专利名称：低压降调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低压降(LDO)电压调节器电路。尤其是，本发明涉及限制这种调节器中的短路电流。
背景技术：
尽管安装有LDO调节器的电路的常用供给电压中有波动，但是LDO调节器提供稳定的输出电压。当包含有LDO调节器的电路被上电时，或偶然发生调节器输出短路时，需要限制输出电流以避免发生故障。为了限制这种短路电流，可以考虑使用专门的限流电路。这些电路包括反馈回路， 当输出电流大于基准电流时，所述反馈回路测量调节器的输出电流，然后将其与基准电流进行比较以对调节器进行操作。
图1示出这种限流电路。可以看出，在这种电路中有两个特定的功能单元。第一单元RE⑶Ll表示调节器的电压调节回路。该调节回路允许维持稳定的输出电压v。ut。第二单元LIMITl表示限流回路。在下文中，仅考虑限流回路。读取电路时，本领域的技术人员能够理解调节回路的运作。为了获取输出电流I。ut，PMOS复制晶体管TlO设置成复制从PMOS功率晶体管Tll 产生的输出电流。为了简化描述，自晶体管Tll的电流被包含在输出电流中。与晶体管产生的电流相比，调节回路的电阻所吸取的电流是可以忽略的。晶体管TlO和Tll是硅片上的成对晶体管，并且设置成晶体管TlO的栅极连接到晶体管Tll的栅极，且晶体管TlO的源极连接到晶体管Tll的源极。因此，晶体管TlO的漏极电流Imimff与晶体管Tll的漏极电流I。ut是成比例的。晶体管TlO和Tll具有相同的物理特性。尤其是，它们具有相同的栅极长度L。然而，它们具有不同的栅极宽度WlO和W11。实际上，Tll的栅极宽度Wll远大于TlO的栅极宽度W10。
W因此，通过使用MOS晶体管的线性模型，得到J- = ^r · 1^irror。
yvXQ晶体管TlO的漏极连接到比较器COMPl的非反相输入端和电阻R1(l。比较器的反相输入端连接到与第二电阻R11平联的基准电流源Iref。电阻Rltl和R11中的每一个具有接地端。例如，电阻Rltl和R11具有相同的R值。因此，比较器COMPl的输出电压Vsltl与电流Imimff (与输出电流I。ut成比例)和基准电流Im之差是成比例的。比例系数是电阻R和比较器的增益Gltl的乘积。比较器的输出端连接到PMOS晶体管TlO和Tll的栅极。因此，使用小信号模型，电流I。ut与比较器的输出电压是成比例的，比例系数为晶体管Tll的增益Gmp。因此，可以以下列方式建模信号Vslo = G10. R. (Imirror-Iref)Iout = -Gmp. Vslo.最后，可以根据IMf，利用下列公式计算I。ut
Γ r Wu Gmp-G\0'R τ+由于开环增益Gmp. Gltl. R非常高，可以以。= ./^/ 简化I。ut的公式。因此，可以看出，通过选择和Wltl的值，可以设置输出电流。在此限流回路中，电流消耗是非常高的。此外，当功率晶体管Tll的尺寸减小时， 这种消耗的增长甚至更大。下列提供一些值以说明这种消耗。表1
由比较器COMPl所消耗的电流Iad = 4uA输出电流Iout = 200mA基准电流Iref = 1 μ A晶体管Tll的栅极宽度W11 = 32000 μ m晶体管Tio的栅极宽度W10 = ΙΟμιη晶体管T10和T11的栅极长度L = 0. 2 μ m通过将基准电流、镜像电流和由比较器所消耗的电流相加可以近似计算出由限流回路所消耗的电流Itl Iq Iref+Iad+Imirror或者为Iq = Iref + 1 ad + 10使用上表中的数据，可以得出电流Itl = 67. 5 μ A0对LDO调节器的要求严格控制电流消耗小于150 μ Α。因此，限流回路已经消耗接近目标值一半的电流。为了减小这种消耗，可以减小W10。然而，电路的结构不允许对此参数降低太多。 可以考虑增加Wn。然而，由于输出电流取决于W11，此处几乎没有调整的空间。此外，因为可能具有2000或更高的表面积比率的差异，使得晶体管TlO和Tll的配对变得很难，因此限流回路的精度非常低。图2示出LDO电路中这些晶体管的分布状况。可以看出，由于几乎硅的整个表面积被Tii所占据，因此，很难配对这两种晶体管。
可以与由晶体管TlO复制电流的精度相比较来估计限流回路的精确度。标准偏差在重新复制电流时根据相对误差计算，并且重新复制的精度被估计为标准偏差的六倍。然
其中Vgt为晶体管TlO的栅极和源极之间的电压与晶
后，精度表示为
权利要求
1.一种低压降电压调节器，包括输出端子，所述输出端子用于提供根据基准电压调节的输出电压(v。ut)，且用于提供输出电流(I。ut)，并且所述低压降电压调节器还包括输出电流限制单元(LIMIT3)，所述单元包括-输出电流复制模块(T31)，所述输出电流复制模块用于提供所述输出电流的镜像电☆丨L (Imirror)，-比较模块(C0MP31、C0MP32)，所述比较模块用于比较所述镜像电流与基准电流(Iref)，-反馈模块(C0MP31、C0MP32、I 35、REGUL3)，当所述镜像电流大于所述基准电流时，位于所述调节器中的所述反馈模块用于限制所述输出电流， 其中，所述镜像电流被注入到所述输出端子。
2.如权利要求1所述的调节器，其中，所述基准电流被注入到所述输出端子。
3.如前述任一项权利要求所述的调节器，其中，所述比较模块包括-第一输入，所述第一输入与第一电势连接，所述第一电势是所述输出电压和所述镜像电流的强度的函数，及-第二输入，所述第二输入与第二电势连接，所述第二电势是所述输出电压和所述基准电流的强度的函数。
4.如权利要求3所述的调节器，其中，-所述输出端子为第一 PMOS功率晶体管(T30)的漏极，-所述输出电流复制模块包括与所述第一晶体管成对的第二 PMOS晶体管，所述第一晶体管的栅极连接到所述第二晶体管的栅极且所述第一晶体管的源极连接到所述第二晶体管的源极，-所述比较器的输出连接到所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极， 所述调节器还包括-第一电阻(R33),所述第一电阻设置在所述输出端子和所述比较器的所述第一输入之间，及-第二电阻(R34),所述第二电阻设置在所述输出端子和所述比较器的所述第二输入之间。
5.一种包括如权利要求1至4中任一项所述的调节器的装置。
6.一种用于控制低压降电压调节器的方法，所述低压降电压调节器包括输出端子，所述输出端子用于提供根据基准电压调节的输出电压(V。ut)，且用于提供输出电流(I。ut)，并且所述低压降电压调节器还包括输出电流限制单元(LIMIT3)，所述方法包括复制(S60)所述输出电流以提供所述输出电流的镜像电流(ImimJ， 比较(S61)所述镜像电流与基准电流(Iref),当所述镜像电流大于所述基准电流时，给所述调节器提供反馈(S6!3)，以限制所述输出电流，及将所述镜像电流注入(S64)到所述输出端子。
7.如权利要求6所述的方法，还包括-将所述参考电流注入到所述输出端子。
全文摘要
本发明提出一种低压降电压调节器，包括输出端子，所述输出端子用于提供根据基准电压调节的输出电压(Vout)，且用于提供输出电流(Iout)，并且所述低压降电压调节器还包括输出电流限制单元(LIMIT3)，所述单元包括复制部件(T31)，所述复制部件用于复制所述输出电流以提供所述输出电流的镜像电流(Imirror)，比较部件(COMP31、COMP32)，所述比较部件用于比较所述镜像电流与基准电流(Iref)，反馈部件(COMP31、COMP32、R35、REGUL3)，当所述镜像电流大于所述基准电流时，所述反馈部件用于给调节器提供反馈以限制所述输出电流，并且所述镜像电流被注入到所述输出端子。
文档编号G05F1/573GK102597900SQ201080036749
公开日2012年7月18日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年7月16日
发明者亚历山大·庞斯 申请人:意法爱立信有限公司