TWI753548B - 低壓差穩壓器 - Google Patents

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Abstract

一種低壓差穩壓器,包括第一比較器、邊緣觸發器、第二比較器、第三比較器以及輸出級電路。第一比較器依據第一參考訊號及輸出訊號來產生第一比較訊號。邊緣觸發器依據第一比較訊號、第二比較訊號及第三比較訊號來輸出觸發訊號。第二比較器依據輸出訊號及第二參考訊號來產生第二比較訊號。第三比較器依據輸出訊號及第三參考訊號來產生第三比較訊號。輸出級電路依據第一比較訊號、第二比較訊號及第三比較訊號來輸出輸出訊號。輸出級電路包括多個遲滯控制器及多個功率電晶體。各遲滯控制器控制所對應的功率電晶體的導通狀態。

Description

低壓差穩壓器
本發明是有關於一種穩壓器,且特別是有關於一種低壓差穩壓器(Low-dropout regulator,LDO)。
由於動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM)規格不斷演進,輸入電壓越來越低,但操作頻率卻愈來愈快。因此,低壓差穩壓器的反應速度和輸出能力愈趨重要。以目前的規格為例,由於輸入電壓和輸出電壓非常的接近,且驅動電路的尺寸非常大,因此,必須將使用數位式低壓差穩壓器(digital LDO),因為有較快的迴轉率(slew rate),能在較短的時間內提供大電流。
雖然數位式低壓差穩壓器可以快速且完全開啟輸出級,而產生較大的驅動電流。然而,由於數位式低壓差穩壓器產生的切換訊號是全擺幅(full swing),如果其中的功率電晶體頻繁開關,則比較器(comparator)會有較大的功率消耗(power consumption)。反之,若減緩功率電晶體的開關迴轉率,會使得輸出電壓有較大的漣波(ripple)。
本發明提供一種低壓差穩壓器,可減少輸出漣波和節省比較器的功率消耗。
本發明的低壓差穩壓器,包括第一比較器、邊緣觸發器、第二比較器、第三比較器以及輸出級電路。第一比較器依據第一參考訊號及輸出訊號來產生第一比較訊號。邊緣觸發器依據第一比較訊號、第二比較訊號及第三比較訊號來輸出觸發訊號。第二比較器依據輸出訊號及第二參考訊號來產生第二比較訊號。第三比較器依據輸出訊號及第三參考訊號來產生第三比較訊號。輸出級電路依據第一比較訊號、第二比較訊號及第三比較訊號來輸出輸出訊號。輸出級電路包括多個遲滯控制器及多個功率電晶體。各遲滯控制器用以控制所對應的功率電晶體的導通狀態。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
現在將詳細參考本發明的示範實施例,所述示範實施例將配合圖式進行說明。盡可能地在圖式及說明中使用相同的參考標號,且所述相同參考標號代表相同或相似的元件。
本發明實施例針對功率電晶體開關切換的問題,設計了功率電晶體分段控制。利用三個比較器和遲滯控制器(hysteresis controller),讓低壓差穩壓器在不同的負載電流(loading current),都只有一個功率電晶體頻繁地在開關,如此便可減少輸出漣波和節省比較器的功率消耗。
圖1繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器的方塊示意圖。請參考圖1,本發明的低壓差穩壓器100包括第一比較器110、邊緣觸發器120、第二比較器132、第三比較器133及輸出級電路140。邊緣觸發器120耦接在第一比較器110及輸出級電路140之間。第二比較器132及第三比較器133耦接至邊緣觸發器120及輸出級電路140。
第一比較器110用以依據第一參考訊號VREF1及輸出訊號VOUT來產生第一比較訊號LV1,並且輸出第一比較訊號LV1給邊緣觸發器120及輸出級電路140。第二比較器132用以依據輸出訊號VOUT及第二參考訊號VREF2來產生第二比較訊號LV2,並且輸出第二比較訊號LV2給邊緣觸發器120及輸出級電路140。第三比較器133用以依據輸出訊號VOUT及第三參考訊號VREF3來產生第三比較訊號LV3,並且輸出第三比較訊號LV3給邊緣觸發器120及輸出級電路140。
邊緣觸發器120用以依據第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3來輸出觸發訊號TR1給輸出級電路140,以禁能(disable)或致能(enable)輸出級電路140的操作。輸出級電路140用以依據第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3來輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133。
圖2繪示圖1實施例的低壓差穩壓器的電路示意圖。請參考圖2,第一比較器110包括反相輸入端、非反相輸入端及輸出端。反相輸入端接收輸出訊號VOUT,非反相輸入端接收第一參考訊號VREF1,且輸出端輸出第一比較訊號LV1。第二比較器132包括反相輸入端、非反相輸入端及輸出端。反相輸入端接收輸出訊號VOUT,非反相輸入端接收第二參考訊號VREF2,且輸出端輸出第二比較訊號LV2。第三比較器133包括反相輸入端、非反相輸入端及輸出端。反相輸入端接收輸出訊號VOUT,非反相輸入端接收第三參考訊號VREF3,且輸出端輸出第三比較訊號LV3。
在本實施例中,第一參考訊號VREF1、第二參考訊號VREF2及第三參考訊號VREF3可由訊號產生電路(未繪示)來產生。在一實施例中,第二參考訊號VREF2大於第一參考訊號VREF1,第一參考訊號VREF1大於第三參考訊號VREF3。舉例而言,第一參考訊號VREF1例如是參考訊號VREF,第二參考訊號VREF2例如是參考訊號VREF+△V,第三參考訊號VREF3例如是參考訊號VREF-△V。
輸出級電路140包括第一輸出級141、第二輸出級142及第三輸出級143。第一輸出級141耦接至該邊緣觸發器120。第二輸出級142耦接至第一輸出級141。第三輸出級143耦接至第二輸出級142。
第一輸出級141用以接收輸入訊號VIN。第一輸出級141依據觸發訊號TR1輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133。
具體而言,第一輸出級包括141包括第一功率電晶體MN1及迴轉率限制器(slew rate limiter)410。迴轉率限制器410耦接在邊緣觸發器120及第一功率電晶體MN1之間。迴轉率限制器410依據觸發訊號TR1輸出第一切換訊號SW1至第一功率電晶體MN1的控制端來調整第一功率電晶體MN1的迴轉率。第一功率電晶體MN1包括第一端、第二端及控制端。第一端接收輸入訊號VIN,第二端輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133,控制端接收第一切換訊號SW1。
第二輸出級142用以接收輸入訊號VIN。第二輸出級142依據第一比較訊號LV1及第二比較訊號LV2輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133。
具體而言,第二輸出級142包括第二功率電晶體MN2以及第一遲滯控制器(hysteresis controller)411。第一遲滯控制器411耦接至第二功率電晶體MN2。第一遲滯控制器411依據第一比較訊號LV1及第二比較訊號LV2,輸出第二切換訊號SW2至第二功率電晶體MN2的控制端,以控制第二功率電晶體MN2的導通狀態。第二功率電晶體MN2包括第一端、第二端及控制端。第一端接收輸入訊號VIN,第二端輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133,控制端接收第二切換訊號SW2。
第三輸出級143用以接收輸入訊號VIN。第三輸出級143依據第一比較訊號LV1及第三比較訊號LV3輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133。
具體而言,第三輸出級143包括第三功率電晶體MN3以及第二遲滯控制器412。第二遲滯控制器412耦接至第三功率電晶體MN3。第二遲滯控制器412依據第一比較訊號LV1及第三比較訊號LV3,輸出第三切換訊號SW3至第三功率電晶體MN3的控制端,以控制第三功率電晶體MN3的導通狀態。第三功率電晶體MN3包括第一端、第二端及控制端。第一端接收輸入訊號VIN,第二端輸出輸出訊號VOUT給第一比較器110、第二比較器132及第三比較器133,控制端接收第三切換訊號SW3。
在本實施例中,邊緣觸發器120、迴轉率限制器410、第一遲滯控制器411及第二遲滯控制器412的電路結構及其操作方法可由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明。
圖3繪示本發明一實施例的邊緣觸發器及迴轉率限制器操作時,比較訊號、觸發訊號及切換訊號的波型示意圖。請參考圖2及圖3,本實施例的邊緣觸發器120接收第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3。邊緣觸發器120依據第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3來輸出觸發訊號TR1給迴轉率限制器410,以禁能或致能迴轉率限制器410的操作。
舉例而言,當接收到第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3當中的任一個訊號的上升緣時(在此例為邊緣觸發器120先接收到第二比較訊號LV2的上升緣),邊緣觸發器120會輸出高準位(第一準位)的觸發訊號TR1給迴轉率限制器410,以觸發其操作。迴轉率限制器410被致能後可減緩(slow down)第一切換訊號SW1的拉高(pull-high)速度。因此,當接收到第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3當中的任一個訊號的上升緣時,第一功率電晶體MN1會被導通。
當接收到第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3當中的任一個訊號的下降緣時(在此例為邊緣觸發器120先接收到第三比較訊號LV3的下降緣),邊緣觸發器120會輸出低準位(第二準位)的觸發訊號TR1給迴轉率限制器410,以停止其操作。迴轉率限制器410被禁能後第一切換訊號SW1會逐漸被拉低(pull-low)。因此,當接收到第一比較訊號LV1、第二比較訊號LV2及第三比較訊號LV3當中的任一個訊號的下降緣時,第一功率電晶體MN1不導通。
圖4繪示本發明一實施例的第一遲滯控制器操作時,比較訊號及切換訊號的波型示意圖。請參考圖2及圖4,本實施例的第一遲滯控制器411接收第一比較訊號LV1及第二比較訊號LV2。第一遲滯控制器411依據第一比較訊號LV1及第二比較訊號LV2,輸出第二切換訊號SW2至第二功率電晶體MN2的控制端,以控制第二功率電晶體MN2的導通狀態。
舉例而言,當輸出訊號VOUT小於或等於第一參考訊號VREF時,第一比較器110輸出高準位的第一比較訊號LV1。當接收到第一比較訊號LV1的上升緣時,第一遲滯控制器411會輸出高準位的第二切換訊號SW2給第二功率電晶體MN2,以使其導通。當輸出訊號VOUT大於第二參考訊號VREF+△V時,第二比較器132輸出低準位的第二比較訊號LV2。當接收到第二比較訊號LV2的下降緣時,第一遲滯控制器411會輸出低準位的第二切換訊號SW2給第二功率電晶體MN2,以使其不導通。
圖5繪示本發明一實施例的第二遲滯控制器操作時,比較訊號及切換訊號的波型示意圖。請參考圖2及圖5,本實施例的第二遲滯控制器412接收第一比較訊號LV1及第三比較訊號LV3。第二遲滯控制器412依據第一比較訊號LV1及第三比較訊號LV3,輸出第三切換訊號SW3至第三功率電晶體MN3的控制端,以控制第三功率電晶體MN3的導通狀態。
舉例而言,當輸出訊號VOUT小於或等於第三參考訊號VREF-△V時,第三比較器133輸出高準位的第三比較訊號LV3。當接收到第三比較訊號LV3的上升緣時,第二遲滯控制器412會輸出高準位的第三切換訊號SW3給第三功率電晶體MN3,以使其導通。當輸出訊號VOUT大於第一參考訊號VREF時,第一比較器110輸出低準位的第一比較訊號LV1。當接收到第一比較訊號LV1的下降緣時,第二遲滯控制器412會輸出低準位的第三切換訊號SW3給第三功率電晶體MN3,以使其不導通。
底下分別說明本發明實施例的低壓差穩壓器操作在輕載(light loading)、中載(middle loading)及重載(heavy loading)時,其操作方式及輸出訊號的波型變化。
圖6繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器操作在輕載時,比較訊號、切換訊號及輸出訊號的波型示意圖。請參考圖2及圖6,低壓差穩壓器100操作在輕載(即負載電流較小)時,其輸出訊號VOUT主要以第二參考訊號VREF+△V為基準在變化。在本實施例中,第二比較器132比較第二參考訊號VREF+△V及輸出訊號VOUT的大小。當輸出訊號VOUT小於或等於第二參考訊號VREF+△V時,第二比較器132輸出高準位的第二比較訊號LV2。當輸出訊號VOUT大於第二參考訊號VREF+△V時,第二比較器132輸出低準位的第二比較訊號LV2。
邊緣觸發器120依據第二比較訊號LV2的上升緣來輸出高準位的觸發訊號TR1給輸出級電路140,以致能迴轉率限制器410的操作,從而使得第一功率電晶體MN1被導通。接著,邊緣觸發器120依據第二比較訊號LV2的下降緣來輸出低準位的觸發訊號TR1給輸出級電路140,以禁能迴轉率限制器410的操作,從而使得第一功率電晶體MN1不導通。邊緣觸發器120及迴轉率限制器410的操作的可參考圖3。因此,在本實施例中,第一功率電晶體MN1保持在切換狀態,輸出訊號VOUT的漣波(ripple)小。
此外,在本實施例中,第二功率電晶體MN2及第三功率電晶體MN3是保持在不導通狀態。因此,在本實施例中,如果負載電流較小,即輸出訊號VOUT小於或等於第二參考訊號VREF+∆V,此時第一功率電晶體MN1會緩慢開啟和關閉,而第二功率電晶體MN2及第三功率電晶體MN3保持關閉。
圖7繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器操作在中載時,比較訊號、切換訊號及輸出訊號的波型示意圖。請參考圖2及圖7,低壓差穩壓器100操作在中載(即負載電流中等)時,其輸出訊號VOUT主要以第一參考訊號VREF為基準在變化。在本實施例中,第一比較器110比較第一參考訊號VREF及輸出訊號VOUT的大小。當輸出訊號VOUT小於或等於第一參考訊號VREF時,第一比較器110輸出高準位的第一比較訊號LV1。當輸出訊號VOUT大於第一參考訊號VREF時,第一比較器110輸出低準位的第一比較訊號LV1。另一方面,在本實施例中,由於輸出訊號VOUT小於第二參考訊號VREF+△V,因此第二比較器132輸出高準位的第二比較訊號LV2,且第二比較訊號LV2持續處於高準位的狀態。
邊緣觸發器120依據第二比較訊號LV2的上升緣來輸出高準位的觸發訊號TR1給輸出級電路140,以致能迴轉率限制器410的操作,從而使得第一功率電晶體MN1被導通。接著,邊緣觸發器120依據第一比較訊號LV1的下降緣來輸出低準位的觸發訊號TR1給輸出級電路140,以禁能迴轉率限制器410的操作,從而使得第一功率電晶體MN1不導通。邊緣觸發器120及迴轉率限制器410的操作的可參考圖3。因此,在本實施例中,第一功率電晶體MN1保持在切換狀態,輸出訊號VOUT的漣波(ripple)小。
此外,由於第二比較訊號LV2是持續處於高準位的狀態,因此第二功率電晶體MN2保持在導通狀態,其操作可參考圖4。此外,在本實施例中,第三功率電晶體MN3是保持在不導通狀態。因此,在本實施例中,如果負載電流中等,即輸出訊號VOUT小於或等於第一參考訊號VREF,此時第一功率電晶體MN1會緩慢開啟和關閉,第二功率電晶體MN2快速開啟後維持導通狀態,而第三功率電晶體MN3保持關閉。
圖8繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器操作在重載時,比較訊號、切換訊號及輸出訊號的波型示意圖。請參考圖2及圖8,低壓差穩壓器100操作在重載(即負載電流較大)時,其輸出訊號VOUT主要以第三參考訊號VREF-△V為基準在變化。在本實施例中,第三比較器133比較第三參考訊號VREF-△V及輸出訊號VOUT的大小。當輸出訊號VOUT小於或等於第三參考訊號VREF-△V時,第三比較器133輸出高準位的第三比較訊號LV3。當輸出訊號VOUT大於第三參考訊號VREF-△V時,第三比較器133輸出低準位的第三比較訊號LV3。另一方面,在本實施例中,由於輸出訊號VOUT小於第一參考訊號VREF及第二參考訊號VREF+△V,因此第二比較器132輸出高準位的第二比較訊號LV2,第一比較器110輸出高準位的第一比較訊號LV1,且第一比較訊號LV1及第二比較訊號LV2皆持續處於高準位的狀態。
邊緣觸發器120依據第二比較訊號LV2的上升緣來輸出高準位的觸發訊號TR1給輸出級電路140,以致能迴轉率限制器410的操作,從而使得第一功率電晶體MN1被導通。接著,邊緣觸發器120依據第三比較訊號LV3的下降緣來輸出低準位的觸發訊號TR1給輸出級電路140,以禁能迴轉率限制器410的操作,從而使得第一功率電晶體MN1不導通。邊緣觸發器120及迴轉率限制器410的操作的可參考圖3。因此,在本實施例中,第一功率電晶體MN1保持在切換狀態,輸出訊號VOUT的漣波(ripple)小。
此外,由於第二比較訊號LV2及第一比較訊號LV1是持續處於高準位的狀態,因此第二功率電晶體MN2及第三功率電晶體MN3保持在導通狀態,其操作可分別參考圖4及圖5。因此,在本實施例中,如果負載電流較大,即輸出訊號VOUT小於或等於第三參考訊號VREF-△V,此時第一功率電晶體MN1會緩慢開啟和關閉,第二功率電晶體MN2和第三功率電晶體MN3快速開啟後維持導通狀態。
綜上所述,在本發明的實施例中,低壓差穩壓器使用多個比較器搭配多個參考訊號,產生了三種觸發區間,進而使用這些資訊來控制功率電晶體,使得功率電晶體可以分段開啟,並且減少頻繁導通功率電晶體的數量。此外,低壓差穩壓器更包括迴轉率限制器和遲滯控制器,進一步減少功率電晶體的輸出電流的變化率。迴轉率限制器用來控制第一功率電晶體,遲滯控制器用來控制第二功率電晶體及第三功率電晶體。透過本發明實施例的控制方式,無論負載電流大小,都只會頻繁開關第一功率電晶體,因此漣波會比較小,耗電也比較少。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:低壓差穩壓器 110:第一比較器 120:邊緣觸發器 132:第二比較器 133:第三比較器 140:輸出級電路 141、142、143:輸出級 410:迴轉率限制器 411、412:遲滯控制器 LV1、LV2、LV3:比較訊號 MN1、MN2、MN3:功率電晶體 SW1、SW2、SW3:切換訊號 TR1:觸發訊號 VIN:輸入訊號 VOUT:輸出訊號 VREF1、VREF:第一參考訊號 VREF2、VREF+△V:第二參考訊號 VREF3、VREF-△V:第三參考訊號
圖1繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器的方塊示意圖。 圖2繪示圖1實施例的低壓差穩壓器的電路示意圖。 圖3繪示本發明一實施例的邊緣觸發器及迴轉率限制器操作時,比較訊號、觸發訊號及切換訊號的波型示意圖。 圖4繪示本發明一實施例的第一遲滯控制器操作時,比較訊號及切換訊號的波型示意圖。 圖5繪示本發明一實施例的第二遲滯控制器操作時,比較訊號及切換訊號的波型示意圖。 圖6繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器操作在輕載時,比較訊號、切換訊號及輸出訊號的波型示意圖。 圖7繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器操作在中載時,比較訊號、切換訊號及輸出訊號的波型示意圖。 圖8繪示本發明一實施例的低壓差穩壓器操作在重載時,比較訊號、切換訊號及輸出訊號的波型示意圖。
100:低壓差穩壓器
110:第一比較器
120:邊緣觸發器
132:第二比較器
133:第三比較器
140:輸出級電路
LV1、LV2、LV3:比較訊號
TR1:觸發訊號
VOUT:輸出訊號
VREF1:第一參考訊號
VREF2:第二參考訊號
VREF3:第三參考訊號

Claims (12)

  1. 一種低壓差穩壓器,包括: 一第一比較器,用以依據一第一參考訊號及一輸出訊號來產生一第一比較訊號; 一邊緣觸發器,耦接至該第一比較器,用以依據該第一比較訊號、一第二比較訊號及一第三比較訊號來輸出一觸發訊號; 一第二比較器,耦接至該邊緣觸發器,用以依據該輸出訊號及一第二參考訊號來產生該第二比較訊號; 一第三比較器,耦接至該邊緣觸發器,用以依據該輸出訊號及一第三參考訊號來產生該第三比較訊號;以及 一輸出級電路,耦接至該邊緣觸發器、該第二比較器及該第三比較器,用以依據該第一比較訊號、該第二比較訊號及該第三比較訊號來輸出該輸出訊號,其中該輸出級電路包括多個遲滯控制器及多個功率電晶體,且各該遲滯控制器用以控制所對應的該功率電晶體的導通狀態。
  2. 如請求項1所述的低壓差穩壓器,其中該輸出級電路包括: 一第一功率電晶體,包括一第一端、一第二端及一控制端,該第一端接收一輸入訊號,該第二端輸出該輸出訊號給該第一比較器、該第二比較器及該第三比較器,其中該些功率電晶體包括該第一功率電晶體;以及 一迴轉率限制器,耦接在該邊緣觸發器及該第一功率電晶體之間,用以依據該觸發訊號輸出一第一切換訊號至該第一功率電晶體的該控制端來調整該第一功率電晶體的迴轉率。
  3. 如請求項2所述的低壓差穩壓器,其中 當邊緣觸發器接收到該第一比較訊號、該第二比較訊號及該第三比較訊號當中的任一個訊號的上升緣時,邊緣觸發器輸出一第一準位的該觸發訊號,致能該迴轉率限制器的操作,且該迴轉率限制器使該第一功率電晶體導通;以及 當邊緣觸發器接收到該第一比較訊號、該第二比較訊號及該第三比較訊號當中的任一個訊號的下降緣時,邊緣觸發器輸出一第二準位的該觸發訊號,禁能該迴轉率限制器的操作,且該迴轉率限制器使該第一功率電晶體不導通。
  4. 如請求項3所述的低壓差穩壓器,其中 該邊緣觸發器接收該第二比較訊號的上升緣,且該迴轉率限制器被致能以減緩該第一切換訊號的拉高速度;以及 該邊緣觸發器接收該第三比較訊號的下降緣,且該迴轉率限制器被禁能以使該第一切換訊號逐漸被拉低。
  5. 如請求項2所述的低壓差穩壓器,其中該輸出級電路包括一輸出級,該輸出級用以接收該輸入訊號,並且依據該第一比較訊號及該第二比較訊號輸出該輸出訊號。
  6. 如請求項5所述的低壓差穩壓器,其中該輸出級包括: 一第二功率電晶體,包括一第一端、一第二端及一控制端,該第一端接收該輸入訊號,該第二端輸出該輸出訊號給該第一比較器、該第二比較器及該第三比較器,其中該些功率電晶體包括該第二功率電晶體;以及 一第一遲滯控制器,耦接至該第二功率電晶體,用以依據該第一比較訊號及該第二比較訊號,輸出一第二切換訊號至該第二功率電晶體的該控制端,以控制該第二功率電晶體的導通狀態,其中該些遲滯控制器包括該第一遲滯控制器。
  7. 如請求項6所述的低壓差穩壓器,其中 當該第一遲滯控制器接收到該第一比較訊號或該第二比較訊號的上升緣時,該第一遲滯控制器輸出該第一準位的該第二切換訊號,以使該第二功率電晶體導通;以及 當該第一遲滯控制器接收到該第一比較訊號或該第二比較訊號的下降緣時,該第一遲滯控制器輸出該第二準位的該第二切換訊號,以使該第二功率電晶體不導通。
  8. 如請求項7所述的低壓差穩壓器,其中 當該輸出訊號小於或等於該第一參考訊號時,該第一比較器輸出該第一準位的該第一比較訊號,該第一遲滯控制器接收到該第一比較訊號的上升緣時,該第一遲滯控制器輸出該第一準位的該第二切換訊號,以使該第二功率電晶體導通;以及 當該輸出訊號大於該第二參考訊號時,該第二比較器輸出該第二準位的該第二比較訊號,該第一遲滯控制器接收到該該第二比較訊號的下降緣時,該第一遲滯控制器輸出該第二準位的該第二切換訊號,以使該第二功率電晶體不導通,其中第二參考訊號大於第一參考訊號。
  9. 如請求項5所述的低壓差穩壓器,其中該輸出級電路包括另一輸出級,耦接至該輸出級,該另一輸出級用以接收該輸入訊號,並且依據該第一比較訊號及該第三比較訊號輸出該輸出訊號。
  10. 如請求項9所述的低壓差穩壓器,其中該另一輸出級包括: 一第三功率電晶體,包括一第一端、一第二端及一控制端,該第一端接收該輸入訊號,該第二端輸出該輸出訊號給該第一比較器、該第二比較器及該第三比較器,其中該些功率電晶體包括該第三功率電晶體;以及 一第二遲滯控制器,耦接至該第三功率電晶體,用以依據該第一比較訊號及該第三比較訊號,輸出一第三切換訊號至該第三功率電晶體的該控制端,以控制該第三功率電晶體的導通狀態,其中該些遲滯控制器包括該第二遲滯控制器。
  11. 如請求項10所述的低壓差穩壓器,其中 當該第二遲滯控制器接收到該第一比較訊號或該第三比較訊號的上升緣時,該第二遲滯控制器輸出該第一準位的該第三切換訊號,以使該第三功率電晶體導通;以及 當該第二遲滯控制器接收到該第一比較訊號或該第三比較訊號的下降緣時,該第二遲滯控制器輸出該第二準位的該第三切換訊號,以使該第三功率電晶體不導通。
  12. 如請求項11所述的低壓差穩壓器,其中 當該輸出訊號小於或等於該第三參考訊號時,該第三比較器輸出該第一準位的該第三比較訊號,該第二遲滯控制器接收到該第三比較訊號的上升緣時,該第二遲滯控制器輸出該第一準位的該第三切換訊號,以使該第三功率電晶體導通;以及 當該輸出訊號大於該第一參考訊號時,該第一比較器輸出該第二準位的該第一比較訊號,該第二遲滯控制器接收到該第一比較訊號的下降緣時,該第二遲滯控制器輸出該第二準位的該第三切換訊號,以使該第三功率電晶體不導通,其中第一參考訊號大於第三參考訊號。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11656643B2 (en) * 2021-05-12 2023-05-23 Nxp Usa, Inc. Capless low dropout regulation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070164715A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-19 James Zeng Voltage-locked loop
TW201118516A (en) * 2009-07-28 2011-06-01 Skyworks Solutions Inc Process, voltage, and temperature sensor
WO2013085992A2 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 Microchip Technology Incorporated Integrated circuit device with two voltage regulators
EP2897271A2 (en) * 2013-12-31 2015-07-22 Samsung Display Co., Ltd. Power converter system and method of operating thereof
US20200052700A1 (en) * 2017-11-20 2020-02-13 SK Hynix Inc. Skew compensation circuit and semiconductor apparatus including the same
WO2020061786A1 (zh) * 2018-09-26 2020-04-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种低压差线性稳压***

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US932326A (en) 1908-09-11 1909-08-24 Arthur L Richardson Camera.
US6201375B1 (en) 2000-04-28 2001-03-13 Burr-Brown Corporation Overvoltage sensing and correction circuitry and method for low dropout voltage regulator
US7683592B2 (en) * 2006-09-06 2010-03-23 Atmel Corporation Low dropout voltage regulator with switching output current boost circuit
KR101530085B1 (ko) * 2008-12-24 2015-06-18 테세라 어드밴스드 테크놀로지스, 인크. 저 드롭 아웃(ldo) 전압 레귤레이터 및 그의 동작 방법
KR101507405B1 (ko) * 2008-12-30 2015-04-06 주식회사 동부하이텍 전류 모드 직류 직류 컨버터
KR101522531B1 (ko) * 2008-12-30 2015-05-26 주식회사 동부하이텍 히스테리시스 특성을 갖는 비교 장치 및 이를 이용한 전압 레귤레이터
US9069370B2 (en) * 2012-06-29 2015-06-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Digital low drop-out regulator
US9323263B2 (en) * 2012-09-25 2016-04-26 Intel Corporation Low dropout regulator with hysteretic control
US10156597B2 (en) * 2013-04-12 2018-12-18 Texas Instruments Incorporated Method and system for determining power consumption
EP3010131B1 (en) 2014-10-15 2019-09-04 Dialog Semiconductor (UK) Ltd Clocked pulse frequency modulation buck DC-to-DC converter
US9537383B1 (en) * 2015-07-14 2017-01-03 Allegro Microsystems, Llc Switching regulator with controllable dead time and quick start
US10126766B2 (en) * 2016-01-26 2018-11-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Low dropout voltage (LDO) regulator including a dual loop circuit and an application processor and a user device including the same
US10250139B2 (en) 2016-03-31 2019-04-02 Micron Technology, Inc. Apparatuses and methods for a load current control circuit for a source follower voltage regulator
CN107977037B (zh) 2017-11-17 2019-12-31 合肥鑫晟光电科技有限公司 一种低压差稳压器及其控制方法
CN110196611B (zh) 2018-02-27 2021-06-29 联发科技股份有限公司 一种低压差稳压器及其***
CN108415502B (zh) * 2018-03-28 2020-03-31 东南大学 一种无有限周期震荡的数字线性稳压电源及稳压方法
TWI654515B (zh) * 2018-05-16 2019-03-21 華邦電子股份有限公司 數位穩壓器
US10216209B1 (en) * 2018-06-11 2019-02-26 SK Hynix Inc. Digital low drop-out regulator and operation method thereof
US11099591B1 (en) * 2018-09-11 2021-08-24 University Of South Florida Method and apparatus for mitigating performance degradation in digital low-dropout voltage regulators (DLDOs) caused by limit cycle oscillation (LCO) and other factors
SG11202109084UA (en) * 2019-03-29 2021-10-28 Agency Science Tech & Res A digital comparator for a low dropout (ldo) regulator
CN110045774B (zh) * 2019-04-03 2020-06-02 宁波大学 一种快速瞬态响应的数字ldo电路
CN113009956B (zh) * 2019-12-19 2022-05-27 圣邦微电子(北京)股份有限公司 一种低压差线性稳压器及其控制电路
CN111208858B (zh) * 2020-01-15 2021-08-10 西安电子科技大学 一种数字低压差稳压器
CN111555613B (zh) * 2020-04-30 2021-05-11 东南大学 一种快速调节的数字ldo电路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070164715A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-19 James Zeng Voltage-locked loop
TW201118516A (en) * 2009-07-28 2011-06-01 Skyworks Solutions Inc Process, voltage, and temperature sensor
CN102576686A (zh) * 2009-07-28 2012-07-11 天工方案公司 加工工艺、电压、以及温度传感器
WO2013085992A2 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 Microchip Technology Incorporated Integrated circuit device with two voltage regulators
EP2897271A2 (en) * 2013-12-31 2015-07-22 Samsung Display Co., Ltd. Power converter system and method of operating thereof
US10389224B2 (en) * 2013-12-31 2019-08-20 Samsung Display Co., Ltd. Power converter system and method of operating thereof
US20200052700A1 (en) * 2017-11-20 2020-02-13 SK Hynix Inc. Skew compensation circuit and semiconductor apparatus including the same
WO2020061786A1 (zh) * 2018-09-26 2020-04-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种低压差线性稳压***

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