调整器和芯片的制作方法

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种调整器和芯片。

背景技术：

调整器通过运算放大器对反馈量和参考量的差值进行放大，从而控制输出量不随输入电压、负载等变化而变化，即通过负反馈环路调节输出稳定。调整器在建立输出时，由于反馈量和参考值的差值过大，因此会产生过大的输入电流。而过大的输入电流会增加前级电源例如前级调整器等的过载压力、引起前级电源掉电、损坏调整器的外部元器件、或者烧毁调整器的芯片。因此，如何避免调整器在建立其输出的过程中产生过大的输入电流，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种的调整器和芯片，能够避免调整器在建立其输出的过程中产生过大的输入电流。

第一方面，提供了一种调整器，包括功率传输电路、负反馈电路、恒流源电路和控制电路。

其中，所述负反馈电路包括误差放大器，所述误差放大器的一个输入端接收参考电压，所述误差放大器的另一个输入端接收所述调整器的输出信号对应的反馈电压，所述误差放大器用于在所述调整器启动过程中所述反馈电压小于所述参考电压时输出第一电压信号，以及所述反馈电压大于所述参考电压时输出第二电压信号。

所述控制电路与所述误差放大器的输出端相连，用于：

根据所述第一电压信号，控制所述负反馈电路断开，所述恒流源电路导通，其中，所述恒流源电路导通时，所述恒流源电路与所述功率传输电路相连，用于控制所述调整器在启动过程中的输入电流为恒定；以及，

根据所述第二电压信号，控制所述恒流源电路断开，所述负反馈电路导通，其中，所述负反馈电路导通时，所述负反馈电路与所述功率传输电路形成负反馈环路，用于向所述功率传输电路提供所述调整器的输出信号对应的负反馈调整信号，所述功率传输电路用于根据所述负反馈调整信号对所述输出信号进行负反馈调整，以使所述输出信号维持在预定水平。

在一种可能的实现方式中，所述控制电路包括触发器，所述触发器用于：接收所述误差放大器输出的电压信号，并产生第一控制信号和第二控制信号，其中，所述第一控制信号用于控制所述负反馈电路的断开和导通，所述第二控制信号用于控制所述恒流源电路的断开和导通。

在一种可能的实现方式中，所述控制电路还包括连接在所述误差放大器和所述触发器之间的2n个反相器，n为正整数。

在一种可能的实现方式中，所述功率传输电路包括功率管，所述功率管的栅极与所述误差放大器的输出端相连，所述功率管的源极和漏极分别与所述调整器的输入端和所述调整器的输出端相连。

在一种可能的实现方式中，所述恒流源电路包括第一晶体管和第一电流源，所述第一晶体管的栅极与所述功率管的栅极相连，以形成电流比为1：k的电流镜，所述第一晶体管的源极和漏极分别与所述调整器的输入端和所述第一电流源相连，k大于1。

在一种可能的实现方式中，所述第一晶体管为pmos管。

在一种可能的实现方式中，所述调整器在启动过程中的所述输入电流等于k*i1，i1为所述第一电流源的电流。

在一种可能的实现方式中，所述调整器还包括稳压电荷泵，所述稳压电荷泵连接在所述功率管的漏极与所述调整器的输出端之间。

在一种可能的实现方式中，所述误差放大器的输出端与所述功率管的栅极之间连接有第一开关，所述第一晶体管的栅极与所述功率管的栅极之间连接有第二开关，所述第一电流源与所述第一晶体管的漏极之间连接有第三开关；其中，所述触发器接收到所述第一电压信号时，所述第一控制信号控制所述第一开关断开，所述第二控制信号控制所述第二开关和所述第三开关闭合；所述触发器接收到所述第二电压信号时，所述第一控制信号控制所述第一开关闭合，所述第二控制信号控制所述第二开关和所述第三开关断开。

在一种可能的实现方式中，所述负反馈电路还包括缓冲器，所述缓冲器包括第二电流源和第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述误差放大器的输出端相连，所述第二晶体管的源极与所述第二电流源和所述功率管的栅极相连。

在一种可能的实现方式中，所述调整器在启动过程中的所述输入电流等于k*(i1-i2)，i1为所述第一电流源的电流，i2为所述第二电流源的电流，i1＞i2。

在一种可能的实现方式中，所述第二电流源与所述第二晶体管的源极之间连接有第一开关，所述第一晶体管的栅极与所述功率管的栅极之间连接有第二开关，所述第一电流源与所述第一晶体管的漏极之间连接有第三开关；其中，所述触发器接收到所述第一电压信号时，所述第一控制信号控制所述第一开关断开，所述第二控制信号控制所述第二开关和所述第三开关闭合；所述触发器接收到所述第二电压信号时，所述第一控制信号控制所述第一开关闭合，所述第二控制信号控制所述第二开关和所述第三开关断开。

在一种可能的实现方式中，所述负反馈电路还包括电阻串，所述电阻串连接在所述调整器的输出端与所述误差放大器的输入端之间，用于对所述调整器输出的所述输出信号的电压进行采样，得到所述反馈电压。

第二方面，提供了一种芯片，包括前述第一方面以及第一方面的任一种可能的实现方式中的调整器。

基于上述技术方案，调整器的反馈电路中的误差放大器的两个输入端分别接收参考电压和输出信号对应的反馈电压，在调整器启动过程中利用误差放大器监测反馈电压是否超过参考电压，并在反馈电压小于参考电压时输出第一电压信号，以及在反馈电压大于参考电压时输出第二电压信号。控制电路与误差放大器的输出端相连，可以根据第一电压信号控制负反馈电路断开，恒流源电路导通，以通过恒流源电路控制调整器在启动过程中的输入电流为恒定，并且根据第二电压信号控制恒流源电路断开，负反馈电路导通，以通过负反馈电路向功率传输电路提供输出信号对应的负反馈调整信号，从而功率传输电路可以根据该负反馈调整信号对该输出信号进行负反馈调整，使得该输出信号维持在预定水平。因此，该调整器在启动过程中，恒流源电路可以控制调整器的输入电流为恒定，实现了有效的软启动，并且调整器在启动过程中，利用误差放大器监测反馈电压是否超过参考电压，并在反馈电压超过参考电压后恢复负反馈电路，使调整器恢复正常的反馈调整功能。该调整器中无需增加额外的电路、以及大面积的电容和电阻，因此减少了调整器芯片面积和功耗，降低了成本。

附图说明

图1是本申请实施例的调整器的原理图。

图2是本申请实施例的调整器的示意性框图。

图3是本申请实施例的调整器的工作流程的示意图。

图4是于图2所述的调整器的一种可能的实现方式的示意图。

图5是于图2所述的调整器的一种可能的实现方式的示意图。

图6是于图2所述的调整器的一种可能的实现方式的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

调整器包括线性调整器和开关调整器，其中开关调整器又包括电感型开关调整器和电容型开关调整器。调整器通过误差放大器对反馈量和参考量的差值进行放大，从而控制输出量不随输入电压、负载等变化而变化，即通过负反馈环路调节输出稳定。

调整器在启动时，由于反馈量和参考值的差值过大，因此会产生过大的输入电流。而过大的输入电流会增加前级电源例如前级调整器等的过载压力、引起前级电源掉电、损坏调整器的外部元器件、或者烧毁调整器的芯片。因此调整器必须通过软启动的方式，在初始阶段缓慢地建立输出，以避免出现输入浪涌电流。

现有的软启动方式包括两类。第一类是，通过钳位电路限制调整器中的误差放大器的输出，实现软启动控制。为了保证调整器的最大负载能力，钳位值一般设置为最大电流能力的2倍或以上，因此该方式并不能完全控制住输入电流，从而使得调整器在建立输出时，仍可能出现比较大的输入电流。另外，该方式需要额外的比较器电路或运算放大器电路、电阻或电容等开销，增加了调整器芯片的面积和功耗。第二类是，通过一个缓慢爬升的参考电压，在调整器建立输出时代替参考电压，或者通过复杂的电路将参考电压分多段缓慢提升。

无论采用上述哪种软启动方式，都需要面积巨大的电阻、电容、或者额外电路，从而增加调整器芯片面积和功耗，或者增加额外引脚用来外接电容。

图1是本申请实施例的调整器的原理图。图1中以线性调整器为例进行描述。调整器100采用负反馈调整的方式，误差放大器120与功率管mp0形成负反馈环路，误差放大器120向功率管mp0提供负反馈调整信号，以使功率管mp0根据该负反馈调整信号对输出电压vo进行负反馈调整，从而将输出电压vo维持在预定水平。例如图1所示，由电阻r1和电阻r2组成的电阻串对输出电压vo进行采样，得到反馈电压vfb。反馈电压vfb被输入至误差放大器120的正向输入端，误差放大器120的负向输入端接参考电压vref，反馈电压vfb和参考电压vref经误差放大器120进行差分放大后，得到电压vea。电流源110和晶体管mp1形成缓冲器，电压vea经过该缓冲器后得到电压vg，电压vg作为功率管mp0的栅极控制信号，使功率管mp0对输出电压vo进行负反馈调整。

调整器100在启动时，需要建立输出电压vo。但是，vfb比vref建立的慢，在初始时vfb远小于vref，这就使vfb和vref的差值很大，误差放大器120输出的电压vea就很小，经过缓冲器后得到的电压vg也很小，则功率管mp0以较大的驱动能力建立输出电压vo，这时，在输入电压vin处就会产生非常大的输入电流。

为此，本申请实施例提供一种调整器，能够避免调整器在启动过程中产生过大的输入电流，并且电路结构简单。

图2是本申请实施例的调整器的示意性框图。如图2所示，调整器200包括功率传输电路210、负反馈电路220、恒流源电路230和控制电路240。

其中，负反馈电路220包括误差放大器221，误差放大器221的一个输入端接收参考电压，误差放大器221的另一个输入端接收该调整器200的输出信号对应的反馈电压，误差放大器221用于在该调整器200启动过程中反馈电压小于参考电压时输出第一电压信号，以及反馈电压大于参考电压时输出第二电压信号。

控制电路240与误差放大器221的输出端相连，用于：

根据该第一电压信号，控制负反馈电路220断开，恒流源电路230导通，其中，恒流源电路230导通时，恒流源电路230与功率传输电路210相连，用于控制该调整器200在启动过程中的输入电流为恒定；以及，

根据该第二电压信号，控制恒流源电路230断开，负反馈电路220导通，其中，负反馈电路220导通时，负反馈电路220与功率传输电路210形成负反馈环路，用于向功率传输电路210提供该调整器200的输出信号对应的负反馈调整信号，功率传输电路210用于根据负反馈调整信号对该输出信号进行负反馈调整，以使该输出信号维持在预定水平。

该实施例中，调整器的反馈电路中的误差放大器221的两个输入端分别接收参考电压和输出信号对应的反馈电压，在调整器启动过程中利用误差放大器221监测反馈电压是否超过参考电压，并在反馈电压小于参考电压时输出第一电压信号，以及在反馈电压大于参考电压时输出第二电压信号。控制电路与误差放大器221的输出端相连，可以根据第一电压信号控制负反馈电路断开，恒流源电路导通，以通过恒流源电路控制调整器在启动过程中的输入电流为恒定，并且根据第二电压信号控制恒流源电路断开，负反馈电路导通，以通过负反馈电路向功率传输电路提供输出信号对应的负反馈调整信号，从而功率传输电路可以根据该负反馈调整信号对该输出信号进行负反馈调整，使得该输出信号维持在预定水平。

因此，该调整器在启动过程中，恒流源电路可以控制调整器的输入电流为恒定，实现了有效的软启动，并且调整器在启动过程中，利用误差放大器监测反馈电压是否超过参考电压，并在反馈电压超过参考电压后恢复负反馈电路，使调整器恢复正常的反馈调整功能。该调整器中无需增加额外的电路、以及大面积的电容和电阻，因此减少了调整器芯片面积和功耗，降低了成本。

也就是说，在恒流源电路230断开，负反馈电路220导通时，误差放大器221不仅在负反馈环路中用于对输出信号进行负反馈调整；并且，在负反馈电路220断开，恒流源电路导通时，用于在调整器200启动过程中监测输出信号vo是否达到预定水平。

应理解，本申请实施例中所述的“启动过程”，是指调整器建立输出的过程，即调整器的输出信号由0v提升至预定水平的过程，也可以称为软启动过程。其中，在调整器启动的过程中，输出信号逐渐增大，因此其对应的反馈电压逐渐增大，当反馈电压超过参考电压时，可以认为输出信号达到预定水平。

例如图3所示，在301中，调整器开始启动。这时，调整器需要建立输出信号，即，使其输出信号逐渐提升至预定水平。

在302中，负反馈电路220断开，恒流源电路230导通。

由于初始时反馈电压vfb未超过参考电压vref，控制电路240控制恒流源电路230导通，进入恒流模式，并控制负反馈电路220断开。此时，恒流源电路230在调整器启动过程中控制输入电流为一恒定值。

在303中，误差放大器221监测反馈电压vfb是否超过参考电压vref。

若监测到反馈电压vfb仍未超过参考电压vref，则继续执行302；若监测到反馈电压vfb超过参考电压vref，则执行304。

在304中，恒流源电路230断开，负反馈电路220导通。

控制电路240控制恒流源电路230断开，退出恒流模式，并控制负反馈电路220导通，从而使调整器正常工作，以对输出信号进行负反馈调整，从而将该输出信号维持在该预定水平。

经过上述步骤，调整器的输出信号在启动过程中逐渐提升至预定水平，并在提升至预定水平后，通过负反馈电路220和功率输出电路210将其维持在该预定水平。

在调整器的启动过程中，负反馈电路220断开，恒流源电路230导通，此时利用误差放大器221实现了比较器的功能，从而对启动过程进行监测；当调整器启动结束后，即调整器的输出信号由0v提升至预定水平后，恒流源电路230断开，负反馈电路220导通，因此比较器211恢复其在负反馈环路中的作用，用于放大电压。

可选地，在一种实现方式中，控制电路240包括触发器241，例如可以是边缘触发器、电平触发器、或者是锁存器。

触发器241用于：接收误差放大器221输出的电压信号，并产生第一控制信号和第二控制信号。其中，该第一控制信号用于控制负反馈电路220的断开和导通，该第二控制信号用于控制恒流源电路230的断开和导通。

进一步地，可选地，控制电路240还包括连接在误差放大器221和触发器241之间的2n个反相器(inverter，inv)，n为正整数。

可选地，在一种实现方式中，功率传输电路210包括功率管211。该功率管211例如可以是p型金属氧化物半导体(positivechannelmetaloxidesemiconductor，pmos)管。

其中，功率管211的栅极与误差放大器221的输出端相连，功率管211的源极和漏极分别与调整器200的输入端和调整器200的输出端相连。

可选地，在一种实现方式中，恒流源电路330包括第一晶体管331和第一电流源332，第一晶体管331的栅极与功率管211的栅极相连，以形成电流比为1：k的电流镜，第一晶体管331的源极和漏极分别与调整器200的输入端和第一电流源332相连，k大于1。

这时，第一晶体管331与功率管211形成电流比为1：k的电流镜。通过设置第一电流源332的电流i1、第一晶体管331的参数比如栅宽长比等，实现对k值的控制。从而在调制器20启动过程中，将输入电流精准地控制在恒定值。

该实施例中，在调整器200启动过程中，该输入电流等于k*i1，i1为第一电流源332的电流。

恒流电路230可以具有多种形式，除了采用电流镜的形式，也可以连接成其他形式，只要能保证输出量为恒定即可，本申请实施例对此不做限定。

可选地，在一种实现方式中，负反馈电路220还可以包括缓冲器，该缓冲器包括第二电流源222和第二晶体管223，第二晶体管223的栅极与误差放大器221的输出端相连，第二晶体管223的源极与第二电流源222和功率管211的栅极相连。

这时，调整器200在启动过程中的该输入电流等于k*(i1-i2)，i1为第一电流源332的电流，i2为第二电流源223的电流，i1＞i2。

控制电路240接收误差放大器221输出的电压信号后，产生用于控制负反馈电路220的第一控制信号以及用于控制恒流源电路230的第二控制信号。其中，第一控制信号和第二控制信号可以是开关控制信号。

例如，在调制器200不包括由第二电流源222和第二晶体管223组成的缓冲器时，误差放大器332的输出端与功率管211的栅极之间连接有第一开关(switch，sw)1，第一晶体管331的栅极与功率管211的栅极之间连接有第二开关sw2，第一电流源332与第一晶体管331的漏极之间连接有第三开关sw3。其中，触发器241接收到该第一电压信号时，该第一控制信号控制第一开关sw1断开，该第二控制信号控制第二开关sw2和第三开关sw3闭合；触发器241接收到该第二电压信号时，该第一控制信号控制第一开关sw1闭合，该第二控制信号控制第二开关sw2和第三开关sw3断开。

又例如，在调制器200包括第二电流源222和第二晶体管223组成的缓冲器时，第二电流源222与第二晶体管223的源极之间连接有第一开关sw1，第一晶体管331的栅极与功率管211的栅极之间连接有第二开关sw2，第一电流源332与第一晶体管331的漏极之间连接有第三开关sw3。其中，触发器241接收到该第一电压信号时，该第一控制信号控制第一开关sw1断开，该第二控制信号控制第二开关sw2和第三开关sw3闭合；触发器241接收到该第二电压信号时，该第一控制信号控制第一开关sw1闭合，该第二控制信号控制第二开关sw2和第三开关sw3断开。

可选地，在一种实现方式中，负反馈电路220还包括电阻串224，电阻串224连接在调整器200的输出端与误差放大器221的输入端之间，用于对调整器200输出的该输出信号的电压进行采样，得到反馈电压。

下面结合图4至图6，详细描述本申请实施例的调制器的电路结构。

图4是基于图2所述的调整器200的一种可能的实现方式。在负反馈电路220中，由电阻r1和电阻r2组成的电阻串对输出电压vo进行采样，得到反馈电压vfb。反馈电压vfb被输入至误差放大器120的正向输入端，误差放大器120的负向输入端接参考电压vref，反馈电压vfb和参考电压vref经误差放大器120进行差分放大后，得到电压vea。第二电流源222和第二晶体管223形成缓冲器，其中第二电流源222的一端接vin，另一端通过开关sw1与第二晶体管223相连。电压vea经过该缓冲器后得到电压vg，电压vg作为功率管211的栅极控制信号，功率管211可以根据电压vg对输出电压vo进行负反馈调整，从而使输出电压vo稳定在预定水平。

恒流源电路230包括第一晶体管331和第一电流源332。其中，第一晶体管331的栅极和功率管211的栅极相连，形成电流比为1：k的电流镜，功率管211的栅极与第一电流源332的一端之间设置有开关sw3，第一电流源332的另一端接地。第一晶体管331的栅极与功率管211的栅极之间设置有开关sw2。

误差放大器221输出电压vea，电压vea经过两个串联的反相器inv0和inv1后，作为触发器241的时钟输入信号clk，这里以触发器241为d触发器为例。触发器241的d输入端接高电平，调整器200的使能信号(enabled，en)的反相信号en_b清零，触发器241的输出端输出的ss_p信号用于控制开关sw1，其反相输出端输出的ss_n信号用于控制开关sw2和sw3。

调整器200未启动时，en＝0，en_b＝1，触发器241清零，ss_p＝0，ss_n＝1。调整器200开始启动时，en＝1，en_b＝0，触发器241保持前一时刻的状态，即ss_p＝0，ss_n＝1。此时，开关sw1断开，开关sw2和开关sw3导通，负反馈电路220是断开的，而恒流源电路239是导通的。第一晶体管331和功率管211形成电流比为1：k的电流镜，由于i1＞i2，因此，调整器200的输入电流即电压vin处的电流为恒定值，即k*(i1-i2)，从而实现了电流精确可控的软启动。

在启动过程中，输出信号vo逐渐增加，vfb逐渐接近vref。在输出信号vo达到预定水平时，vfb大于vref，因此误差放大器221输出的电压vea经反相器inv0和inv1整形并放大后得到的ss_cmp变为高电平。时钟输入信号clk为上升沿，触发器241输出的q＝d＝1，即ss_p＝1，ss_n＝0。此时，开关sw1闭合，开关sw2和开关sw3断开，负反馈电路220恢复正常，同时第一晶体管331和第一电流源332截止，调整器200对输出电压vo进行正常的负反馈调整。

触发器241的d输入端接高电平，负反馈电路220正常后，无论ss_cmp为任意值、是否再由上升沿输入至触发器241，触发器241都会保持ss_p＝1，ss_n＝0，使负反馈电路220正常工作。

在图4中，在调整器200启动过程中，利用误差放大器221实现了比较器的功能。当误差放大器221的正向输入端接收的反馈电压vfb，小于其负向输入端接收的参考电压vref时，反相器inv1输出的是低电平；当其正向输入端接收的反馈电压vfb，大于其负向输入端接收的参考电压vref时，反相器inv1输出的是高电平。

应理解，在反馈电压vfb大于参考电压vref时，经反相器inv0和inv1后得到的ss_cmp变为高电平。但是，通过对反相器inv0和inv1进行设置，也可以在反馈电压vfb接近参考电压vref时，例如反馈电压vfb与参考电压vref的差值小于一个阈值时，使ss_cmp变为高电平。本申请实施例对此不做限定。

可见，调整器200在启动过程中，首先断开负反馈电路220，导通恒流源电路230，从而通过恒流源电路210控制调整器的输入电流为恒定值即k*(i1-i2)，实现了有效的软启动。并且，调整器200在启动过程中，利用误差放大器221监测反馈电压vfb是否超过参考电压vref，并在反馈电压vfb超过参考电压vref后断开恒流源电路230，恢复负反馈电路220，使调整器200对输出电压vo进行正常的负反馈调整。

图5是基于图2所述的调整器的另一种可能的实现方式。与图4的不同之处在于，图5中的调制器中不包括由第二电流源222和第二晶体管223形成的缓冲器。误差放大器221的输出端直接与功率管211的栅极相连。图5中，在调整器200启动过程中，可以将其输入电流控制在k*i1。图5所示的具体原理可以参考图4中的相关描述，为了简洁，这里不再赘述。

图4和图5中所示为线性调整器。但本申请实施例中的方案可以应用于任何类型的调整器，例如线性调整期、开关调整器等。如图6所示的开关调整器，调整器200还包括稳压电荷泵250，例如2倍电荷泵。稳压电荷泵250连接在功率管211的漏极与调整器221的输出端之间。图6中，在调整器200启动过程中，可以将其输入电流控制在k*i1。图6所示的具体原理可以参考图4中的相关描述，为了简洁，这里不再赘述。

本申请实施例的调整器200可以应用于光学指纹芯片、触控芯片中，或者可以作为独立的调整器芯片。

该光学指纹芯片可以设置在电子设备的显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测，从而获取用户的指纹信息。

该触控芯片用于检测用户在电子设备的触摸屏上的触摸信息，例如位置信息和/或压力信息等。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。