专利名称：电源供应电路以及电源供应方法
技术领域：
本发明涉及一种电源供应电路以及电源供应方法，特别涉及可抑制噪声的电源供应电路以及电源供应方法。
背景技术：
高整合度的片上系统(System-on-a-chip，SoC)经常包含了模拟电路与数字电路，而数字电路在芯片中对电源产生的噪声(Noise)，经常会降低模拟电路的特性表现。此夕卜，芯片中内置的功率放大器或是交换式稳压器(Switching Regulator)对电源造成的噪声也会影响其他电路。为了使片上系统整体达到最佳的表现，电压源的稳定性便相当的重要。因此，片上系统中的子电路经常需要使用电压调整器来对抗电源噪声的干扰。综上所述，如何在芯片内实现一个低压降高电源噪声抑制的电压调整器便显得十分重要。 为了满足前述需求，有许多方案被发展出来，但都具有难以克服的缺陷。举例来说，在美国专利案US5162668中，利用电压泵来提高电压调整器的电源供应，藉此提高电源供应与输出电压之间的压降，但额外的电路不但造成额外的耗电与面积，额外使用的时钟信号也会对其他电路产生干扰。又如在美国专利案US 6541946B1中，利用一个高通滤波器将电源供应噪声加入到电压调整器的控制回路中，但因为低频噪声无法反应到电压调整器的控制回路中，导致无法改善低频部分的电源噪声抑制，若要达到这样的目的，电路可能需要占据相当大的面积。而在美国专利案US6897637B2与S. K. HOON的IEEE 2005论文中，利用一个电压减法器到电压调整器回路中，直接将电源噪声反馈到功率晶体管，但这样的做法，经由理论推导与实际测量数据都可以发现，对于电源噪声抑制改善幅度十分有限，对于现今芯片高噪声抑制的要求恐不敷使用。又如，在Mohamed El-Nozahi的IEEE 2010论文中，利用前馈控制放大器(Feed-forward Amplifier),在电压调整器的回路中加入一个电源噪声抵消路径，其主要缺点是必须使用外挂电容，将回路的主极点(Domain Pole)做在芯片外以维持回路稳定，这不但提升成本，也增加了印刷电路板上的面积，不符合现今低成本高整合度考虑的片上系统的需求。
发明内容
因此，本发明的一目的为提供一种具有噪声抑制能力的电源供应电路和电源供应方法。本发明的一实施例披露了一种电源供应电路，用以产生一输出电压，包含一噪声检测电路，用以接收一第一参考电压，并根据该输出电压以及该第一参考电压来产生一第二参考电压，其中该第二参考电压的噪声部分与该输出电压的噪声部分相关；一控制电压产生单元，用以接收一反馈电压以及该第二参考电压，并根据该反馈电压以及该第二参考电压产生一控制电压；一电压供应兀件，用以根据该控制电压以及一输入电压来产生该输出电压；以及一反馈网络，用以根据该输出电压产生该反馈电压。本发明的另一实施例披露了一种电源供应方法，使用在一电源供应电路上，用以产生一输出电压，包含根据该输出电压产生一反馈电压；根据该输出电压以及第一参考电压来产生一第二参考电压，其中该第二参考电压的噪声部分与该输出电压的噪声部分相关；根据该反馈电压以及该第二参考电压产生一控制电压；以及根据该控制电压以及一输入电压来产生该输出电压。通过前述的实施例，本发明可以使用简单的机制来抑制输出电压的噪声，以提供稳定的输出电压。
图I示出了根据本发明的实施例的电源供应电路的方块图。图2和图3示出了根据本发明图I的电源供应电路的详细电路图。图4示出了根据本发明的另一实施例的电源供应电路的方块图。
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图5和图6示出了根据本发明图4的电源供应电路的详细电路图。图7示出了根据本发明的实施例的电源供应方法的流程图。主要元件符号说明100、200、400 电源供应电路101噪声检测电路103控制电压产生单元105电压供应元件107反馈网络201单位增益放大器203反相放大器205、207、211、213、227 电阻209、214运算放大器210、247 电容215、216 输入端217、220、222 输出端219第一输入端221第二输入端223参考电压产生电路224、245 漏极225电流源228、243 栅极233控制端235输出端229开关元件231电流源241 源极
具体实施方式
请参考图1，其示出了根据本发明的实施例的电源供应电路100的方块图。如图I所示，电源供应电路100包含了噪声检测电路101、控制电压产生单元103、电压供应元件105以及反馈网络107。噪声检测电路101用以接收一第一参考电压Vkef以及输出电压Vwt，并根据输出电压Vrat以及第一参考电压Vkef来产生一第二参考电压Vkef，,其中第二参考电压Vkef,的噪声部分与输出电压Vtjut的噪声部分相关,也即第二参考电压Vkef,的噪声部分带有输出电压Vrat的噪声信息(以下将另举例详细说明)。于此实施例中，噪声信息包含纹波(ripple)噪声。控制电压产生单元103用以接收一反馈电压Vfb以及第二参考电压Vkef,，并根据反馈电压Vfb以及第二参考电压Vkef,产生一控制电压CS。电压供应元件105用以根据控制电压CS以及一输入电压Vin来产生输出电压Vwt。反馈网络107用以根据输出电压Vwt产生反馈电压Vfb。而且，噪声检测电路101以及控制电压产生单元103也可接收输入电压Vin来作为工作电压(或电源供应电压)。
根据前述的实施例，可了解Vin具有噪声部分Rin，故通过电压供应元件105会产生跟Vin相关的输出电压部分Vwtl。Voutl具有跟噪声部分Rin相对应的噪声部分。噪声检测电路101检测Vrat后，会据以产生跟Vwt反相的第二参考电压VKEF，。控制电压产生单元103根据第二参考电压Vkef,和反馈电压Vfb会产生控制电压CS，来通过电压供应元件105产生跟第二参考电压Vkef,相关的输出电压部分Vtjut2t5由于第二参考电压Vkef，也具有噪声部分Reef-，因此输出电压部分Vtjut2也会具有相对应的噪声部分。但输出电压部分Vwt2的噪声部分会跟输出电压部分Vwtl反相，因此会互相抵消。如此，便可得到理论上没有噪声的输出信号 Vout。图2中的(a)示出了根据本发明图I的电源供应电路的详细电路图。须注意的是，下列详细电路图仅用以举例，并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员当可根据本发明的教导更改电路而达到相同的效果。此类变化应在本发明的范围之内。在图2中的(a)所示的电源供应电路200中。噪声检测电路101包含了单位增益放大器(unit gainbuffer) 201以及反相放大器203。控制电压产生单元103作为一误差放大器。电压供应元件105为一 N型金属氧化物半导体晶体管，但不以此为限。反馈网络107为一电阻网络，但不以此为限。此外，第一参考电压Vkef由一参考电压产生电路223所产生。除此之外，电源供应电路200还包含一电容210，其一端耦接于控制电压产生单元103的一输出端220以及电压供应元件105的栅极228另一端耦接于一预定电压电平(此例中为一地电位)。电容210的主要功用作为一主极点(dominant pole)电容,用以产生主极点，以进一步在芯片内增进整个回路的稳定度，但维持整个回路的稳定度的方式不以此为限。也即，噪声检测电路101、控制电压产生单元103、电压供应元件105、反馈网络107以及电容210可以设置在同一芯片中。单位增益放大器201包含一运算放大器214,其一输入端215接收输出电压Vtjut,而其另一输入端216接至本身的输出端217。单位增益放大器201，用以缓冲输入端215的信号，其在输入端215的信号和输出端217输出的信号实质上是一样的，单位增益放大器201的主要作用是为了隔绝反相放大器203中的电阻与反馈网络107中的电阻的交互影响。因此其可被省略或是由其它电路取代。举例来说，图2中的(b)中的电路也可达成相同的效果，其包含一开关元件229和一电流源231。开关元件229具有一控制端233以及一输出端235，其中控制端233接收输出电压Vtjut,而输出端235耦接反相放大器203的第二输入端221。电流源231的一端耦接开关元件229的输出端235，而另一端则接至一预定电位(此例中为地电位 )。在此实施例中，反相放大器203具有一第一输入端219以及一第二输入端221,第一输入端219接收第一参考电压Vkef,而第二输入端221接收单位增益放大器201的输出端217所输出的信号(理论上与输出电压Vtjut相同)，并据以产生第二参考电压Vkef,。在一实施例中，反相放大器203包含两个电阻205、207以及一运算放大器209，其中，电阻205串接于单位增益放大器201的输出端217与第二输入端221之间，电阻207串接于第二输入端221以及输出端222之间。但其它类型的反相放大器也可运用在本发明当中，不以此为限。控制电压产生单元103在此例中作为一误差放大器，其两输入端分别接收第二参考信号Vkef,以及反馈电压Vfb，并根据第二参考信号Vkef,以及反馈电压Vfb的误差来产生控制电压CS。电压供应元件105为一 N型金属氧化物半导体晶体管，其栅极228接收控制电压CS，其漏极224接收输入电压Vin，且其源极输出前述输出电压V。#反馈网络107包含了电阻211和213，且电阻211和213之间的接点用以输出反馈电压VFB。参考电压产生电路223包含一定电流源225以及电阻227，且定电流源225以及电阻227间的接点用以输出第一参考电压Vkef。图3示出了图2中的(a)所示出的实施例的变型。在图2的(a)中，电压供应元件105为一 N型金属氧化物半导体晶体管，而图3中的电压供应元件105则为一 P型金属氧化物半导体，其栅极243接收控制电压CS，其源极241接收输入电压Vin，且其漏极245输出前述输出电压Vwt。此外，图3所示的实施例中，主极点电容的位置和图2中的(a)的实施例中的主极点电容位置不同。图3中的电容247作为主极点电容使用，其一端耦接于控制电压产生单元103的一输出端220以及电压供应元件105的栅极243，另一端则耦接于电压供应元件105的源极241 (或输入电压Vin)。图3所示的实施例的详细运作方式与图2中的(a)相同，故在此不再赘述。此外，图3中的单位增益放大器201也可被图2中的(b)中的电路所取代。图4示出了根据本发明的另一实施例的电源供应电路400的方块图，其为图I所示的实施例的变化图。图4所示的电源供应电路400和图I所示的电源供应电路100都一样具有噪声检测电路101、控制电压产生单元103、电压供应元件105以及反馈网络107。两实施例的主要差别在于图I中的噪声检测电路101接收输出电压Vwt，然而图4中的噪声检测电路101接收反馈电压VFB。也因此，图4中的噪声检测电路101根据反馈电压Vfb以及第一参考电压Vkef来产生第二参考电压Vkef,。图4的实施例中，产生第二参考电压VKEF,之后，后续的处理动作与图I的实施例一致，故在此不再赘述。图5和图6示出了根据本发明图4的电源供应电路的详细电路图。其中图5的实施例与图2中的(a)的实施例大致相同，主要的差别在于图2的(a)中的噪声检测电路101接收输出电压Vtjut,然而图5中的噪声检测电路101接收反馈电压VFB。也因此，图5中的单位增益放大器201接收反馈电压Vfb并缓冲输出反馈电压VFB，而非输出电压V-。同样的，图6的实施例与图3的实施例大致相同，主要的差别在于图3中的噪声检测电路101接收输出电压Vrat,然而图6中的噪声检测电路101接收反馈电压VFB。也因此，图6中的单位增益放大器201接收反馈电压Vfb并缓冲输出反馈电压Vfb，而非输出电压Vwt。除此之外，图5和图6所示的实施例的详细结构、动作模式以及其它特征和图2中(a)和图3所示的实施例的详细结构和动作模式大致上相同，故在此不再赘述。根据前述的实施例，可得到一电源供应方法。图7示出了根据本发明的实施例的电源供应方法的流程图，其包含了下列步骤步骤701根据输出电压Vtjut产生一反馈电压VFB。步骤703接收输出电压Vwt (或接收反馈电压Vfb)以及第一参考电压Vkef来产生第二参考电压Vkef,,其中第二参考电压VKEF，的噪声部分与该输出电压的噪声部分相关。
步骤705根据反馈电压Vfb(或输出电压Vwt)以及第二参考电压Vkef,产生一控制电压CS。步骤707根据控制电压CS以及输入电压Vin来产生该输出电压Vwt。图7所示的电源供应方法的其它详细技术特征，可由前述实施例轻易推得，故在此不再赘述。通过前述的实施例，本发明可以使用简单的机制来抑制输出电压的噪声，以提供稳定的输出电压。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种电源供应电路，用以产生一输出电压，包含 一噪声检测电路，用以接收一第一参考电压，并根据所述输出电压以及所述第一参考电压来产生一第二参考电压，其中所述第二参考电压的噪声部分与所述输出电压的噪声部分相关； 一控制电压产生单元，用以接收一反馈电压以及所述第二参考电压，并根据所述反馈电压以及所述第二参考电压产生一控制电压； 一电压供应元件，用以根据所述控制电压以及一输入电压来产生所述输出电压；以及 一反馈网络，用以根据所述输出电压产生所述反馈电压。
2.根据权利要求I所述的电源供应电路，其中，所述第二参考电压的噪声部分与所述输入电压对所述输出电压造成的噪声部分反相。
3.根据权利要求I所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路包含 一反相放大器，具有一第一输入端以及一第二输入端，所述第一输入端接收所述第一参考电压，而所述第二输入端接收所述输出电压，并据以产生所述第二参考电压。
4.根据权利要求3所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路还包含 一单位增益放大器，用以接收所述输出电压并缓冲输出所述输出电压至所述第二输入端。
5.根据权利要求3所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路还包含 一开关元件，具有一控制端以及一输出端，其中所述控制端接收所述输出电压，而所述输出端耦接所述第二输入端；以及 一电流源，一端耦接所述开关元件的所述输出端，而另一端耦接一预定电位。
6.根据权利要求I所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路根据所述反馈电压以及所述第一参考电压来产生所述第二参考电压。
7.根据权利要求6所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路包含 一反相放大器，具有一第一输入端以及一第二输入端，所述第一输入端接收所述第一参考电压，而所述第二输入端接收所述反馈电压，并据以产生所述第二参考电压。
8.根据权利要求7所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路还包含 一单位增益放大器，用以接收所述反馈电压并缓冲输出所述反馈电压至所述第二输入端。
9.根据权利要求7所述的电源供应电路，其中，所述噪声检测电路还包含 一开关元件，具有一控制端以及一输出端，其中所述控制端接收所述反馈电压，而所述输出端耦接所述第二输入端；以及 一定电流源，一端耦接所述开关元件的所述输出端，而另一端耦接一预定电位。
10.根据权利要求I所述的电源供应电路，其中，所述电压供应元件包含一N型金属氧化物半导体晶体管，其栅极接收所述控制电压，其漏极接收所述输入电压，且其源极输出所述输出电压。
11.根据权利要求I所述的电源供应电路，还包含一电容，其一端耦接于所述控制电压产生单元的一输出端，另一端耦接于一预定电压电平，用以产生一主极点，其中所述噪声检测电路、所述控制电压产生单元、以及所述电容设置在一芯片中。
12.根据权利要求I所述的电源供应电路，其中所述噪声检测电路以及所述控制电压产生单元接收所述输入电压来作为一工作电压。
13.一种电源供应方法，使用在一电源供应电路上，用以产生一输出电压，包含 根据所述输出电压产生一反馈电压； 根据所述输出电压以及第一参考电压来产生一第二参考电压，其中所述第二参考电压的噪声部分与所述输出电压的噪声部分相关； 根据所述反馈电压以及所述第二参考电压产生一控制电压；以及 根据所述控制电压以及一输入电压来产生所述输出电压。
14.根据权利要求13所述的电源供应方法，其中，所述第二参考电压的噪声部分与所述输入电压对所述输出电压造成的噪声部分反相。
15.根据权利要求14所述的电源供应方法，其中，根据所述输出电压以及所述第一参考电压来产生一第二参考电压的步骤根据所述反馈电压以及所述第一参考电压来产生所述第二参考电压。
全文摘要
本发明提供一种电源供应电路以及电源供应方法。该电源供应电路用以产生一输出电压，包含一噪声检测电路，用以接收一第一参考电压，并根据该输出电压以及该第一参考电压来产生一第二参考电压，其中该第二参考电压的噪声部分与该输出电压的噪声部分相关；一控制电压产生单元，用以接收一反馈电压以及该第二参考电压，并根据该反馈电压以及该第二参考电压产生一控制电压；一电压供应元件，用以根据该控制电压以及一输入电压来产生该输出电压；以及一反馈网络，用以根据该输出电压产生该反馈电压。
文档编号H02M1/44GK102904442SQ20121004484
公开日2013年1月30日 申请日期2012年2月24日 优先权日2011年7月29日
发明者石益璋, 张益韶 申请人:瑞昱半导体股份有限公司