistor für die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung). Unter Verwendung von ähnlichen Mechanismen wie die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung kann der zweite Erhaltungsstrom abhängig sein von dem zweiten Referenzstrom.
Wie oben angegeben, kann der Spannungsregler eine oder mehrere weitere Verstärkungsstufen aufweisen. Weiter kann der Spannungsregler eine Rückkopplungsschleife zum Regeln der Ausgangsspannung aufweisen. Insbesondere kann der Spannungsregler Spannungserfassungsmittel (zum Beispiel einen Spannungsteiler) aufweisen, die konfiguriert sind zum Vorsehen einer Angabe der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten. Zusätzlich kann der Spannungsregler eine Differenzverstärkungsstufe aufweisen, die konfiguriert ist zum Vorsehen der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten, basierend auf einer Referenzspannung und basierend auf der Angabe der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der Referenzspannung geregelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten eines Spannungsreglers beschrieben. Das Verfahren kann ein Aktivieren oder Deaktivieren einer ersten Ausgangsstufe des Spannungsreglers aufweisen, in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten. Die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten kann von der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten abhängig sein (oder kann von dieser abgeleitet werden). Weiter kann das Verfahren ein Aktivieren oder Deaktivieren einer zweiten Ausgangsstufe aufweisen in Reaktion auf die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten. Die erste Ausgangsstufe und die zweite Ausgangsstufe können in einer sich gegenseitig ausschließenden Weise aktiviert werden. Das Verfahren kann aufweisen ein Liefern von Strom an dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers von einem ersten Potential, durch Aktivieren der ersten Ausgangsstufe, wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten eine Unterspannungssituation an dem Ausgangsknoten angibt. Darüber hinaus kann das Verfahren aufweisen ein Abführen eines Stroms an dem Ausgangsknoten des Spannungsreglers an ein zweites Potential, durch Aktivieren der zweiten Ausgangsstufe, wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten eine Überspannungssituation an dem Ausgangsknoten angibt. Darüber hinaus kann das Verfahren ein Steuern der ersten Ausgangsstufe aufweisen derart, dass ein erster Erhaltungsstrom durch die erste Ausgangsstufe geliefert wird, wenn die zweite Ausgangsstufe aktiviert ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ein Steuern der zweiten Ausgangsstufe aufweisen derart, dass ein zweiter Erhaltungsstrom von der zweiten Ausgangsstufe abgeführt wird, wenn die erste Ausgangsstufe aktiviert ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Verfahren und Systeme, einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele, wie in dem vorliegenden Dokument beschrieben, eigenständig oder in Kombination mit den anderen Verfahren und Systemen verwendet werden können, die in diesem Dokument offenbart werden. Zusätzlich sind die Merkmale, die in dem Kontext eines Systems dargelegt werden, auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, entweder direkt, zum Beispiel über Leitungen, oder auf eine andere Weise verbunden.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei

1a ein beispielhaftes Blockdiagramm eines LDO-Reglers zeigt;
1b das beispielhafte Blockdiagramm eines LDO-Reglers detaillierter zeigt;
2 eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen LDO-Regler zeigt;
3 einen Ausschnitt des LDO-Reglers von 2 zeigt;
4 einen Ausschnitt eines beispielhaften LDO-Reglers zeigt, der Mittel für einen kombinierten AB-Betrieb aufweist;
5 einen Ausschnitt eines beispielhaften Reglers zeigt, der eine Betriebspunkt-Steuerschaltung aufweist;
6 einen Ausschnitt eines beispielhaften Reglers zeigt, der eine Betriebspunkt-Steuerschaltung mit Erfassungstransistoren aufweist;
7 einen Ausschnitt eines beispielhaften Reglers zeigt, der eine Einzelseiten-Betriebspunkt-Steuerschaltung aufweist; und
8 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern der Ausgangsstufe eines Spannungsreglers zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Wie oben bereits erläutert, zeigt 1a ein beispielhaftes Blockdiagramm eines LDO-Reglers 100 mit seinen drei Verstärkungsstufen A1, A2, A3 (Bezugszeichen 101, 102 beziehungsweise 103). 1b zeigt das Blockdiagramm eines LDO-Reglers 120, wobei die Ausgangsverstärkungsstufe A3 (Bezugszeichen 103) detaillierter dargestellt wird. Insbesondere werden der Durchlasstransistor 201 und die Treiberstufe 110 der Ausgangsverstärkungsstufe 103 gezeigt. Typische Parameter eines LDO-Reglers sind eine Versorgungsspannung von 3V, eine Ausgangsspannung von 2V und ein Ausgangsstrom oder Laststrom in einem Bereich von 1 mA bis 100 oder 200 mA. Andere Konfigurationen sind möglich. Die vorliegende Erfindung wird in dem Kontext eines linearen Reglers beschrieben. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung auf Mehrstufenverstärker im Allgemeinen angewendet werden kann.
Es ist wünschenswert, einen Mehrstufenverstärker vorzusehen, wie den Regler 100, 120, der konfiguriert ist zum Erzeugen einer stabilen Ausgangsspannung V_out hinsichtlich Last-Transienten. Der Ausgangskondensator 105 kann verwendet werden zum Stabilisieren der Ausgangsspannung V_out, da in dem Fall einer Last-Transiente ein zusätzlicher Laststrom I_load durch den Ausgangskondensator 105 vorgesehen oder abgeführt werden kann. Weiter können Schemen, wie eine Miller-Kompensation und/oder eine Laststrom-abhängige Kompensation, verwendet werden, um die Ausgangsspannung V_out zu stabilisieren.
2 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung eines LDO-Reglers 200, die eine Miller-Kompensation mit einer Kapazität Cv 231 und eine Laststrom-abhängige Kompensation aufweist, die einen Stromspiegel mit Transistoren 201 (entsprechend dem Durchlasstransistor 201) und 213, einen Kompensationswiderstand 214 und eine Kompensationskapazität C_m 215 aufweist.
Die Schaltungsimplementierung von 2 kann den Blockdiagrammen in den 1a und 1b zugeordnet werden, da ähnliche Komponenten dieselben Bezugszeichen erhalten haben. In der Schaltungsanordnung 200 sind die Differenzverstärkungsstufe 101, die Zwischenverstärkungsstufe 102 und die Ausgangsverstärkungsstufe 103 unter Verwendung von Feldeffekttransistoren (FET - field effect transistors) implementiert, zum Beispiel Metalloxid-Halbleiter-FETs (MOSFETs - metal oxide semiconductor FETs).
Die Differenzverstärkungsstufe 101 weist das Differenzeingangspaar von Transistoren P9 251 und P8 250 und den Stromspiegel N9 253 und N10 252 auf. Der Eingang des Differenzpaares ist zum Beispiel eine 1,2 V Referenzspannung 108 bei P8 und die Rückkopplung 107 bei P9, die von dem Widerstandsteiler 104 abgeleitet ist (zum Beispiel mit R0 = 0,8MΩ und R1 = 1,2MΩ).
Die Zwischenverstärkungsstufe 102 weist einen Transistor N37 260 auf (hier als ein Eingangstransistor bezeichnet), wobei das Gate des Transistors N37 260 mit dem Stufenausgangsknoten 255 der Differenzverstärkungsstufe 101 gekoppelt ist (auch als ein Eingangsknoten der Zwischenverstärkungsstufe 102 bezeichnet). Der Transistor P158 261 wirkt als eine Stromquelle für die Zwischenverstärkungsstufe 102, ähnlich zu dem Transistor P29 254, der als eine Stromquelle für die Differenzverstärkungsstufe 101 wirkt.
Die Ausgangsverstärkungsstufe 103 ist mit dem Stufenausgangsknoten 262 der Zwischenverstärkungsstufe 102 gekoppelt und weist eine Durchlassvorrichtung oder einen Durchlasstransistor 201 (auch als ein Ausgangstransistor bezeichnet) und eine Gate-Treiberstufe 110 für die Durchlassvorrichtung 201 auf, wobei die Gate-Treiberstufe einen Transistor 270 (auch als Steuertransistor bezeichnet) und einen Transistor P11271 aufweist, der als eine Diode verbunden ist (auch als Diodetransistor oder Transistordiode bezeichnet). Diese Gate-Treiberstufe hat im Wesentlichen keine Verstärkung, da sie niederohmig durch die Transistordiode P11 271 ist, was einen Widerstand von 1/gm (Ausgangswiderstand der Treiberstufe 110 der Ausgangsverstärkungsstufe 103) zu Signalmasse ergibt. Das Gate des Durchlasstransistors 201 wird in 2 mit dem Bezugszeichen 273 identifiziert.
In dem vorliegenden Dokument werden Mittel zum Stabilisieren der Ausgangsspannung eines Mehrstufenverstärkers, wie der Regler 200, beschrieben. Diese Mittel können in Verbindung mit anderen Stabilisierungsmitteln verwendet werden, wie einem Ausgangskondensator 105, einer Miller-Kompensation 231 und/oder einer Laststrom-abhängigen Kompensation 213, 214, 215. Die beschriebenen Stabilisierungsmittel sind konfiguriert, um die Stabilität der Mehrstufenverstärkers 200 hinsichtlich Last-Transienten zu erhöhen, und gleichzeitig eine schnelle Konvergenz des Mehrstufenverstärkers 200 hinsichtlich derartiger Last-Transienten zu ermöglichen. Weiter ermöglichen die beschriebenen Stabilisierungsmittel die Implementierung eines energieeffizienten Mehrstufenverstärkers 200.
Insbesondere ermöglichen die beschriebenen Mittel einen kombinierten AB-Betrieb des Mehrstufenverstärkers 200, d.h. die beschriebenen Mittel sehen einen Mehrstufenverstärker 200 vor, der konfiguriert ist, auf eine stabile Weise für positive Last-Transienten (wenn die Last 106 zunimmt) und für negative Last-Transienten (wenn die Last 106 abnimmt) zu arbeiten. Insbesondere wird eine Ausgangsstufe eines Mehrstufenverstärkers 200 beschrieben, der konfiguriert ist, um schnell Strom zu liefern (für eine positive Last-Transiente) und schnell Strom abzuführen (für eine negative Last-Transiente).
Der Mehrstufenverstärker 200 kann eine Push-Pull-Ausgangsstufe aufweisen, die in einem sogenannten AB- oder B-Betrieb arbeitet. Die Push-Pull-Ausgangsstufe kann eine lineare (Klasse-AB) oder leicht nichtlineare (Klasse B) Ausgangsübertragungsfunktion vorsehen und kann eine Ansteuerfähigkeit für variierende Lasten 106 und/oder Eingangs- oder Referenzsignale 108 vorsehen.
Die Verwendung einer Push-Pull-Ausgangsstufe (die eine erste Ausgangsstufe, die mit der Versorgungsspannung gekoppelt ist, und eine zweite Ausgangsstufe aufweist, die mit Masse gekoppelt ist) in Verbindung mit einem Mehrstufenverstärker 200, wie einem LDO, kann schwierig sein aufgrund von relativ großen Verstärkungen des Mehrstufenverstärkers 200 und aufgrund von relativ hohen Stromverhältnissen (~ 100), die durch die Ausgangsstufe vorzusehen sind. In diesem Kontext werden die Zwischenstufe und die Ausgangsstufe eines beispielhaften Mehrstufenverstärkers 200 in 3 dargestellt. Mögliche Fehlanpassungen der Bias-Steuerung werden typischerweise in erhebliche Ströme in dem Ausgangstransistor 201 übersetzt und können daher zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs des Mehrstufenverstärkers 200 führen.
Eine beispielhafte Push-Pull-Ausgangsstufe kann ein zusätzliches Differenzpaar aufweisen, das einen Komparator oder einen Linearverstärker bildet und das eine Senkenvorrichtung parallel zu dem Mehrstufenverstärker 200 ansteuert. Die zusätzliche Senkenvorrichtung kann verwendet werden zum Abführen von Strom von dem Ausgangsknoten 301 des Mehrstufenverstärkers, wenn das Differenzpaar durch eine Überspannungssituation (abhängig von einer negativen Transiente) aktiviert wird. Die Verwendung eines zusätzlichen Differenzpaares kann zu einer höheren Fehlanpassung und zu einer Zunahme einer Totzone zwischen dem A-Betrieb (für positive Last-Transienten) und dem B-Betrieb (für negative Last-Transienten) führen. Weiter neigt die Senke/Quelle-Fähigkeit dazu, asymmetrisch und abhängig von der Ausgangsspannung zu sein.
Alternativ kann eine komplementäre Ausgangsstufe verwendet werden. 4 zeigt die Zwischenstufe und die Push-Pull-Ausgangsstufe eines Mehrstufenverstärkers 200. Der Mehrstufenverstärker 200 umfasst eine erste Ausgangsstufe 270, 271, 201, die konfiguriert ist zum Liefern von Strom an den Ausgangsknoten 301. Weiter umfasst der Mehrstufenverstärker 200 eine zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412, die konfiguriert ist zum Abführen von Strom an dem Ausgangsknoten 301. Die erste Ausgangsstufe und die zweite Ausgangsstufe können parallel zueinander angeordnet sein. Die zweite Ausgangsstufe kann auf komplementäre Weise in Bezug auf die erste Ausgangsstufe ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste Ausgangsstufe einen Stromspiegel mit PMOS-Transistoren aufweisen und die zweite Ausgangsstufe kann einen Stromspiegel mit NMOS-Transistoren aufweisen.
Die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 wird unter Verwendung einer ersten Zwischenstufe 260, 261 (die auch als eine erste Zwischenverstärkungsstufe oder als eine erste Verstärkungsstufe bezeichnet wird) gesteuert, und die zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412 wird unter Verwendung einer zweiten Zwischenstufe 400, 401 (die auch als eine zweite Zwischenverstärkungsstufe oder als eine zweite Verstärkungsstufe bezeichnet wird) gesteuert. Die erste Zwischenstufe und die zweite Zwischenstufe können verschiedene Betriebspunkte haben. Die verschiedenen Betriebspunkte stellen typischerweise sicher, dass die erste Ausgangsstufe und die zweite Ausgangsstufe nicht gleichzeitig arbeiten.
Auf beispielhafte Weise kann eine zweite Stromquelle 401 der zweiten Zwischenstufe einen zweiten Strom vorsehen, der von einem ersten Strom verschieden ist, der von der ersten Stromquelle 261 der ersten Zwischenstufe vorgesehen wird. Als Ergebnis dessen kann der erste Mittelpunkt 262 (zwischen der ersten Stromquelle 401 und dem ersten Eingangstransistor 400) der ersten Zwischenstufe verschieden von dem zweiten Mittelpunkt 402 (zwischen der zweiten Stromquelle 261 und dem zweiten Eingangstransistor 260) der zweiten Zwischenstufe betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich können der erste Eingangstransistor 400 und der zweite Eingangstransistor 260 unterschiedliche Größen haben.
Abhängig von einer positiven Last-Transiente fällt die Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 301, was eine Unterspannungssituation verursacht. Die Ausgangsspannung wird zurück an den Eingang des Mehrstufenverstärkers 200 geführt und führt zu einem Abfall der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255. Als Folge dessen wird das Gate 262 des ersten Steuertransistors 270 „hoch“ angesteuert, wodurch der Strom durch den ersten Steuertransistor 270 (auch als der erste Steuerstrom bezeichnet) erhöht wird. Der höhere Strom wird an die erste Durchlassvorrichtung 201 (auch als erster Ausgangstransistor bezeichnet) unter Verwendung des ersten Stromspiegels 271, 201 der ersten Ausgangsstufe gespiegelt. Daher liefert die erste Ausgangsstufe Strom an den Ausgangsknoten 301 in einer Unterspannungssituation.
Gleichzeitig wird der zweite Mittelpunkt 402 (d.h. das Gate des zweiten Steuertransistors 410) „hoch“ angesteuert, wodurch der zweite Steuertransistor 410 geschlossen wird, so dass kein Strom (auch als zweiter Steuerstrom bezeichnet) durch den zweiten Ausgangstransistor 412 der zweiten Ausgangsstufe fließt. Somit führt die zweite Ausgangsstufe während einer Unterspannungssituation keinen Strom ab.
Abhängig von einer negativen Last-Transiente nimmt die Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 301 zu, wodurch eine Überspannungssituation verursacht wird. Die Ausgangsspannung wird zurück an den Eingang des Mehrstufenverstärkers 200 geführt und führt zu einer Zunahme der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255. Als Ergebnis dessen wird das Gate 402 des zweiten Steuertransistors 410 „niedrig“ angesteuert, wodurch der Strom durch den zweiten Steuertransistor 410 erhöht wird. Der höhere Strom wird an den zweiten Ausgangstransistor 412 unter Verwendung des zweiten Stromspiegels 411, 412 der zweiten Ausgangsstufe gespiegelt. Somit führt die zweite Ausgangsstufe Strom in einer Überspannungssituation ab.
Weiter wird der erste Mittelpunkt 262 (d.h. das Gate des ersten Steuertransistors 270) „niedrig“ angesteuert, wodurch der erste Steuertransistor 270 geschlossen wird, so dass kein Strom durch den ersten Ausgangstransistor 201 der ersten Ausgangsstufe fließt. Somit liefert die erste Ausgangsstufe während einer Überspannungssituation keinen Strom.
In anderen Worten, anstelle eines Hinzufügens einer Klasse-B-Funktionalität zu der Ausgangsstufe wird eine zweite Zwischenstufe zu der ersten Zwischenstufe hinzugefügt. Weiter wird eine zweite (zum Beispiel eine Ndrive) Ausgangsstufe hinzugefügt, um abgehende Ströme (Senkenströme) an dem Ausgangsknoten 301 vorzusehen. Die Transistoren der ersten Ausgangsstufe und der zweiten Ausgangsstufe können mit derselben Versorgungsspannung 302 (auch allgemeiner als ein hohes Potential bezeichnet) und demselben Massepotential 303 (auch allgemeiner als niedriges Potential bezeichnet, wobei das niedrige Potential niedriger ist als das hohe Potential) gekoppelt werden. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Transistoren der ersten Ausgangsstufe und der zweiten Ausgangsstufe mit verschiedenen Versorgungsspannungen (d.h. mit unterschiedlichen hohen Potentialen) gekoppelt oder verbunden werden können.
Ein robuster Betrieb kann durch Setzen von verschiedenen Betriebspunkten für die erste Ausgangsstufe und für die zweite Ausgangsstufe sichergestellt werden. Zu diesem Zweck kann der zweite Eingangstransistor 400 kleiner gestaltet werden als der erste Eingangstransistor 260. Der Betrieb der ersten Ausgangsstufe kann als „normaler“ (Quellenmodus) Betrieb betrachtet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Stromverhältnis des ersten Stroms, der durch die erste Stromquelle 261 vorgesehen wird, und des zweiten Stroms, der durch die zweite Stromquelle 401 vorgesehen wird, verändert werden. Im Normalbetrieb (in einer Unterspannungssituation) kann das Gate 262 des ersten Steuertransistors 270 in dem Bereich von ~0,5 V sein und der Strom durch den ersten Eingangstransistor 260 kann gleich dem ersten Strom sein.
Wenn der Ausgangsknoten 301 auf Überspannung ist, wird der Eingangsknoten 255 durch vorhergehende Verstärkungsstufen des Mehrstufenverstärkers 200 hoch gezogen, um das Vorsehen von Strom von dem ersten Ausgangstransistor 201 zu stoppen. Zu diesem Zweck wird das Gate 262 des ersten Steuertransistors 270 in Richtung Null gezogen. Wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255 ausreichend hoch ist, um das - zuvor deaktivierte - Gate 402 des zweiten Steuertransistors 410 nach unten zu ziehen, wird ein Strom durch den Diodetransistor 411 des zweiten Stromspiegels aktiviert. Als Folge davon wird ein Senkenstrom durch den zweiten Ausgangstransistor 412 aktiviert.
Die geeignete Gestaltung der Eingangstransistoren 260, 400 und der Stromquellen 261, 401 stellt sicher, dass zu jedem Zeitpunkt nur eine der zwei Ausgangsstufen aktiviert ist. Dieser Betriebsmodus kann als ein Klasse-B-Betriebsmodus bezeichnet werden, der eine gewisse Totzone zeigt, bei der beide Ausgangsstufen ausgeschaltet sind. Die Breite der Totzone kann durch vorhergehende Verstärkungsstufen des Mehrstufenverstärkers 200 (die in 4 nicht gezeigt werden) wesentlich reduziert werden, die die Spannungsrückkopplung 107 steuern.
Das Vorsehen einer Totzone kann zu einer reduzierten Reaktionsgeschwindigkeit des Mehrstufenverstärkers oder Reglers 200 führen. Im Hinblick darauf wird hier eine Schaltung beschrieben, die ermöglicht, dass einer oder mehrere der Transistoren des Reglers 200 selektiv aktiv oder im Standby-Modus gehalten wird/werden, auch wenn der eine oder mehrere Transistoren durch die Regelung auszuschalten sind, um eine schnelle Reaktion zu ermöglichen. Weiter wird eine komplementäre Ausgangsstufe beschrieben, die auf lineare Weise implementiert wird. Zusätzlich wird eine Steuerschaltung zur Vermeidung eines Überlappungsbetriebs beschrieben.
Insgesamt wird ein LDO-Regler 200 vorgesehen, der in der Lage ist zum Liefern und Abführen von Strom bei einem Beibehalten einer definierten Ausgangsspannung. Weiter können vorgegebene Spannung-Anstiegs- und -Abfall(DVC)-Anforderungen erfüllt werden. Das Lastschrittverhalten der Ausgangsspannung von beispielsweise einem negativen Ausgangsstrom zu einem positiven Ausgangsstrom kann durch Steuern der Betriebspunkte von einem oder mehreren ausgewählten Transistoren des Reglers 200 verbessert werden. Zusätzlich können Leckströme durch eine Regelung kompensiert werden. Weiter ist kein Vorwärtsvorhersagestromverbrauch erforderlich.
5 zeigt einen Ausschnitt eines Reglers 200, der eine Schaltung aufweist, die eine Minimumstromsteuerung der ersten Ausgangsstufe und der zweiten Ausgangsstufe vorsieht und die die Zwischenverstärkungsstufe, die den Eingangstransistor 260 aufweist, immer aktiv hält. Als Folge davon kann die Reaktionsgeschwindigkeit auf Last-Transienten erhöht werden.
Die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 kann einen positiven Strom an den Ausgangsknoten 301 in eine Last des Reglers 200 liefern. In einem solchen Fall ist die Zwischenverstärkungsstufe und insbesondere der Eingangstransistor 260 an dem ersten Verstärkungsknoten A aktiv. Der Regler 200 weist eine erste Betriebspunkt-Steuerschaltung 511, 510 und eine zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung 520, 521 auf. Die Betriebspunkt-Steuerschaltungen können konfiguriert sein, um die Betriebspunkte einer Ausgangsstufe zu steuern, wenn die jeweilige andere Ausgangsstufe Strom an den Ausgangsknoten 301 liefert/abführt.
Die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung weist eine erste Referenzstromquelle 510 auf, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines ersten Referenzstroms IminN. In einer Situation, in der die erste Ausgangsstufe Strom an den Ausgangsknoten 301 liefert, zeigt der Transistor 511 einen skalierten Strom, der ausgebildet sein kann, größer zu sein als der erste Referenzstrom IminN. Als Folge davon wird der Klemmtransistor 512 (hier auch als der zweite Transistor bezeichnet) ausgeschaltet und somit ist der zweite Verstärkungsknoten B von dem ersten Verstärkungsknoten A getrennt. In einer solchen Situation ist der zweite Verstärkungsknoten B durch den Klemmtransistor 522 der zweiten Betriebspunkt-Steuerschaltung geklemmt. Der Klemmtransistor 522, der zweite Referenztransistor 521 und die zweite Referenzstromquelle 520, die einen zweiten Referenzstrom IminP vorgesehen hat, können dann den Betriebspunkt des zweiten Verstärkungsknotens B derart definieren, dass es einen definierten Strom (hier als der zweite Erhaltungsstrom bezeichnet) aus der zweiten Ausgangsstufe gibt.
Die Last des Reglers 200 kann negativ werden. Als Folge davon wird der Strom in der ersten Ausgangsstufe reduziert und der Strom in der zweiten Ausgangsstufe wird erhöht, um die Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 301 stabil zu halten. Als ein Ergebnis einer negativen Last wird das Gate des Eingangstransistors 260 nach oben gezogen und der Strom durch den Eingangstransistor 260 nimmt zu. Folglich wird der erste Verstärkungsknoten A zu Masse gezogen. Wenn der Strom durch den ersten Referenztransistor 511 unter den ersten Referenzstrom IminN fällt, wird das Gate des zweiten Transistors 512 nach oben gezogen, bis die Schleife mit den Transistoren 511, 512 geschlossen ist. Als Ergebnis davon wird der Strom durch den ersten Steuertransistor 270 der ersten Ausgangsstufe Nicht-Null gehalten, wodurch ein Strom (hier als der erste Erhaltungsstrom bezeichnet) durch die erste Ausgangsstufe gehalten wird.
Somit wird der erste Verstärkungsknoten A geklemmt und der zweite Verstärkungsknoten B wird aktiv und wird durch den Eingangstransistor 260 nach unten gezogen. Als Ergebnis davon wird der Strom des zweiten Referenztransistors 521 erhöht und der Klemmtransistor 522 wird ausgeschaltet und ein Strom, der größer ist als der zweite Erhaltungsstrom, wird durch die zweite Ausgangsstufe erzeugt.
Es sollte angemerkt werden, dass der erste Verstärkungsknoten A einen vollen Versorgungs-Swing (d.h. der Bereich von der Versorgungsspannung 302 zu Masse 303, minus der Schwellenspannung des Eingangstransistors 260) hat, um einen Ausgangsstrom an dem Ausgangsknoten 301 zu erzeugen, während ein zweiter Erhaltungsstrom in dem zweiten Ausgangstransistor 412 der zweiten Ausgangsstufe beibehalten wird. Andererseits hat der zweite Verstärkungsknoten B einen begrenzten Swing (d.h. der Bereich von der Versorgungsspannung 302 zu Masse 303, minus der Schwellenspannung des Eingangstransistors 260 und minus der Schwellenspannung des zweiten Transistors 512), während der erste Ausgangstransistor 201 der ersten Ausgangsstufe in Leitung (bei dem ersten Erhaltungsstrom) gehalten wird. Jedoch kann der zweite Verstärkungsknoten B niedriger gezogen werden durch Nullsetzen des Stroms in dem ersten Ausgangstransistor 201 der ersten Ausgangsstufe. Somit ermöglichen die vorgeschlagenen Betriebspunkt-Steuerschaltungen im Wesentlichen vollständige Versorgungs-Swings.
Die Ausgangsstufen können nichtlineare und/oder gepufferte Stromspiegel aufweisen (wie durch die nicht-linearen Spannungs/Strom-Diagramme 602, 611 von 6 gezeigt). Insbesondere kann der Stromspiegel 271, 201 der ersten Ausgangsstufe und/oder der Stromspiegel 411, 412 der zweiten Ausgangsstufe nichtlinear und/oder gepuffert sein. In einem solchen Fall können die Betriebspunkt-Steuerschaltungen modifiziert werden, um einen skalierten Ausgangsstrom der ersten und/oder der zweiten Ausgangsstufe zu erfassen (anstatt den Treiberstrom durch die Steuertransistoren 270, 410 der ersten und/oder der zweiten Ausgangsstufe zu erfassen).
6 zeigt einen Ausschnitt eines Reglers 200 mit ersten und zweiten Betriebspunkt-Steuerschaltungen, die konfiguriert sind zum Erfassen der Ausgangsströme der ersten beziehungsweise der zweiten Ausgangsstufe. Insbesondere weist die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung einen ersten Erfassungstransistor 601 auf, der konfiguriert ist zum Erfassen des ersten Ausgangsstroms durch den ersten Ausgangstransistor 201 der ersten Ausgangsstufe. Dieser Strom wird an den ersten Referenztransistor 511 unter Verwendung des Transistors 603 gespiegelt, der in Serie mit dem ersten Erfassungstransistor 601 angeordnet ist, und der einen Stromspiegel in Verbindung mit dem ersten Referenztransistor 511 bildet. Auf ähnliche Weise weist die zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung einen zweiten Erfassungstransistor 612 auf, der konfiguriert ist zum Erfassen des zweiten Ausgangsstroms des zweiten Ausgangstransistors 412 der zweiten Ausgangsstufe. Dieser Strom wird an den zweiten Referenztransistor 521 unter Verwendung des Transistors 613 gespiegelt, der in Serie mit dem zweiten Erfassungstransistor 612 angeordnet ist. Somit werden die skalierten Ausgangsströme an die ersten und zweiten Referenzströme IminN beziehungsweise IminP gespiegelt.
7 zeigt einen Ausschnitt eines LDO-Reglers 200 mit einem relativ großen ersten Ausgangstransistor 201 für die erste Ausgangsstufe. Der Regler weist eine erste Betriebspunkt-Steuerschaltung auf zum Setzen eines ersten Erhaltungsstroms durch den ersten Ausgangstransistor 201, in dem Fall einer aktiven zweiten Ausgangsstufe, d.h. in dem Fall eines PMOS-Lecks oder bei einem Abführen von Ausgangsströmen, die größer sind als ein Stromverbrauch. Die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung hält die Transistoren 260 und 270 aktiviert, um die erste Ausgangsstufe in einem Standby-Modus zu halten. Als Folge davon wird die Schrittreaktion der Ausgangsspannung während eines Transiente-Last-Schritts von einem Abführen-Modus zu einem Liefern-Modus verbessert.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 800 zum Stabilisieren einer Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten 301 eines Spannungsreglers 200. Das Verfahren 800 umfasst ein Aktivieren oder Deaktivieren 801 einer ersten Ausgangsstufe 270, 271, 201 in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten 255. Zu diesem Zweck kann eine Verstärkungsstufe 260, 261 verwendet werden, um den Spannungspegel an einem ersten Verstärkungsknoten A zu steuern. Die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 kann basierend auf dem Spannungspegel an dem ersten Verstärkungsknoten A aktiviert oder deaktiviert werden. Typischerweise wird die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 als aktiviert betrachtet, wenn der Strom, der an dem Ausgangsknoten 301 geliefert wird, größer ist als ein erster Erhaltungsstrom (der verwendet werden kann, um die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 in einem Standby-Modus zu halten, der eine schnelle erneute Aktivierung der ersten Ausgangsstufe 270, 271, 201 ermöglicht). Die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255 des Spannungsreglers 200 ist typischerweise abhängig von der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten 301.
Das Verfahren 800 weist weiter auf ein Aktivieren oder Deaktivieren 802 einer zweiten Ausgangsstufe 410, 411, 412 in Reaktion auf die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255. Zu diesem Zweck kann die Verstärkungsstufe 260, 261 verwendet werden, um den Spannungspegel an einem zweiten Verstärkungsknoten B zu steuern. Die zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412 kann basierend auf dem Spannungspegel an dem zweiten Verstärkungsknoten B aktiviert oder deaktiviert werden. Typischerweise wird die zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412 als aktiviert betrachtet, wenn der Strom, der an dem Ausgangsknoten 301 abgeführt wird, größer ist als ein zweiter Erhaltungsstrom (der verwendet werden kann, um die zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412 in einem Standby-Modus zu halten, der eine schnelle erneute Aktivierung der zweiten Ausgangsstufe 410, 411, 412 ermöglicht).
Das Verfahren 800 weist weiter auf ein Liefern 803 von Strom an dem Ausgangsknoten 301 von einem ersten Potential 302 durch Aktivieren der ersten Ausgangsstufe 270, 271, 201 (und durch Deaktivieren der zweiten Ausgangsstufe 410, 411, 412), wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255 eine Unterspannungssituation an dem Ausgangsknoten 301 angibt. Weiter weist das Verfahren 800 auf ein Senken bzw. Abführen 804 von Strom an dem Ausgangsknoten 301 an ein zweites Potential 303 durch Aktivieren der zweiten Ausgangsstufe 410, 411, 412 (und durch Deaktivieren der ersten Ausgangsstufe 270, 271, 201), wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten 255 eine Überspannungssituation an dem Ausgangsknoten 301 angibt).
Zusätzlich kann das Verfahren 800 ein Steuern 805 der ersten Ausgangsstufe 270, 271, 201aufweisen derart, dass der erste Erhaltungsstrom durch die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 geliefert wird, wenn die zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412 aktiviert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren 800 ein Steuern 806 der zweiten Ausgangsstufe 410, 411, 412 aufweisen derart, dass ein zweiter Erhaltungsstrom durch die zweite Ausgangsstufe 410, 411, 412 abgeführt wird, wenn die erste Ausgangsstufe 270, 271, 201 aktiviert wird.
In dem vorliegenden Dokument wurde eine robuste AB-Steuerung und Senke/Quelle-Ausgangsschaltung beschrieben, um schnelle transiente Reaktionen auch bei negativen Lasten zu ermöglichen. Bei der vorgeschlagenen Schaltung sind die Senke- und Quelle-Modi mittels Anpassungs- und/oder Betriebspunktsteuerungs-Mittel getrennt. Die internen Verstärkungsstufen können aktiviert gehalten werden und ihre Betriebspunkte können gesteuert werden, um eine schnelle Reaktion auf Lastschritte sicherstellen. Hauptschleifenstabilitätsmaßnahmen, wie die Verwendung eines Miller-Kondensators, können für beide Betriebsmodi verwendet werden. Die beschriebenen Schaltungen können verwendet werden, um Leckströme von einem relativ größeren PMOS-Ausgangstransistor 201 und/oder von negativen Lastströmen zu kompensieren, mit minimaler Einbuße bei transienter Lastspannungsabweichung.
Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen darstellen. Zusätzlich sind alle in dem vorliegenden Dokument angeführten Beispiele und Ausführungsbeispiele hauptsächlich ausdrücklich nur für Erläuterungszwecke vorgesehen, um den Leser bei einem Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen.

Claims

Ein Spannungsregler (200), der aufweist - eine Verstärkungsstufe (260, 261), die konfiguriert ist zum Steuern eines Spannungspegels eines ersten Verstärkungsknotens (A) und eines zweiten Verstärkungsknotens (B) in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten (255), um eine erste beziehungsweise eine zweite Ausgangsstufe zu aktivieren; wobei der zweite Verstärkungsknoten (B) von dem ersten Verstärkungsknoten (A) verschieden ist; - die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201), die konfiguriert ist zum Liefern von Strom an einem Ausgangsknoten (301) des Spannungsreglers (200) von einem ersten Potential (302), in Abhängigkeit von dem Spannungspegel des ersten Verstärkungsknotens (A); wobei die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aktiviert wird, wenn der Strom, der an dem Ausgangsknoten (301) geliefert wird, einen vorgegebenen ersten Erhaltungsstrom übersteigt; - die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412), die konfiguriert ist zum Abführen von Strom an dem Ausgangsknoten (301) an ein zweites Potential (303), in Abhängigkeit von dem Spannungspegel des zweiten Verstärkungsknotens (B); wobei das erste Potential (302) von dem zweiten Potential (303) verschieden ist; wobei die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aktiviert wird, wenn der Strom, der an dem Ausgangsknoten (301) abgeführt wird, einen vorgegebenen zweiten Erhaltungsstrom übersteigt; und - eine erste Betriebspunkt-Steuerschaltung (510, 511), die konfiguriert ist zum Setzen des Spannungspegels des ersten Verstärkungsknotens (A) derart, dass der erste Erhaltungsstrom durch die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) geliefert wird, wenn die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aktiviert wird; und/oder - eine zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung (520, 521), die konfiguriert ist zum Setzen des Spannungspegels des zweiten Verstärkungsknotens (B) derart, dass der zweite Erhaltungsstrom durch die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) abgeführt wird, wenn die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aktiviert wird; wobei - die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aufweist - einen ersten Steuertransistor (270) mit einem Gate (262), das mit dem ersten Verstärkungsknoten (A) gekoppelt ist, und konfiguriert ist zum Variieren eines ersten Steuerstroms durch den ersten Steuertransistor (270), abhängig von einem Spannungspegel an dem ersten Verstärkungsknoten (A); und - einen ersten Ausgangsverstärker (271, 201), der konfiguriert ist zum Liefern einer verstärkten Version des ersten Steuerstroms an den Ausgangsknoten (301); und/oder - die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aufweist - einen zweiten Steuertransistor (410) mit einem Gate (402), das mit dem zweiten Verstärkungsknoten (B) gekoppelt ist, und konfiguriert ist zum Variieren eines zweiten Steuerstroms durch den zweiten Steuertransistor (410), abhängig von einem Spannungspegel an dem zweiten Verstärkungsknoten (B); und - einen zweiten Ausgangsverstärker (411, 412), der konfiguriert ist zum Abführen einer verstärkten Version des zweiten Steuerstroms an dem Ausgangsknoten (301); wobei - der erste Ausgangsverstärker (271, 201) einen ersten Stromspiegel mit einem ersten Diodetransistor (271) und einem ersten Ausgangstransistor (201) aufweist; - der erste Diodetransistor (271) in Serie mit dem ersten Steuertransistor (270) angeordnet ist derart, dass der erste Diodetransistor (271) durch den ersten Steuerstrom durchflossen wird; - ein Drain des ersten Ausgangstransistors (201) mit dem Ausgangsknoten (301) gekoppelt ist; - der erste Ausgangstransistor (201) durch die verstärkte Version des ersten Steuerstroms durchflossen wird, der an dem Ausgangsknoten (301) geliefert wird; - der zweite Ausgangsverstärker (411, 412) einen zweiten Stromspiegel mit einem zweiten Diodetransistor (411) und einen zweiten Ausgangstransistor (412) aufweist; - der zweite Diodetransistor (411) in Serie mit dem zweiten Steuertransistor (410) angeordnet ist derart, dass der zweite Diodetransistor (411) durch den zweiten Steuerstrom durchflossen wird; - ein Drain des zweiten Ausgangstransistors (412) mit dem Ausgangsknoten (301) gekoppelt ist; und - der zweite Ausgangstransistor (412) durch die verstärkte Version des zweiten Steuerstroms durchflossen wird, der an dem Ausgangsknoten (301) abgeführt wird.
Der Spannungsregler (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Verstärkungsstufe (260, 261) konfiguriert ist zum Aktivieren der ersten Ausgangsstufe (270, 271, 201) und der zweiten Ausgangsstufe (410, 411, 412) auf eine sich gegenseitig ausschließende Weise.
Der Spannungsregler (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei - der erste Ausgangstransistor (201) und der zweite Ausgangstransistor (412) in Serie angeordnet sind; - der Ausgangsknoten (301) einem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor (201) und dem zweiten Ausgangstransistor (412) entspricht; - eine Source bzw. Quelle des ersten Ausgangstransistors (201) mit dem ersten Potential (302) gekoppelt ist; - eine Quelle des zweiten Ausgangstransistors (412) mit dem zweiten Potential (303) gekoppelt ist; - eine Quelle des ersten Diodetransistors (271) mit dem ersten Potential (302) gekoppelt ist; - eine Quelle des ersten Steuertransistors (270) mit dem zweiten Potential (303) gekoppelt ist; - eine Quelle des zweiten Diodetransistors (411) mit dem zweiten Potential (303) gekoppelt ist; und - eine Quelle des zweiten Steuertransistors (410) mit dem ersten Potential (302) gekoppelt ist.
Der Spannungsregler (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - der erste Steuertransistor (270) einen N-Typ-Metalloxid-Halbleiter-, als MOS (metal-oxide semiconductor) bezeichnet, -Transistor aufweist; - der erste Ausgangsverstärker (271, 201) P-Typ-MOS-Transistoren aufweist; - der zweite Steuertransistor (410) einen P-Typ-MOS-Transistor aufweist; und - der zweite Ausgangsverstärker (411, 412) N-Typ-MOS-Transistoren aufweist.
Der Spannungsregler (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - die Verstärkungsstufe (260, 261) eine erste Verstärkungsstufe-Stromquelle (261) aufweist, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines ersten Verstärkungsstufe-Stroms; - die Verstärkungsstufe (260, 261) einen Eingangstransistor (260) aufweist, der in Serie mit der ersten Stromquelle (261) angeordnet ist; wobei ein Gate des Eingangstransistors (260) mit dem Eingangsknoten (255) gekoppelt ist; - die Verstärkungsstufe (260, 261) konfiguriert ist zum Steuern eines Spannungspegels an einem Mittelpunkt (262) zwischen der ersten Verstärkungsstufe-Stromquelle (261) und dem Eingangstransistor (260), abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten (255); und - der Mittelpunkt (262) zwischen der ersten Verstärkungsstufe-Stromquelle (261) und dem Eingangstransistor (260) dem ersten Verstärkungsknoten (A) entspricht.
Der Spannungsregler (200) gemäß Anspruch 5, wobei - die Verstärkungsstufe (260, 261) eine zweite Verstärkungsstufe-Stromquelle (401) aufweist, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines zweiten Verstärkungsstufe-Stroms; - die Verstärkungsstufe (260, 261) einen zweiten Transistor (512) aufweist, der in Serie mit der zweiten Verstärkungsstufe-Stromquelle (401) angeordnet ist; wobei der zweite Transistor (512) basierend auf einem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) gesteuert wird; und - ein Mittelpunkt zwischen der zweiten Stromquelle (401) und dem zweiten Transistor (512) dem zweiten Verstärkungsknoten (B) entspricht.
Der Spannungsregler (200) gemäß Anspruch 6, wobei - die erste Verstärkungsstufe-Stromquelle (261) und die zweite Verstärkungsstufe-Stromquelle (401) mit dem ersten Potential (302) gekoppelt sind; - der Eingangstransistor (260) einen N-Typ-MOS-Transistor aufweist; - eine Quelle des Eingangstransistors (260) mit dem zweiten Potential (303) gekoppelt ist; - ein Drain des Eingangstransistors (260) mit dem ersten Verstärkungsknoten (A) gekoppelt ist; - der zweite Transistor (512) einen N-Typ-MOS-Transistor aufweist; - eine Quelle des zweiten Transistors (512) mit dem ersten Verstärkungsknoten (A) gekoppelt ist; und - ein Drain des zweiten Transistors (512) mit dem zweiten Verstärkungsknoten (B) gekoppelt ist.
Der Spannungsregler (200) gemäß Anspruch 7, wobei der zweite Transistor (512) gesteuert wird basierend auf - einem Strom, der an dem ersten Steuertransistor (270) erfasst wird; und/oder - einem Strom, der an einem Ausgang des ersten Ausgangsverstärkers (271, 201) erfasst wird.
Der Spannungsregler (200) gemäß Anspruch 8, wobei - der Spannungsregler (200) einen ersten Erfassungstransistor (601) aufweist; - eine Quelle des ersten Erfassungstransistors (601) mit einer Quelle des ersten Ausgangstransistors (201) gekoppelt ist; - ein Gate des ersten Erfassungstransistors (601) mit einem Gate des ersten Ausgangstransistors (201) gekoppelt ist; - ein Strom an einem Drain des ersten Erfassungstransistors (601) verwendet wird, um den zweiten Transistor (512) zu steuern.
Der Spannungsregler (200) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei - die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung (510, 511) eine erste Referenzstromquelle (510) aufweist, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines ersten Referenzstroms; - die erste Betriebspunkt-Steuerschaltung (510, 511) einen ersten Referenztransistor (511) aufweist, der in Serie mit der ersten Referenzstromquelle (510) angeordnet ist; - der erste Referenztransistor (511) basierend auf dem Rückkopplungsstrom durch die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) gesteuert wird; und - ein Mittelpunkt zwischen der ersten Referenzstromquelle (510) und dem ersten Referenztransistor (511) mit einem Gate des zweiten Transistors (512) gekoppelt ist.
Der Spannungsregler (200) gemäß Anspruch 10, wobei der erste Erhaltungsstrom abhängig von dem ersten Referenzstrom ist.
Der Spannungsregler (200) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei - die zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung (520, 521) eine zweite Referenzstromquelle (520) aufweist, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines zweiten Referenzstroms; - die zweite Betriebspunkt-Steuerschaltung (520, 521) einen zweiten Referenztransistor (521) aufweist, der in Serie mit der zweiten Referenzstromquelle (520) angeordnet ist; - der zweite Referenztransistor (521) basierend auf einem Rückkopplungsstrom durch die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) gesteuert wird; - ein Mittelpunkt zwischen der zweiten Referenzstromquelle (520) und dem zweiten Referenztransistor (521) mit einem Gate eines Klemmtransistors (522) gekoppelt ist, der konfiguriert ist zum Setzen des Pegels des zweiten Verstärkungsknotens (B); und - der zweite Erhaltungsstrom abhängig von dem zweiten Referenzstrom ist.
Ein Verfahren (800) zum Stabilisieren einer Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten (301) eines Spannungsreglers (200), wobei das Verfahren (800) aufweist - Aktivieren oder Deaktivieren (801) einer ersten Ausgangsstufe (270, 271, 201) in Reaktion auf eine Eingangsspannung an einem Eingangsknoten (255) unter Verwendung einer Verstärkungsstufe (260, 261); wobei die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten (255) abhängig ist von der Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten (301); - Aktivieren oder Deaktivieren (802) einer zweiten Ausgangsstufe (410, 411, 412) in Reaktion auf die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten (255) unter Verwendung der Verstärkungsstufe (260, 261); - Liefern (803) von Strom an dem Ausgangsknoten (301) von einem ersten Potential (302) durch Aktivieren der ersten Ausgangsstufe (270, 271, 201), wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten (255) eine Unterspannungssituation an dem Ausgangsknoten (301) angibt; - Abführen (804) von Strom an dem Ausgangsknoten (301) an ein zweites Potential (303) durch Aktivieren der zweiten Ausgangsstufe (410, 411, 412), wenn die Eingangsspannung an dem Eingangsknoten (255) eine Überspannungssituation an dem Ausgangsknoten (301) angibt; und - Steuern (805) der ersten Ausgangsstufe (270, 271, 201) derart, dass ein erster Erhaltungsstrom durch die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) geliefert wird, wenn die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aktiviert wird; und/oder - Steuern (806) der zweiten Ausgangsstufe (410, 411, 412) derart, dass ein zweiter Erhaltungsstrom durch die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) abgeführt wird, wenn die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aktiviert wird; wobei - die erste Ausgangsstufe (270, 271, 201) aufweist - einen ersten Steuertransistor (270) mit einem Gate (262), das mit dem ersten Verstärkungsknoten (A) gekoppelt ist, und konfiguriert ist zum Variieren eines ersten Steuerstroms durch den ersten Steuertransistor (270), abhängig von einem Spannungspegel an dem ersten Verstärkungsknoten (A); und - einen ersten Ausgangsverstärker (271, 201), der konfiguriert ist zum Liefern einer verstärkten Version des ersten Steuerstroms an den Ausgangsknoten (301); und/oder - die zweite Ausgangsstufe (410, 411, 412) aufweist - einen zweiten Steuertransistor (410) mit einem Gate (402), das mit dem zweiten Verstärkungsknoten (B) gekoppelt ist, und konfiguriert ist zum Variieren eines zweiten Steuerstroms durch den zweiten Steuertransistor (410), abhängig von einem Spannungspegel an dem zweiten Verstärkungsknoten (B); und - einen zweiten Ausgangsverstärker (411, 412), der konfiguriert ist zum Abführen einer verstärkten Version des zweiten Steuerstroms an dem Ausgangsknoten (301); wobei - der erste Ausgangsverstärker (271, 201) einen ersten Stromspiegel mit einem ersten Diodetransistor (271) und einem ersten Ausgangstransistor (201) aufweist; - der erste Diodetransistor (271) in Serie mit dem ersten Steuertransistor (270) angeordnet ist derart, dass der erste Diodetransistor (271) durch den ersten Steuerstrom durchflossen wird; - ein Drain des ersten Ausgangstransistors (201) mit dem Ausgangsknoten (301) gekoppelt ist; - der erste Ausgangstransistor (201) durch die verstärkte Version des ersten Steuerstroms durchflossen wird, der an dem Ausgangsknoten (301) geliefert wird; - der zweite Ausgangsverstärker (411, 412) einen zweiten Stromspiegel mit einem zweiten Diodetransistor (411) und einen zweiten Ausgangstransistor (412) aufweist; - der zweite Diodetransistor (411) in Serie mit dem zweiten Steuertransistor (410) angeordnet ist derart, dass der zweite Diodetransistor (411) durch den zweiten Steuerstrom durchflossen wird; - ein Drain des zweiten Ausgangstransistors (412) mit dem Ausgangsknoten (301) gekoppelt ist; und - der zweite Ausgangstransistor (412) durch die verstärkte Version des zweiten Steuerstroms durchflossen wird, der an dem Ausgangsknoten (301) abgeführt wird.