具有软启动电路的低压差稳压器的制作方法

本说明书涉及在启动时改善低压差(LDO)稳压器的操作。

背景技术：

在启动操作期间，LDO稳压器的输出电压可具有相对较陡的电压斜坡，这可能不适用于一些应用。

技术实现要素：

根据一个方面，低压差(LDO)稳压器包括：差分放大器；通道晶体管，该通道晶体管耦接到差分放大器的输出部，其中该通道晶体管被配置为提供LDO稳压器的输出电压；以及软启动电路，该软启动电路耦接到差分放大器。软启动电路被配置为调节软启动驱动信号以在LDO稳压器的启动操作期间基于输出电压来控制输出电压的斜率。

根据一些方面，LDO稳压器可包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。软启动电路可包括钳位电容器，并且该钳位电容器上的电压斜率是软启动驱动信号，使得电压斜率在LDO稳压器的启动操作期间改变至少一次。该启动操作可包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中软启动驱动信号具有在第二阶段中不同于第一阶段或第三阶段中的至少一者的电压斜率。第一阶段、第二阶段和第三阶段中的至少一者具有由输出电压的值确定的持续时间。软启动驱动信号可包括第一阶段期间的第一电压斜率、第二阶段期间的第二电压斜率以及第三阶段期间的第三电压斜率，其中第一电压斜率不同于第二电压斜率，并且第三电压斜率不同于第二电压斜率。差分放大器可包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)放大器，并且通道晶体管可包括P沟道晶体管。差分放大器可包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS)放大器，并且通道晶体管可包括N沟道晶体管。差分放大器可包括被配置为接收基准电压的第一输入部，以及被配置为接收输出电压的第二输入部。LDO稳压器可包括驱动器，该驱动器耦接到差分放大器和通道晶体管。

根据一个方面，LDO稳压器包括差分放大器；通道晶体管，该通道晶体管耦接到差分放大器的输出部，其中该通道晶体管被配置为提供LDO稳压器的输出电压；以及软启动电路，该软启动电路耦接到差分放大器。软启动电路包括钳位电容器，该钳位电容器被配置为在LDO稳压器的启动操作期间被充电以控制输出电压的升高。软启动电路被配置为使钳位电容器具有启动操作的第一阶段中的第一电压斜率以及启动操作的第二阶段中的第二电压斜率，其中第二电压斜率不同于第一电压斜率。第一阶段或第二阶段中的至少一者具有基于输出电压的值来确定的持续时间。

根据一些方面，LDO稳压器可包括以上和/或以上特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。软启动电路被配置为响应于启用信号而确定第一阶段的启动，并且软启动电路被配置为响应于输出电压超过第一电压阈值而确定第二阶段的启动。软启动电路被配置为使钳位电容器具有启动操作的第三阶段中的第三电压斜率，其中第三电压斜率不同于第二电压斜率。软启动电路被配置为响应于输出电压超过第二电压阈值而确定第三阶段的启动。软启动电路可包括第一电流源和第二电流源，其中第一电流源和第二电流源选择性地耦接到钳位电容器。差分放大器可包括被配置为接收基准电压的第一输入部，以及被配置为接收输出电压的第二输入部。输出电压在启动操作之后达到标称值，其中该标称值基本上等于或大于基准电压。LDO稳压器可包括驱动器，该驱动器耦接到差分放大器和通道晶体管。

根据一个方面，用于操作LDO稳压器的方法包括在LDO稳压器的启动操作期间对软启动电路的钳位电容器进行充电，其中该充电包括在启动操作的第一阶段期间生成钳位电容器上的第一电压斜率；在启动操作的第二阶段期间生成钳位电容器上的第二电压斜率，其中第二电压斜率不同于第一电压斜率；以及在启动操作的第三阶段期间生成钳位电容器上的第三电压斜率，其中第三电压斜率不同于第二电压斜率。该方法包括基于第一电压斜率、第二电压斜率和第三电压斜率来升高LDO稳压器的输出电压。在一些示例中，该方法包括响应于输出电压超过第一电压阈值而启动第二阶段。在一些示例中，该方法包括响应于输出电压超过第二电压阈值而启动第三阶段。

一个或多个实施方式的细节在随附附图和以下描述中阐明。其他特征将从说明书和附图中以及从权利要求中显而易见。

附图说明

图1A示出了根据一个实施方式的低压差(LDO)稳压器。

图1B示出了根据一个实施方式的LDO稳压器的软启动电路。

图2示出了根据另一个实施方式的LDO稳压器。

图3示出了根据另一个实施方式的LDO稳压器。

图4示出了根据一个实施方式的在具有软启动电路的LDO稳压器的启动期间信号的瞬态响应的曲线图。

图5示出了根据另一个实施方式的LDO稳压器。

图6示出了根据另一个实施方式的在具有软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图。

图7示出了根据另一个实施方式的在具有软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图。

图8示出了根据另一个实施方式的与常规LDO稳压器相比在具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图。

图9示出了根据一个实施方式的流程图，该流程图描绘了LDO稳压器在启动操作期间的示例性操作。

具体实施方式

本公开涉及具有软启动电路的低压差(LDO)稳压器，该软启动电路基于LDO稳压器的输出电压来在启动操作期间控制LDO稳压器的输出电压的驱动斜率。在一些示例中， LDO稳压器可包括差分放大器、耦接到差分放大器的输出的通道晶体管、以及软启动电路。软启动电路可耦接到差分放大器及LDO稳压器的输出电压。基于输出电压，软启动电路被配置为生成软启动驱动信号以在启动操作期间控制输出电压的斜率。软启动电路被配置为对实际输出电压作出反应，并且根据需要在启动操作过程期间改变驱动斜率。在一些实施方式中，被描述为耦接的元件可电耦接。

在一些示例中，LDO稳压器可包括N沟道或P沟道输入差分放大器以及N沟道或P沟道通道晶体管。在一些示例中，由于N沟道差分放大器可能无法使用低输入电压来操作(或良好操作)，可使用输出级钳位(例如，由电压斜坡驱动的钳位电容器)。为了实现相对较低的输出电压斜率，在一些常规方法中，钳位可由相对较缓的电压斜坡驱动(例如，随时间推移缓慢升高)。然而，这些常规方法可引起一种或多种副作用，诸如启动操作的开始周期时相对较大的死区时间以及启动操作的结束周期时相对较长的稳定时间。在一些常规方法中，使用定时器来克服死区时间，但定时器测量(例如，仅测量) 固定时间周期，并且可能不会对LDO稳压器的实际输出电压作出反应。然而，本文所讨论的LDO稳压器可使用软启动电路来相应地对实际输出电压作出反应并且根据需要改变驱动斜率。另外，在一些示例中，本文所讨论的LDO稳压器在启动时提供LDO输出电压的相对较低斜率。此外，在一些示例中，本文所述的LDO稳压器可减少浪涌电流，减少启动操作的时序(例如，缩短启动操作的持续时间)，减少电压过冲，和/或更快达到所需的电压。另外，在一些示例中，本文所述的LDO稳压器在启动操作期间可不使用定时器和/或预充电电路(例如，预充电电容器)。

在一些示例中，启动操作包括三个接连发生的阶段。在一些示例中，这些阶段各自的持续时间取决于LDO稳压器的输出电压的值。第一阶段可在接收到启用信号时或左右 (例如，LDO稳压器被激活时)开始，持续到输出电压开始升高时或左右的点。第二阶段是输出电压以所限定的斜率升高(例如，浪涌电流)时的时间周期。第三阶段在输出电压达到标称值(例如，电压基准或大于(或小于)电压基准的电压)时开始，并且一直持续到输出电压达到标称值为止。在一些示例中，第一阶段可表示启动操作的开始时间周期，第二阶段可表示启动操作的中间时间周期，并且第三阶段可表示启动程序的结束时间周期。在一些示例中，在启动操作期间，软启动电路可使用两个电压阈值来确定 LDO稳压器处于哪个阶段，并且软启动电路可确定或调节(例如，修改)每个阶段的持续时间以在启动操作期间实现更好的输出电压。虽然一些示例性实施方式可按照特定导电类型晶体管来讨论，但这些导电类型可切换(例如，反转)。

图1A示出了根据一个实施方式的LDO稳压器100，并且图1B示出了根据实施方式的 LDO稳压器100的软启动电路106。LDO稳压器100可为直流(DC)线性稳压器，即使当供电电压VCC与输出电压OUT接近(例如，非常接近)时，该稳压器也可调节输出电压 OUT。LDO稳压器100包括差分放大器102、通道晶体管104、软启动电路106、驱动器 108以及生成电压基准VREF的电压基准电路110。

在一些示例中，差分放大器102包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)放大器。在一些示例中，差分放大器102包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS)放大器。在一些示例中，差分放大器102包括两个或更多个晶体管的布置。在一些示例中，差分放大器102包括一对N沟道晶体管。在一些示例中，差分放大器102包括一对P沟道晶体管。差分放大器102 包括被配置为接收电压基准VREF的第一输入部，以及被配置为接收输出电压OUT的第二输入部。差分放大器102可连接到供电电压VCC和接地电势GND。差分放大器102可放大电压基准VREF与输出电压OUT之间的差值。电压基准电路110连接到供电电压VCC和接地电势GND。电压基准电路110被配置为基于供电电压VCC来生成电压基准VREF。

驱动器108耦接到差分放大器102的输出，并且可将差分放大器102的输出驱动到通道晶体管104。在一些示例中，驱动器108包括连接在差分放大器102的输出与通道晶体管 104之间的一个或多个晶体管。通道晶体管104被配置为提供LDO稳压器100的输出电压 OUT。通道晶体管104耦接到驱动器108的输出。在一些示例中，通道晶体管104包括场效应晶体管(FET)。在一些示例中，通道晶体管104包括金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)。在一些示例中，通道晶体管104包括P沟道MOSFET。在一些示例中，通道晶体管104包括N沟道MOSFET。

软启动电路106耦接到输出电压OUT和差分放大器102。软启动电路106可连接到供电电压VCC和接地电势GND。另外，软启动电路106被配置为接收电压基准电路110所生成的电压基准VREF。另外，软启动电路106被配置为接收启用信号EN，其中启用信号EN 从第一逻辑电平向第二逻辑电平的转变(例如，从逻辑低向逻辑高的转变)指示启动操作的开始。启动操作可具有从接收到启用信号EN开始一直到输出电压OUT达到(例如，等于)标称值左右(或之后)的时间为止的持续时间。在一些示例中，该标称值是电压基准VREF。在一些示例中，输出电压OUT的标称值大于电压基准VREF。在一些示例中，输出电压OUT的标称值小于电压基准VREF。基于输出电压OUT和电压基准VREF，软启动电路106被配置为生成软启动驱动信号以在启动操作期间控制输出电压OUT的斜率。在一些示例中，该斜率是启动操作期间的输出电压OUT的变化率。在一些示例中，该斜率是输出电压OUT在启动操作的一段时间周期内的变化量的量度。在一些示例中，输出电压OUT升高到标称值，并且在启动操作期间由软启动电路106控制输出电压OUT升高的速率。软启动电路106被配置为对实际输出电压OUT作出反应，并且根据需要在启动程序过程期间改变输出电压OUT的斜率。

如图1B所示，软启动电路106可包括钳位电容器116、在启动操作期间对钳位电容器 116进行充电的一个或多个电流源122、用于限定第一电压阈值的电路112、以及

用于限定第二电压阈值的电路114。钳位电容器116上的电压斜率可驱动输出电压 OUT(例如，使输出电压OUT升高到基准电压VREF)。钳位电容器116上的电压斜率可为根据一个或多个电流源122来驱动的钳位电容器116上的电压变化率。在一些示例中，电压斜率是钳位电容器116上的电压随时间推移的变化率。在一些示例中，电压斜率是电压随时间推移的陡度的量度(例如，电压随时间推移升高了多少)。在一些示例中，钳位电容器116上的电压斜率是在启动操作期间升高输出电压OUT的软启动驱动信号。在一些示例中，钳位电容器116上的电压斜率在LDO稳压器的启动操作期间改变至少一次。在一些示例中，电压斜率改变时的时序取决于输出电压OUT的值。在一些示例中，启动操作包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中第二阶段中的电压斜率不同于第一阶段或第三阶段中的至少一者。在一些示例中，第一阶段、第二阶段和第三阶段是启动操作的不同的单独时间周期。

在一些示例中，软启动电路106被配置为使钳位电容器116具有启动操作的第一阶段中的第一电压斜率以及启动操作的第二阶段中的第二电压斜率。在一些示例中，第一电压斜率是钳位电容器116上的电压在第一阶段期间的升高。在一些示例中，第一电压斜率是钳位电容器116上的电压在第一阶段期间的线性升高。在一些示例中，第一电压斜率包括一个或多个部分，所述一个或多个部分具有钳位电容器116上的电压在第一阶段期间的非线性升高。在一些示例中，单个电流源122被配置为在第一阶段期间驱动钳位电容器 116上的第一电压斜率。在一些示例中，多个电流源122被配置为在第一阶段期间驱动钳位电容器116上的第一电压斜率。

在一些示例中，第二电压斜率是钳位电容器116上的电压在第二阶段期间的升高。在一些示例中，第二电压斜率是钳位电容器116上的电压在第二阶段期间的线性升高。在一些示例中，第二电压斜率包括一个或多个部分，所述一个或多个部分具有钳位电容器116 上的电压在第二阶段期间的非线性升高。在一些示例中，第二电压斜率不同于第一电压斜率。在一些示例中，第二电压斜率小于第一电压斜率(例如，第二阶段中的电压升高率低于第一阶段中的电压升高率)。例如，第二电压斜率的陡度可小于第一电压斜率的陡度。在一些示例中，单个电流源122被配置为在第二阶段期间驱动钳位电容器116上的第二电压斜率。在一些示例中，多个电流源122被配置为驱动钳位电容器116上的第二电压斜率。在一些示例中，两个电流源122被配置为在第一阶段期间驱动钳位电容器116上的第一电压斜率，并且单个电流源122被配置为在第二阶段期间驱动钳位电容器116上的第二电压斜率，其中第二电压斜率小于第一电压斜率。

另外，第一阶段或第二阶段中的至少一者具有基于输出电压OUT的值来确定的持续时间。在一些示例中，第一阶段和第二阶段各自的持续时间取决于输出电压OUT的值。例如，软启动电路被配置为响应于启用信号EN(例如，启用信号EN从第一逻辑电平向第二逻辑电平的转变)而确定第一阶段的启动。在第一阶段期间，软启动电路106被配置为驱动钳位电容器116上的第一电压斜率。第一阶段一直持续到输出电压OUT等于或超过第一电压阈值为止，该第一电压阈值指示第二阶段的启动。例如，电路112可限定第一电压阈值，并且响应于输出电压OUT等于或超过第一电压阈值，软启动电路106可调节(例如，修改)钳位电容器116上的电压斜率(例如，驱动钳位电容器116上的第二电压斜率)。在一些示例中，软启动电路106可隔离(或移除)电流源122中的一个电流源，这些电流源在第二阶段期间驱动钳位电容器116上的电压斜率。在一些示例中，电路112包括电压比较器。在一些示例中，电路112包括一个或多个晶体管。

在一些示例中，软启动电路106被配置为使钳位电容器116具有启动操作的第三阶段中的第三电压斜率。在一些示例中，第三电压斜率是钳位电容器116上的电压在第三阶段期间的升高率。在一些示例中，第三电压斜率是钳位电容器116上的电压在第三阶段期间的线性升高率。在一些示例中，第三电压斜率包括一个或多个部分，所述一个或多个部分具有钳位电容器116上的电压在第三阶段期间的非线性升高。在一些示例中，第三电压斜率不同于第二电压斜率。在一些示例中，第三电压斜率大于第二电压斜率。在一些示例中，第三电压斜率与第一电压斜率相同(或类似(例如，基本上类似))。在一些示例中，第三电压斜率大于第一电压斜率。在一些示例中，第三电压斜率小于第一电压斜率。

如上所解释，软启动电路106被配置为在第二阶段期间驱动钳位电容器116上的第二电压斜率。第二阶段一直持续到输出电压OUT等于或超过由电路114限定的第二电压阈值为止，该第二电压阈值启动第三阶段的启动。例如，电路114可限定第二电压阈值，并且响应于输出电压OUT等于或超过第二电压阈值，软启动电路106可调节钳位电容器116上的电压斜率(例如，驱动钳位电容器116上的第三电压斜率)。在一些示例中，软启动电路106可将电流源122中的一个电流源添加到驱动电路以在第三阶段期间驱动钳位电容器 116上的电压斜率。在一些示例中，电路114包括电压比较器。在一些示例中，电路114包括一个或多个晶体管。在一些示例中，电路114包括与电路112的一个或多个部件分开的一个或多个部件。在一些示例中，电路114包括电路112内也包括的一个或多个部件。

具有本文所讨论的软启动电路106的LDO稳压器100可在启动时提供输出电压OUT的相对较低的斜率。另外，在一些示例中，LDO稳压器100可减少浪涌电流，减少启动操作的时序(例如，减少启动操作的总持续时间)，减少电压过冲，和/或更快达到所需的电压。

图2示出了根据一个实施方式的LDO稳压器200。LDO稳压器200包括差分放大器 202、通道晶体管204以及耦接到差分放大器202的软启动电路206。差分放大器202、通道晶体管204和软启动电路206可包括分别参照图1A至图1B的差分放大器102、通道晶体管 104和软启动电路106讨论的任何特征。软启动电路206被配置为在启动期间控制输出电压 OUT的斜率。差分放大器202包括被配置为接收电压基准电路210所生成的电压基准VREF 的第一输入部，以及被配置为接收输出电压OUT的第二输入部。在一些示例中，差分放大器202包括NMOS输入误差放大器。在一些示例中，通道晶体管204包括P沟道晶体管。

LDO稳压器200包括耦接到差分放大器202的输出的晶体管228，以及耦接到晶体管 228的晶体管230。在一些示例中，晶体管228和晶体管230共同被视为驱动器(例如，图 1A的驱动器108)，该驱动器被配置为驱动电流流过通道晶体管204。晶体管230耦接到通道晶体管204，该通道晶体管向输出电容器234和输出电阻器236提供输出电压OUT。在一些示例中，晶体管230和通道晶体管204共同被视为电流镜。

软启动电路206包括第一电压比较器212、第二电压比较器214、第一电流源222、第二电流源224、第一开关218、第二开关220、钳位电容器216、以及耦接到差分放大器202 的输出的钳位晶体管226。第一电压比较器212可由晶体管201、晶体管203、晶体管205和晶体管207限定。第二电压比较器214可由晶体管209、晶体管211、晶体管213和晶体管 215限定。第一电流源222可提供小于第二电流源224所提供的电流(I2)的电流(I1)。在一些示例中，第一电流源222所提供的电流(I1)基本上小于第二电流源224所提供的电流(I2)。在一些示例中，软启动电路206可响应于启用信号(或启用事件)而发起LDO稳压器200 的启动(例如，启动软启动操作)。启用信号可为软启动电路206所接收的信号，该信号指示LDO稳压器200已(从去激活状态)激活。

在一些示例中，启动序列包括三个接连发生的阶段。第一阶段从接收启用信号到输出电压OUT开始升高时为止。第二阶段是输出电压OUT以所需的斜率升高(例如，浪涌电流)时的时间周期。第三阶段从达到标称值(例如，电压基准VREF或大于(或小于) 电压基准VREF的电压)之前的点(例如，离标称值一毫伏或多毫伏)开始。换句话讲，第一阶段可表示启动操作的开始时间周期，第二阶段可表示启动操作的中间时间周期，并且第三阶段可表示启动程序的结束时间周期。如下所讨论，与启动操作的第二阶段相比，在启动操作的第一阶段和第三阶段期间，钳位电容器216被更快充电(从而减少第一阶段和第三阶段的持续时间)，而在启动操作的第二阶段中，钳位电容器216的充电更慢以便提供相对恒定的斜率(例如，OUT以相对恒定的值升高)，从而减少浪涌电流。在一些示例中，第二阶段具有长于第一阶段和/或第三阶段的持续时间。钳位电容器216在启动操作的第一阶段和第三阶段的更快充电提供了更快达到所需的输出电压OUT(或缩短总启动操作的持续时间)的能力。

在第一阶段期间，在接收到启用信号之后，所有电容器(例如，钳位电容器216、输出电容器234)都被放电。现在，假定电压和电流基准正常工作，钳位晶体管226处于断开状态并且保持输出电压OUT相对较低(例如，0V或几乎0V)。第一开关218闭合(或激活或接通)，并且第一电流源222和第二电流源224相对较快地对钳位电容器216充电 (其中I1<<I2)。在一些示例中，第二电流I2大于(例如，基本上大于)第一电流I1。在一些示例中，第二电流I2是第一电流I1的至少两倍。当钳位电容器216的电压升高到特定电平(例如，钳位电容器216的电压具有第一电压斜率)时，输出电压OUT也开始升高。换句话讲，输出电压OUT可与钳位电容器216的电压相关(或相依赖)。具体地讲，钳位晶体管226的栅极处的电压开始升高，这会引起钳位晶体管226的源极处的电压升高。当源极电压达到晶体管228的阈值电压时，晶体管228开始导通，其通过由晶体管230和通道晶体管204限定的电流镜转换，然后开始对输出电容器234充电。这可有助于在接收到启用信号之后输出电压OUT开始相对较快地升高。

第一电压比较器212具有内置偏移，该内置偏移限定切断第一开关218(例如，使第二电流源224断开连接)时的第一电压阈值。例如，第一电压比较器212接收输出电压 OUT，并且当输出电压OUT等于或高于第一电压电平时，第一电压比较器212向第一开关 218发送信号以断开(或切断)第一开关218，从而使第二电流源224与钳位电容器216断开连接。在一些示例中，输出电压OUT等于或超过第一阈值指示第一阶段的结束和/或第二阶段的启动。因此，第一阶段的持续时间取决于输出电压OUT的值。

在第二阶段期间，由于切断了第一开关218，因此减少了(例如，显著减少了)钳位电容器216的充电，这引起输出电压OUT稳定地或逐渐地升高，从而减少通道晶体管204 处的浪涌电流(I_inrush)。例如，浪涌电流可由)限定。在一些示例中，第二阶段期间的钳位电压的电压斜率(例如，第二电压斜率)小于第一阶段期间的输出电压OUT的电压斜率(例如，第一电压斜率)。斜坡的陡度可由第一电压源222所提供的第一电流(I1)的量限定。例如，输出电压OUT的斜升可受到第一电压源222所提供的第一电流(I1)的量的影响。

第二电压比较器214也具有内置偏移，该内置偏移限定接通第二开关220从而将第二电流源224连接到钳位电容器216时的第二电压阈值。例如，第二电压比较器214接收输出电压OUT，并且当输出电压OUT高于第二电压阈值时(例如，在第二电压阈值高于第一电压阈值的情况下)，第二电压比较器214发送闭合(或激活或接通)第二开关220的信号，这指示第二阶段的结束和/或第三阶段的启动。在第三阶段期间，在第二开关220被激活之后，钳位电容器216的电压再次开始升高(例如，快速升高)，这可有助于输出电压OUT更快达到标称值(例如，电压基准VREF)。例如，钳位电容器216上的电压(例如，第三电压斜率)可由第一电流源222和第二电流源224两者驱动。

图3示出了根据另一个实施方式的LDO稳压器300。在一些示例中，LDO稳压器300可提供更低的功耗并且可能提供更小的占用芯片面积。LDO稳压器300包括差分放大器 302、通道晶体管304和软启动电路306。差分放大器302、通道晶体管304和软启动电路 306可包括分别参照图1A至图1B的差分放大器102、通道晶体管304和软启动电路106、和 /或分别参照图2的差分放大器202、通道晶体管304和软启动电路206讨论的任何特征。

软启动电路306耦接到差分放大器302。软启动电路306被配置为在启动操作期间控制输出电压OUT的斜率。差分放大器302包括被配置为接收电压基准电路310所生成的电压基准VREF的第一输入部，以及被配置为接收输出电压OUT的第二输入部。LDO稳压器 300包括耦接到差分放大器302的输出的晶体管328，以及耦接到晶体管328的晶体管330。在一些示例中，晶体管328和晶体管330共同被视为驱动器(例如，图1A的驱动器 108)，该驱动器被配置为驱动电流流过通道晶体管304。晶体管330耦接到通道晶体管 304，该通道晶体管向输出电容器334和输出电阻器336提供输出电压OUT。在一些示例中，晶体管330和通道晶体管304共同被视为电流镜。差分放大器302可包括NMOS输入误差放大器。通道晶体管304可包括P沟道晶体管。

软启动电路306包括钳位电容器316、电流源322、电流源352、晶体管340、晶体管 342、晶体管346、晶体管348、以及耦接到差分放大器302的输出的钳位晶体管326。晶体管340和晶体管342限定内置偏移，该内置偏移限定接通(或激活)晶体管340且切断(或去激活)晶体管342时的第一电压阈值。第一电压阈值限定第一阶段结束和/或第二阶段开始时的点。晶体管346和晶体管348限定接通(或激活)晶体管346且切断(或去激活) 晶体管348时的第二电压阈值。第二电压阈值限定第二阶段结束和/或第三阶段开始时的点。

在第一阶段期间，在接收到启用信号之后，最初所有电容器(例如，钳位电容器 316、输出电容器334)都被放电。然后，当输出电压OUT相对较低(几乎0V)时，钳位电容器316开始通过经由路径1流过晶体管342的电流源322进行充电。例如，由于输出电压OUT低于第一电压阈值，晶体管342导通，但晶体管340不导通。在这种情况下，电流源322经由晶体管342对钳位电容器316充电以提供钳位电容器316上的第一电压斜率。当输出电压OUT升高到超过由晶体管340和晶体管342的内置偏移限定的第一电压阈值时，第二阶段开始，并且电流源322所提供的电流开始经由路径2流过晶体管340和晶体管348 到达接地电势GND。晶体管346的栅极仍连接到比晶体管348更高的电势。这理论上可引起V_clamp(例如，钳位电容器316的电压)停止上升，因为没有电流对钳位电容器316 充电。

与图2的实施方式类似，当输出电压OUT满足或超过由晶体管346和晶体管348的内置偏移限定的第二电压阈值时，第二阶段结束且第三阶段开始，并且电流源322所提供的电流开始经由路径3对钳位电容器316充电。这可引起钳位电容器316上的电压开始根据第三电压斜率升高(例如，再次快速上升)，从而闭合(或去激活)钳位晶体管326，并且可有助于输出电压OUT达到标称值(例如，更快达到电压基准VREF或大于(或小于)电压基准VREF的电压)。电流源352和电阻器350可设定晶体管340的正常操作点。在没有电流源352和电阻器350的情况下，晶体管340的栅极将接地，并且在第一阶段之后，当输出电压OUT升高时，晶体管340将在几乎为零的VDS下工作。

即使使用不同的阈值MOS晶体管，晶体管340的漏极-源极电压(VDS)也将在输出电压 OUT升高到足够高时降低。电阻器350两端的电压降(VR0＝R0·I0)可设定晶体管340的操作点(例如，当晶体管340被激活时)。可能必须相对于启动操作的其他阶段来设定电阻器 350。也可按照提供流过晶体管342的一些残余电流以避免泄漏电流使钳位电容器316放电的方式设定。在一些示例中，LDO稳压器300可能不具有每个软启动阶段之间的离散阈值，而是电流源322所提供的电流(其对钳位电容器316充电)可持续改变。

图4示出了根据一个实施方式在具有软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图400。曲线图400包括启用信号401(例如，ENABLE)、输出电压402 (例如，OUT)、钳位电容器电压403(例如，V_clamp)和浪涌电流404(例如， I_inrush)的瞬态响应。这些信号可由图1A至图1B的LDO稳压器100、图2的LDO稳压器 200或图3的LDO稳压器300接收和/或生成。竖直标记V1和V2可分别表示第一电压阈值和第二电压阈值。启动操作的第一阶段的启动可由启用信号401从逻辑低状态向逻辑高状态的转变来指示。在第一阶段期间，钳位电容器电压403开始以第一电压斜率升高，进而引起输出电压402开始升高。当输出电压402达到或超过第一电压阈值(例如，由标记V1指示)时，启动操作的第二阶段开始。在第二阶段期间，钳位电容器电压403以第二电压斜率升高，其中第二电压斜率小于第一电压斜率。在第二阶段期间，输出电压402朝基准电压升高。然而，响应于输出电压402达到或超过第二电压阈值(例如，由标记V2指示)，启动操作的第三阶段开始。在第三阶段期间，钳位电容器电压403以第三电压斜率升高，其中第三电压斜率大于第二电压斜率。另外，在第三阶段期间，输出电压402已达到标称值(例如，基准电压)。

图5示出了根据一个实施方式的LDO稳压器500。LDO稳压器500包括差分放大器 502、通道晶体管504和软启动电路506。在一些示例中，差分放大器502、通道晶体管504 和软启动电路506可包括参照图1至图4所讨论的任何特征。差分放大器502包括PMOS差分放大器(例如，PMOS差分对)。通道晶体管504包括N沟道晶体管。差分放大器502包括被配置为接收电压基准电路510所生成的电压基准VREF的晶体管570，以及被配置为接收输出电压OUT的晶体管578。晶体管570是P沟道晶体管。晶体管578是P沟道晶体管。 LDO稳压器500还包括晶体管574、晶体管576、晶体管580、输出电容器534和输出电阻器 535。在图5的示例中，软启动电路506耦接到差分放大器502的输入部。

软启动电路506包括第一电压比较器512、第二电压比较器514、开关518、逻辑或设备582、反相器584、第一电流源522、第二电流源524、晶体管572和钳位电容器536。第一电压比较器512包括晶体管560、晶体管562、晶体管564和晶体管566。第二电压比较器 514包括晶体管568。

与上述实施方式类似，软启动电路506响应于启用信号而执行软启动操作，并且可根据三个阶段(例如，第一、第二和第三)执行该过程。软启动电路506被配置为在第一阶段和第三阶段提供不太陡的斜坡，并且在第二阶段提供更高的斜坡，如下文所讨论。

在LDO稳压器500被启用(例如，响应于启用信号)之后且在第一阶段期间，由第二电流源524对钳位电容器536充电，同时通过处于断开状态的开关518使第一电流源522断开连接。LDO稳压器500的输出电压OUT跟随钳位电容器536上的电压，这是由于晶体管 572与晶体管570并联连接。

一旦输出电压OUT(以及钳位电容器536上的电压)达到晶体管568的阈值电压， LDO稳压器500的启动操作就进入第二阶段。在第二阶段期间，开关518闭合并且钳位电容器536开始由第一电流源522和第二电流源524进行充电。在第二阶段期间，更高的充电电流引起钳位电容器536上更陡的电压斜坡和LDO稳压器500的输出。该过程一直持续到输出电压OUT斜升到接近电压基准VREF为止，并且第一电压比较器512断开开关518，从而进入启动操作的第三阶段。此时输出电压OUT与电压基准VREF之间的电压差由第一电压比较器512的内置偏移给出。在第三阶段期间，由第二电流源524再次对钳位电容器536 充电(例如，仅充电)。这种所描述的序列将启动过程分成三个阶段，其中启动斜坡的开始和结束具有低斜率以确保0V-斜坡-OUT(标称)之间的平稳转变，而中间部分具有更高的斜率。

图6示出了根据一个实施方式的在具有软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图600。曲线图600包括启用信号601、钳位电容器电压602、输出电压 603、钳位电容器电流604和浪涌电流605的瞬态响应。这些信号可由图1A至图1B的LDO 稳压器100或图5的LDO稳压器500接收和/或生成。

图7示出了根据一个实施方式的在具有软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图700。曲线图700包括启用信号701、输出电压702、钳位电容器电压 703和浪涌电流704的瞬态响应。这些信号可由图1A至图1B的LDO稳压器100或图3的LDO 稳压器300接收和/或生成。根据这些实施方式，LDO稳压器100/300可能能够停止升高的 V_clamp电压。另外，LDO稳压器100/300提供低浪涌电流和低输出电压斜率。

竖直标记V1和V2可分别表示第一电压阈值和第二电压阈值。启动操作的第一阶段的启动可由启用信号701从逻辑低状态向逻辑高状态的转变来指示。在第一阶段期间，钳位电容器电压703开始以第一电压斜率升高，进而引起输出电压702开始升高。当输出电压 702达到或超过第一电压阈值(例如，由标记V1指示)时，启动操作的第二阶段开始。在第二阶段期间，钳位电容器电压703以第二电压斜率升高，其中第二电压斜率小于第一电压斜率。在第二阶段期间，输出电压702朝基准电压升高。响应于输出电压702达到或超过第二电压阈值(例如，由标记V2指示)，启动操作的第三阶段开始。在第三阶段期间，钳位电容器电压703以第三电压斜率升高，其中第三电压斜率大于第二电压斜率。另外，在第三阶段期间，输出电压402接近、然后达到标称值(例如，基准电压)。

图8示出了与常规LDO稳压器相比在具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器的启动操作期间信号的瞬态响应的曲线图800。曲线图800描绘了启用信号801、具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器的输出电压802、常规LDO稳压器的输出电压803、具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器的钳位电压804、以及常规LDO稳压器的钳位电压 805。如图8所示，通过使用具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器，输出电压802 (响应于启用信号)的升高不会被延长，并且输出电压802可更快达到标称电压。

图9描绘了根据一个实施方式的流程图900，该流程图包括具有软启动电路的LDO稳压器的示例性操作。虽然图9的流程图900按先后顺序示出了操作，但应当理解，这仅仅是示例性的，并且可包括附加或替代操作。此外，图9的操作和相关操作可按与所示不同的顺序、或以并行或重叠的方式执行。可由本文所讨论的任何LDO稳压器来实现流程图 900的示例性操作。

操作902包括在LDO稳压器的启动操作期间对软启动电路的钳位电容器充电。充电操作可包括操作904、操作906和操作908。操作904包括在启动操作的第一阶段期间生成钳位电容器上的第一电压斜率。操作906包括在启动操作的第二阶段期间生成钳位电容器上的第二电压斜率。在一些示例中，第二电压斜率不同于第一电压斜率。操作908包括在启动操作的第三阶段期间生成钳位电容器上的第三电压斜率。在一些示例中，第三电压斜率不同于第二电压斜率。操作910包括基于第一电压斜率、第二电压斜率和第三电压斜率来升高LDO稳压器的输出电压。在一些示例中，这些操作包括响应于输出电压超过第一电压阈值而启动第二阶段，并且响应于输出电压超过第二电压阈值而启动第三阶段。

上述实施方式实现了具有低浪涌电流和低输出电压斜率的LDO稳压器的设计，这对于一些应用可相对较重要。在一些示例中，具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器可在图像传感器电源管理应用中实现。然而，具有本文所讨论的软启动电路的LDO稳压器可在任何类型的电源应用中实现。另外，上述实施方式可减少延长总启动时间的副作用。本文所讨论的软启动电路在具有PMOS输入级的LDO稳压器中的实现可减少或消除启动开始时的输出电压毛刺以及启动结束时的输出电压过冲，并且可调谐启动程序的每部分的持续时间。

根据一个方面，低压差(LDO)稳压器包括差分放大器；通道晶体管，该通道晶体管耦接到差分放大器的输出，其中该通道晶体管被配置为提供LDO稳压器的输出电压；以及软启动电路，该软启动电路耦接到差分放大器。软启动电路被配置为调节软启动驱动信号以在LDO稳压器的启动操作期间基于输出电压来控制输出电压的斜率。

根据一些方面，LDO稳压器可包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。软启动电路可包括钳位电容器，并且钳位电容器上的电压斜率是软启动驱动信号，使得电压斜率在LDO稳压器的启动操作期间改变至少一次。启动操作可包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中软启动驱动信号具有在第二阶段中不同于第一阶段或第三阶段中的至少一者的电压斜率。第一阶段、第二阶段和第三阶段中的至少一者具有由输出电压的值确定的持续时间。软启动驱动信号可包括第一阶段期间的第一电压斜率、第二阶段期间的第二电压斜率以及第三阶段期间的第三电压斜率，其中第一电压斜率不同于第二电压斜率，并且第三电压斜率不同于第二电压斜率。差分放大器可包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)放大器，并且通道晶体管可包括P沟道晶体管。差分放大器可包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS)放大器，并且通道晶体管可包括N沟道晶体管。差分放大器可包括被配置为接收基准电压的第一输入部，以及被配置为接收输出电压的第二输入部。LDO稳压器可包括驱动器，该驱动器耦接到差分放大器和通道晶体管。

根据一个方面，LDO稳压器包括：差分放大器；通道晶体管，该通道晶体管耦接到差分放大器的输出，其中该通道晶体管被配置为提供LDO稳压器的输出电压；以及软启动电路，该软启动电路耦接到差分放大器。软启动电路包括钳位电容器，该钳位电容器被配置为在LDO稳压器的启动操作期间进行充电以控制输出电压的升高。软启动电路被配置为使钳位电容器具有启动操作的第一阶段中的第一电压斜率以及启动操作的第二阶段中的第二电压斜率，其中第二电压斜率不同于第一电压斜率。第一阶段或第二阶段中的至少一者具有基于输出电压的值来确定的持续时间。

根据一些方面，LDO稳压器可包括以上和/或以上特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。软启动电路被配置为响应于启用信号而确定第一阶段的启动，并且软启动电路被配置为响应于输出电压超过第一电压阈值而确定第二阶段的启动。软启动电路被配置为使钳位电容器具有启动操作的第三阶段中的第三电压斜率，其中第三电压斜率不同于第二电压斜率。软启动电路被配置为响应于输出电压超过第二电压阈值而确定第三阶段的启动。软启动电路可包括第一电流源和第二电流源，其中第一电流源和第二电流源选择性地耦接到钳位电容器。差分放大器可包括被配置为接收基准电压的第一输入部，以及被配置为接收输出电压的第二输入部。输出电压在启动操作之后达到标称值，其中该标称值基本上等于或大于基准电压。LDO稳压器可包括驱动器，该驱动器耦接到差分放大器和通道晶体管。

根据一个方面，LDO稳压器包括差分放大器和通道晶体管，该通道晶体管耦接到差分放大器的输出部。通道晶体管被配置为提供LDO稳压器的输出电压。LDO稳压器包括软启动电路，该软启动电路包括第一电流源、第二电流源和钳位电容器。软启动电路被配置为在LDO稳压器的启动操作期间对钳位电容器充电。软启动电路被配置为在启动操作的第一阶段期间生成钳位电容器上的第一电压斜率。软启动电路被配置为在启动操作的第二阶段期间生成钳位电容器上的第二电压斜率，其中第二电压斜率不同于第一电压斜率。软启动电路被配置为在启动操作的第三阶段期间生成钳位电容器上的第三电压斜率，其中第三电压斜率不同于第二电压斜率。LDO稳压器的输出电压被配置为在启动操作期间根据第一电压斜率、第二电压斜率和第三电压斜率来升高。在一些示例中，软启动电路被配置为响应于输出电压超过第一电压阈值而启动第二阶段，并且响应于输出电压超过第二电压阈值而启动第三阶段。

应当理解，在前面的描述中，当元件诸如层、区域、衬底或部件被提及在另一个元件上，连接到另一个元件，电连接到另一个元件，耦接到另一个元件，或电耦接到另一个元件上时，该元件可直接在另一个元件上，连接或耦接到另一个元件上，或者可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、或直接耦接到另一个元件或层时，不存在中间元件或层。虽然在整个详细描述中可能不会通篇使用术语直接在…上、直接连接到…、或直接耦接到…，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦接的元件可以此类方式提及。本申请的权利要求 (如果存在的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。

一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体衬底包括但不限于例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等。

虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入实施方案的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以示例的方式呈现，而不是限制，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方案可包括所描述的不同实施方案的功能、部件和/ 或特征的各种组合和/或子组合。