本发明大体上涉及电压调节器，且更具体地说，涉及具有过冲保护的电压调节器。
背景技术：
低压差(ldo)电压调节器是即使在输入供电电压极接近输出电压时也能将输出电压调节至目标电压的dc线性调节器。断电和电压过低条件描述了其中输入供电电压从0v(在断电条件的情况下)或某一中间电压(在电压过低条件的情况下)开始并且快速上升到其高目标值的情境。在这些条件下，调节器可能不能够恰当地作出响应并且其输出稳压电压源可能过冲并超出规格。这可能导致超出由调节器供应的装置的安全工作区(soa)。因此，需要一种抑制调节输出处的过冲的电压调节器。
技术实现要素：
本发明的实施例涉及一种电压源调节器，该电压源调节器包括：第一输出电阻器，该第一输出电阻器包括耦合到电压源调节器的输出电压的第一端，以及第二端；第一运算放大器，该第一运算放大器包括耦合到参考电压的第一输入端、耦合到第一输出电阻器的第二端的第二输入端，以及耦合到第一调节器晶体管的基极的输出端；电流镜，该电流镜耦合到第一调节器晶体管的集电极；转换速率检测器，该转换速率检测器耦合到电流镜，其中该转换速率检测器包括：电容器，该电容器包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的控制电极的第一端；以及检测双极结晶体管，该检测双极结晶体管包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的控制电极的集电极，以及耦合到电容器的第二端的基极。在一个方面中，该调节器另外包括与第一输出电阻器串联耦合的第二输出电阻器；以及与第二输出电阻器串联耦合的第三输出电阻器。在另外的方面中，该调节器另外包括第一比较器，该第一比较器包括耦合到参考电压的第一输入端以及耦合到第二电阻器与第三电阻器之间的接合点的第二输入端。在又另一方面中，该调节器另外包括第二调节器晶体管，该第二调节器晶体管包括耦合到第一比较器的输出端的控制电极、耦合到输出电压的第一电流电极，以及耦合到地的第二电流电极。在再另一方面中，该调节器另外包括：电流镜的第二晶体管的第一电流电极耦合到输入电压；并且第一调节器晶体管的集电极在电流镜的第二晶体管的第二电流电极处耦合到电流镜。在再另一方面中，该调节器另外包括第一调节器晶体管的发射极，该发射极在第三电阻器的输出端处耦合到地。在另一个方面中，转换速率检测器另外包括第一二极管和第二二极管，第一二极管具有耦合到电容器的第二端的输入端以及耦合到第二二极管的输入端的输出端，并且第二二极管的输出端耦合到第一二极管的输入端和电容器的第二端。
另一实施例涉及一种电压源调节器，该电压源调节器包括被耦合成接收输入电压的电流镜，其中该电流镜包括：第一晶体管，该第一晶体管具有耦合到输入电压的第一电流电极、耦合到电流源的第一端的第二电流电极，以及耦合到第二电极的栅极电极；以及第二晶体管，该第二晶体管具有耦合到输入电压的第一电流电极、耦合到第三晶体管的集电极的第二电流电极，以及耦合到第一晶体管的栅极电极的栅极电极。该电压调节器还包括：比较器；第一调节器晶体管，该第一调节器晶体管包括耦合到传输晶体管的第二电流电极的第一电流电极、耦合到地的第二电流电极，以及耦合到比较器的输出端的栅极电极；运算放大器；电阻分压器；第二调节器晶体管，该第二调节器晶体管包括耦合到运算放大器的输出端的基极、耦合到第二晶体管的第二电流电极的集电极，以及耦合到电阻分压器的结束端的发射极。在一个方面中，该调节器另外包括传输晶体管，该传输晶体管包括耦合到输入电压和第一和第二晶体管的第一电流电极的第一电流电极、耦合到电阻器梯的开始端并提供调节输出电压的第二电流电极，以及耦合到第二晶体管的第二电极和第二调节器晶体管的集电极的栅极电极。在另外的方面中，电阻分压器包括串联耦合在开始端与结束端之间的多个电阻器；运算放大器包括耦合到参考电压的第一输入端以及耦合在多个电阻器中的第一个电阻器与第二个电阻器之间的第二输入端。在另外的方面中，该调节器另外包括转换速率检测器，该转换速率检测器包括：电容器，该电容器包括耦合到第一和第二晶体管的栅极电极的第一端以及耦合到激活阈值电路的第一端的第二端；双极结晶体管，该双极结晶体管包括耦合到第一和第二晶体管的栅极电极的集电极，耦合到电容器的第二端的基极。在再另一方面中，比较器包括耦合到参考电压的第一输入端以及耦合在多个电阻器中的第二个电阻器与多个电阻器中的第三个电阻器之间的第二输入端。在另一个方面中，转换速率检测器包括第一二极管和第二二极管，第一二极管具有耦合到电容器的第二端的输入端以及耦合到第二二极管的输入端的输出端，并且第二二极管的输出端耦合到第一二极管的输入端和电容器的第二端。在另一个方面中，第一晶体管、第二晶体管和传输晶体管是pmos晶体管。在另外的方面中，第一调节器晶体管是nmos晶体管。在另一个方面中，双极结晶体管和第二调节器晶体管是npn双极结晶体管。在另一个方面中，第二电阻器的电阻在第三电阻器的电阻的6％与15％之间。
又一实施例涉及一种电压源调节器，该电压源调节器包括在电流镜中的两个晶体管的控制电极之间的转换速率检测器，其中对电流镜的输入耦合到输入电压(vin)并且该转换速率检测器包括：彼此背靠背耦合的一对二极管；电容器，该电容器包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的控制电极的第一端，以及耦合到该对二极管的第一端的第二端；以及检测双极结晶体管，该检测双极结晶体管包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的栅极电极的集电极、耦合到电容器的第二端和该对二极管的第一端的基极，以及耦合到该对二极管的第二端的发射极。该电压调节器还包括电流源，该电流源耦合到电流镜中的两个晶体管中的第一个晶体管的第二电流电极；串联耦合的第一、第二和第三电阻器；以及第一调节器晶体管，该第一调节器晶体管具有耦合到电流镜的两个晶体管中的第二个晶体管的第二电流电极的集电极、耦合到第一运算放大器的输出端的基极，以及耦合到第三电阻器的输出端的发射极。在一个方面中，该调节器另外包括传输晶体管，该传输晶体管具有：第一电流电极，该第一电流电极耦合到电流镜的两个晶体管的对应的第一电流电极以及输入电压，控制电极，该控制电极耦合到电流镜的两个晶体管的第二个晶体管的第二电流电极，以及第二电流电极，该第二电流电极耦合到第一电阻器的第一端；以及输出电压端，该输出电压端耦合到传输晶体管的第二电流电极。在另一个方面中，第一运算放大器包括耦合到参考电压的第一输入端、耦合在第一电阻器与第二电阻器之间的第二输入端，以及耦合到第一调节器晶体管的基极的输出端；第一比较器包括耦合到参考电压的第一输入端、耦合在第二电阻器与第三电阻器之间的第二输入端，以及耦合到第二调节器晶体管的输出端；并且第二调节器晶体管另外包括耦合到输出电压端的第一电流电极、耦合到地的第二电流电极。
附图说明
本发明为借助于例子示出并且不受附图的限制，在附图中类似标记指示类似元件。为简单和清晰起见示出各图中的元件，并且这些元件未必按比例绘制。
图1以示意图形式示出了根据本发明的实施例的电压调节器。
具体实施方式
一种具有过冲抑制电路的电压调节器包括转换速率检测器和吸收电路。转换速率检测器被配置成检测输入电压源中的快速上升，并且作为响应，确保切断调节器的传输晶体管以减少或消除过冲。此外，抑制电路可以包括吸收电路，该吸收电路被配置成在调节输出电压过冲到高于目标电压的预定量后即接通电流吸收器以快速向下牵拉调节输出电压。
图1以示意图形式示出了根据本发明的实施例的电压调节器10。调节器10是ldo线性调节器，并且包括pmos晶体管12和16、pmos传输晶体管30、电流源14、转换速率检测器28、运算放大器(operationalamplifier，opamp)42、npn双极结晶体管38(还称为调节器晶体管)、电阻器32、34和36，以及吸收电路46。输入电压速率检测器28包括电容器18、npn双极结晶体管20(还称为检测双极结晶体管)，以及二极管22和24。吸收电路46包括比较器44(还称为运算放大器)和nmos晶体管40。调节器10在输入节点处接收输入供电电压vin，并且在输出节点处提供输出稳压电压源vout。调节器10还接收参考电压vref。
晶体管12的第一电流电极耦合到vin并且晶体管12的第二电流电极耦合到电流源14的第一端。电流源14的第二端耦合到地。晶体管12的控制电极耦合到晶体管12的第二电流电极、电容器18的第一端、晶体管20的集电极以及晶体管16的控制电极。电容器18的第二电极耦合到晶体管20的基极、二极管24的阴极以及二极管22的阳极。二极管24的阳极、二极管22的阴极以及晶体管20的发射极电极耦合到地。晶体管16的第一电流电极耦合到vin并且晶体管30的第一电流电极耦合到vin。晶体管16的第二电流电极耦合到晶体管30的栅极电极和晶体管38的集电极。晶体管30的第二电流电极耦合到vout并耦合到电阻器32的第一端。电阻器32的第二端耦合到电阻器34的第一端，并且电阻器34的第二端耦合到电阻器36的第一端。电阻器36的第二端耦合到地。运算放大器42的正输入端被耦合成接收vref，并且运算放大器42的负输入端耦合到电阻器32的第二端。运算放大器42的输出端耦合到晶体管38的基电极，并且晶体管38的发射极电极耦合到地。比较器44的负输入端被耦合成接收vref，并且比较器44的正输入端耦合到电阻器36的第一端。晶体管40的第一电流电极耦合到vout，晶体管40的控制电极耦合到比较器44的输出端，并且晶体管40的第二电流电极耦合到地。电阻器32、34、36形成电阻分压器，在该电阻分压器中这些电阻器串联耦合，并且该电阻分压器可以按需要包括额外的电阻器。
在操作中，调节器10接收vin并进行调节从而获得目标电压处的调节输出。直到达到第一阈值或触发事件才激活转换速率检测器电路28。在所说明的实施例中，当晶体管20的基极-发射极电压(vbe)超过0.7v时激活转换速率检测器电路。因此，只要vbe不超过0.7，晶体管20就几乎不影响电压调节器10。类似地，吸收电路46保持无源，直到达到根据比较器44以及电阻器32、34和36的正输入端设置的第二阈值或触发事件。在所说明的实施例中，比较器44的正输入端耦合到电阻器34与36之间的节点。当比较器44的正输入端处的电压保持低于vref时，比较器44的输出保持低，从而保持晶体管40断开并且因此保持吸收电路46无源。
当电路28和46去激活时，调节器10作为普通调节器操作。晶体管12和16以及电流源14作为向晶体管38提供电流的电流镜操作。接通传输晶体管30，并通过从电阻器32的第二端到运算放大器42的负输入端的反馈回路调节vout。如果运算放大器42的负输入端处的电压大于vref，就断开运算放大器42的输出端，从而减少晶体管38吸收的电流，这能减小vout。如果运算放大器42的负输入端处的电压小于vref，就接通运算放大器42的输出端，从而增加晶体管38吸收的电流，这使vout增大。通过此反馈回路，vout可以实现并维持正常操作中的其目标电压。
在正常操作期间，当vin转换速率小于某一阈值时，转换速率检测器28不起作用，并且二极管22和24将晶体管20的基极牵拉到接近0v，从而保持晶体管20断开。用于转换速率检测器28的激活的阈值取决于电容器18的电容、二极管22和24的参数以及晶体管20的vbe。电容器18的第一端处的电压是vin处的电压减去晶体管12的栅-源电压(约vin-0.8)。电容器18的第二端处的电压为大致0v。因此，存在跨电容器18的电压。当vin电压在相对短时间期间上升了至少一定量(在当前实施例中为0.7v)时，此电压变化通过电容器18耦合并呈现在晶体管20的基极上。这会接通晶体管20并激活转换速率检测器28。在正常操作期间，晶体管16供应小电流，然而，当晶体管20接通时，晶体管16的控制电极被向下牵拉，因此更用劲地接通晶体管16以提供更多电流，超出晶体管38提供的电流。这使晶体管30断开并且因此减少或消除因快速瞬变而引起的输出过冲。因此，当通过接通晶体管20而激活转换速率检测器28时，更用劲地接通晶体管16并且强有力地断开晶体管30。vin处的输入电压的上升最终终止使得晶体管20的基极处的电压降至低于第一阈值(例如，0.7v)，并且再次去激活转换速率检测器28并允许晶体管38再次正常调节vout。应注意，在不使用转换速率检测器28的情况下，如果发生过冲，由于晶体管30的寄生电容(特别是晶体管30的栅极与漏极之间的寄生电容)因而会很难断开晶体管30。然而，通过激活电容器18、晶体管20和晶体管16，可以根据快速瞬变条件快速地断开晶体管30，这能限制发生的过冲大小。
如果vout实际上的确超出目标参考电压预定量或偏移，比较器44的输出会接通晶体管40，该晶体管40从vout吸收电流，从而将vout保持在安全水平。当vout再次达到安全水平并降至低于第二阈值时，晶体管40保持断开从而不影响调节器10。根据电阻器34和36的值设置通过接通晶体管40激活吸收电路46所需的超出目标参考电压的偏移。在一个实施例中，电阻器34的电阻约为电阻器36的电阻的4％到6％，或5％。可以取决于激活吸收电路46所需的与目标电压的偏移而相应地设置这些值。
在一个例子中，vin处的电压是5v+/-10％，并且当输入电压源快速地上升并超过6.5v时发生过冲条件。在这个例子中，vout的目标电压是4.4v，并且下游装置可以处理最大4.8vdc。在断电(当vin从0v开始并且可以达到5v或6.5v时)或电压过低(当vin在某一中间电压开始时，例如在2v开始时)期间，需要避免vout上的过冲(特别是对于vin达到6.5v的情况)。在这个例子中，vref为约1.2v，并且电阻器32、34和36是引起在4.4v调节vout的值。在一个例子中，电阻器32为约267kohms、电阻器34为约5kohms，并且电阻器36为约95kohms，这产生通过运算放大器42进行的调节，形成4.4v处的调节vout，低于4.8v。在这个例子中，当vout超过4.7v时，电阻器值也使得比较器44通过吸收电流而激活。
在替代实施例中，可以在转换速率检测器28内使用不同电路元件并且可以使用不同电阻器或其它电路元件来设置用于激活转换速率检测器28或吸收电路46的不同阈值。另外，可以使用不同电路或额外电路来实施电压调节器10的在正常操作期间调节vout的部分。
到目前为止，应了解，已经提供了处理可能在操作期间的不同时间存在的各种过冲条件的电路。例如，它们可能由断电或电压过低事件引起。在一个实施例中，在第一阈值处激活转换速率检测器从而减少或消除过冲条件。在另一实施例中，在第二阈值处激活吸收电路从而在过冲条件的情况下向下牵拉调节输出。
由于实施本发明的设备大部分由本领域的技术人员已知的电子组件和电路形成，因此为了理解和了解本发明的基本概念并且为了不混淆或偏离本发明的教示，将不会以比以上图示认为必要的任何更大程度阐述电路细节。
尽管本发明已关于特定导电型或电势的极性进行描述，但本领域的技术人员会了解到，可颠倒导电型或电势的极性。
此外，在说明书和权利要求书中的术语“正面”、“背面”、“顶部”、“底部”、“在……上”、“在……下”等等(如果存在的话)用于描述性目的且未必用于描述永久性相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，使得本文中所描述的实施例(例如)能够相比本文中所说明或以其它方式描述的那些朝向以其它朝向进行操作。
此外，本领域的技术人员将认识到，上述操作的功能性之间的界限仅为说明性的。多个操作的功能可以组合成单一操作，和/或单一操作的功能可分布在另外的操作中。此外，替代实施例可包含特定操作的多个例子，并且操作的次序可以在不同其它实施例中改变。
虽然本文中参考特定实施例描述了本发明，但是在不脱离如所附权利要求书所阐述的本发明的范围的情况下可以进行各种修改和改变。例如，可以使用mos晶体管替代双极结晶体管。因此，说明书和图应视为示意性而不是限制性意义，并且预期所有这些修改都包括在本发明范围内。并不希望将本文中相对于具体实施例描述的任何优势、优点或针对问题的解决方案理解为任何或所有权利要求的关键、必需或必不可少的特征或元件。
如本文中所使用，术语“耦合”并不旨在局限于直接耦合或机械耦合。
此外，如本文中所使用，术语“一”被定义为一个或多个。而且，权利要求书中例如“至少一个”和“一个或多个”等介绍性短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一”引入的另一权利要求要素将含有此引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制为仅含有一个此要素的发明，即使是在同一权利要求包含介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和例如“一”等不定冠词时。对于定冠词的使用也是如此。
除非以其它方式陈述，否则例如“第一”和“第二”等术语用以任意地区别此类术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此类元件的时间或其它优先级排序。
以下为本发明的各种实施例。
本发明的实施例涉及一种电压源调节器，该电压源调节器包括：第一输出电阻器，该第一输出电阻器包括耦合到电压源调节器的输出电压的第一端，以及第二端；第一运算放大器，该第一运算放大器包括耦合到参考电压的第一输入端、耦合到第一输出电阻器的第二端的第二输入端，以及耦合到第一调节器晶体管的基极的输出端；电流镜，该电流镜耦合到第一调节器晶体管的集电极；转换速率检测器，该转换速率检测器耦合到电流镜，其中该转换速率检测器包括：电容器，该电容器包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的控制电极的第一端；以及检测双极结晶体管，该检测双极结晶体管包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的控制电极的集电极，以及耦合到电容器的第二端的基极。在一个方面中，该调节器另外包括与第一输出电阻器串联耦合的第二输出电阻器；以及与第二输出电阻器串联耦合的第三输出电阻器。在另外的方面中，该调节器另外包括第一比较器，该第一比较器包括耦合到参考电压的第一输入端以及耦合到第二电阻器与第三电阻器之间的接合点的第二输入端。在又另一方面中，该调节器另外包括第二调节器晶体管，该第二调节器晶体管包括耦合到第一比较器的输出端的控制电极、耦合到输出电压的第一电流电极，以及耦合到地的第二电流电极。在再另一方面中，该调节器另外包括：电流镜的第二晶体管的第一电流电极耦合到输入电压；并且第一调节器晶体管的集电极在电流镜的第二晶体管的第二电流电极处耦合到电流镜。在再另一方面中，该调节器另外包括第一调节器晶体管的发射极，该发射极在第三电阻器的输出端处耦合到地。在另一个方面中，转换速率检测器另外包括第一二极管和第二二极管，第一二极管具有耦合到电容器的第二端的输入端以及耦合到第二二极管的输入端的输出端，并且第二二极管的输出端耦合到第一二极管的输入端和电容器的第二端。
另一实施例涉及一种电压源调节器，该电压源调节器包括被耦合成接收输入电压的电流镜，其中该电流镜包括：第一晶体管，该第一晶体管具有耦合到输入电压的第一电流电极、耦合到电流源的第一端的第二电流电极，以及耦合到第二电极的栅极电极；以及第二晶体管，该第二晶体管具有耦合到输入电压的第一电流电极、耦合到第三晶体管的集电极的第二电流电极，以及耦合到第一晶体管的栅极电极的栅极电极。该电压调节器还包括：比较器；第一调节器晶体管，该第一调节器晶体管包括耦合到传输晶体管的第二电流电极的第一电流电极、耦合到地的第二电流电极，以及耦合到比较器的输出端的栅极电极；运算放大器；电阻分压器；第二调节器晶体管，该第二调节器晶体管包括耦合到运算放大器的输出端的基极、耦合到第二晶体管的第二电流电极的集电极，以及耦合到电阻分压器的结束端的发射极。在一个方面中，该调节器另外包括传输晶体管，该传输晶体管包括耦合到输入电压和第一和第二晶体管的第一电流电极的第一电流电极、耦合到电阻器梯的开始端并提供调节输出电压的第二电流电极，以及耦合到第二晶体管的第二电极和第二调节器晶体管的集电极的栅极电极。在另外的方面中，电阻分压器包括串联耦合在开始端与结束端之间的多个电阻器；运算放大器包括耦合到参考电压的第一输入端以及耦合在多个电阻器中的第一个电阻器与第二个电阻器之间的第二输入端。在另外的方面中，该调节器另外包括转换速率检测器，该转换速率检测器包括：电容器，该电容器包括耦合到第一和第二晶体管的栅极电极的第一端以及耦合到激活阈值电路的第一端的第二端；双极结晶体管，该双极结晶体管包括耦合到第一和第二晶体管的栅极电极的集电极，耦合到电容器的第二端的基极。在再另一方面中，比较器包括耦合到参考电压的第一输入端以及耦合在多个电阻器中的第二个电阻器与多个电阻器中的第三个电阻器之间的第二输入端。在另一个方面中，转换速率检测器包括第一二极管和第二二极管，第一二极管具有耦合到电容器的第二端的输入端以及耦合到第二二极管的输入端的输出端，并且第二二极管的输出端耦合到第一二极管的输入端和电容器的第二端。在另一个方面中，第一晶体管、第二晶体管和传输晶体管是pmos晶体管。在另外的方面中，第一调节器晶体管是nmos晶体管。在另一个方面中，双极结晶体管和第二调节器晶体管是npn双极结晶体管。在另一个方面中，第二电阻器的电阻在第三电阻器的电阻的6％与15％之间。
又一实施例涉及一种电压源调节器，该电压源调节器包括在电流镜中的两个晶体管的控制电极之间的转换速率检测器，其中对电流镜的输入耦合到输入电压(vin)并且该转换速率检测器包括：彼此背靠背耦合的一对二极管；电容器，该电容器包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的控制电极的第一端，以及耦合到该对二极管的第一端的第二端；以及检测双极结晶体管，该检测双极结晶体管包括耦合到电流镜中的第一和第二晶体管的栅极电极的集电极、耦合到电容器的第二端和该对二极管的第一端的基极，以及耦合到该对二极管的第二端的发射极。该电压调节器还包括电流源，该电流源耦合到电流镜中的两个晶体管中的第一个晶体管的第二电流电极；串联耦合的第一、第二和第三电阻器；以及第一调节器晶体管，该第一调节器晶体管具有耦合到电流镜的两个晶体管中的第二个晶体管的第二电流电极的集电极、耦合到第一运算放大器的输出端的基极，以及耦合到第三电阻器的输出端的发射极。在一个方面中，该调节器另外包括传输晶体管，该传输晶体管具有：第一电流电极，该第一电流电极耦合到电流镜的两个晶体管的对应的第一电流电极以及输入电压，控制电极，该控制电极耦合到电流镜的两个晶体管的第二个晶体管的第二电流电极，以及第二电流电极，该第二电流电极耦合到第一电阻器的第一端；以及输出电压端，该输出电压端耦合到传输晶体管的第二电流电极。在另一个方面中，第一运算放大器包括耦合到参考电压的第一输入端、耦合在第一电阻器与第二电阻器之间的第二输入端，以及耦合到第一调节器晶体管的基极的输出端；第一比较器包括耦合到参考电压的第一输入端、耦合在第二电阻器与第三电阻器之间的第二输入端，以及耦合到第二调节器晶体管的输出端；并且第二调节器晶体管另外包括耦合到输出电压端的第一电流电极、耦合到地的第二电流电极。