线性电压调节器的自适应控制的制作方法
本公开涉及被配置为调节输出电压的线性电压调节器，诸如低压降(ldo)调节器。
背景技术：
线性电压调节器可以调节输出电压。例如，线性电压调节器可以使用10伏的供电电压来输出5伏的电压。低压降(ldo)调节器可以调节接近供电电压的输出电压。例如，ldo调节器可以使用5.5伏的供电电压来输出5伏的电压。在任何情况下，可能期望线性电压调节器(诸如ldo调节器)具有高的动态性能(例如，快速地实现调节电压)、空载稳定性(例如，在小的负载电流或无负载电流的情况下调节输出电压)、以及具有低的电流消耗(例如，低的静态电流)。
技术实现要素：
总体上，本公开涉及允许低压降(ldo)调节器在整个负载电流范围内(例如，空载到满载)保持稳定的技术，同时保持动态性能并限制电流消耗。在汽车的示例性应用中，这种ldo调节器可以在汽车关闭发动机而停车时调节由电气负载装置(例如，内部车灯)使用的电压。在一些示例中，ldo调节器可以在开环传递函数的穿越频率(crossoverfrequency)处动态地生成零点，而不是需要最小负载电流。换句话说，当输出电压(例如，5伏特)对应于期望的输出电压时，ldo调节器可以有效地抑制电压调节控制，而不是必定地限制负载电流，以允许ldo在低负载电流以及高负载电流下保持稳定。在一些示例中，这种抑制可以根据ldo调节器的负载电流而变化。例如，当负载电流减小时，抑制可以增加，使得当负载电流非常低(例如，小于50μa)或没有负载电流时，ldo调节器可以有效地抑制电压调节控制。
在示例中，一种电路包括电压源、传递模块、差分放大器模块和控制模块。传递模块被配置为使用具有电阻的通道来电耦合电压源与负载，并且基于控制信号来修改通道的电阻。差分放大器模块被配置为基于电压参考与负载处的电压的表示的比较来生成差分信号。控制信号基于差分信号。控制模块被配置为根据传递函数来生成负载处的电压的表示。传递函数包括实质上位于传递函数的穿越频率处的零点。
在另一示例中，一种方法包括由电路确定负载处的负载电流的表示，以及由电路在用于控制负载处的电压的传递函数的穿越频率处生成零点以生成负载处的电压的表示。在传递函数的穿越频率处生成零点是基于负载电流的表示。该方法还包括由电路响应于负载处的电压的表示与参考电压之间的差异来输出控制信号，并且由电路根据控制信号来控制负载处的电压。
在另一示例中，一种电路包括电流感测单元、控制模块、差分放大器模块和传递模块。电流感测单元被配置为确定负载处的负载电流的表示。控制模块被配置为在用于控制负载处的电压的传递函数的穿越频率处生成零点以生成负载处的电压的表示。传递函数的穿越频率处的零点是基于负载电流的表示。差分放大器模块被配置为响应于负载处的电压的表示与参考电压之间的差异来输出控制信号。传递模块被配置为根据控制信号来控制负载处的电压。
这些和其它示例的细节在附图和下面的说明中阐述。其它的特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的被配置为在整个负载电流范围内保持稳定的示例系统的框图。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的系统的示例第一电路的电路图。
图3是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的系统的示例第二电路的电路图。
图4是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的系统的示例第三电路的电路图。
图5是根据本公开的一种或多种技术的图1的系统的性能的第一图示。
图6是根据本公开的一种或多种技术的图1的系统的性能的第二图示。
图7是根据本公开的一种或多种技术的图1的系统的性能的第三图示。
图8是根据本公开的与可以由电路执行的技术一致的流程图。
具体实施方式
一些系统可以使用低压降(ldo)调节器。例如，ldo调节器可以输出5伏特的电压，以在汽车关闭发动机而停车时激活由电池驱动的电气负载(例如，顶灯、汽车喇叭、门锁致动器或另一电气负载)。然而，这样的电路可能必要地被设计成保持通过ldo调节器的最小负载电流，以便使ldo调节器保持稳定(例如将电压调节到5伏特)。
在一些示例中，ldo调节器可以在开环传递函数的穿越频率处生成零点，而不是将ldo调节器限于保持适当的最小负载电流的应用，以允许ldo调节器在整个电流范围内保持稳定。例如，ldo调节器可以包括零点生成单元，其在到ldo调节器中的反馈中提供电容器和电阻组合，在开环传递函数的穿越频率处生成零点。此外，在一些示例中，ldo调节器可以根据负载电流动态地改变电阻组合的电阻，以使特定负载电流的相位裕度最大化。
另外，ldo调节器可以包括使用晶体管(例如，n沟道耗尽场效应晶体管)来使负载电流镜像的电流感测单元，而不是依赖于易受温度变化和工艺变化影响的电阻器和电容器来提供用于生成零点的精确的电流感测。以这种方式，ldo调节器可以快速准确地确定负载电流，以用于在开环传递函数的穿越频率处精确地生成零点。
此外，ldo调节器可以包括控制来自运算放大器的电压输出的运算放大器(“opamp”)，而不是依赖于控制来自运算跨导放大器(“ota”)的电流输出的ota来控制ldo调节器。更具体地，运算放大器可以允许在栅极处使用电容器来降低ldo调节器的电磁干扰(emi)和/或改善ldo调节器的直接功率注入测量。在运算放大器具有低输出阻抗的示例中，电容器的极点可以被向上推到非常高的频率，这不会干扰ldo调节器的控制(例如，在开环传递函数的穿越频率处生成零点)。
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的被配置为在整个负载电流范围内保持稳定的示例系统100的框图。如图1的示例所示，系统100可以包括电压源102、负载104、传递模块106、差分放大器模块108和控制模块110。
电压源102可以被配置为向系统100的一个或多个其它部件提供电力。例如，电压源102可以被配置为向负载104供应输入功率。在一些示例中，电压源102包括可以被配置为存储电能的电池。电池的示例可以包括但不限于镍镉、铅酸、镍金属氢化物、镍锌、氧化银、锂离子、锂聚合物、任何其它类型的可再充电电池、或者其任何组合。在一些示例中，电压源102可以包括功率转换器或功率逆变器的输出。例如，电压源102可以包括直流(dc)到dc功率转换器、交流(ac)到dc功率转换器等的输出。在一些示例中，电压源102可以表示至供电电网的连接。在一些示例中，由电压源102提供的输入功率信号可以是dc输入功率信号。例如，在一些示例中，电压源102可以被配置为提供约5vdc至约40vdc的范围内的dc输入功率信号。
负载104可以包括被配置为经由传递模块106接受来自电压源102的电流的装置。在一些示例中，负载104可以是电阻性的。电阻性负载的示例可以包括座椅调节、辅助加热、窗户加热、发光二极管(led)、后照明、或者其它电阻性负载。在一些示例中，负载104可以是电感性的。电感性负载的示例可以包括在雨刷器系统、防抱死制动系统(abs)、电子制动系统(ebs)、继电器、电池断开、风扇、或者包括电感性负载的其它系统中的一个或多个中使用的致动器、马达和泵。在一些示例中，负载104可以是电容性的。电容性负载的示例可以包括照明元件，例如氙弧灯。
传递模块106可以包括适于控制流过传递模块106的电流的量的任何装置。更具体地，在一些示例中，传递模块106可以被配置为使用具有电阻的通道来电耦合电压源102和负载104，并且基于控制信号来修改通道的电阻。例如，传递模块106可以包括一个或多个传递元件，每个传递元件可以被切换以控制通过相应的传递元件的电流。传递元件的示例可以包括但不限于可控硅整流器(scr)、场效应晶体管(fet)和双极结型晶体管(bjt)。fet的示例可以包括但不限于结型场效应晶体管(jfet)、金属氧化物半导体fet(mosfet)、双栅极mosfet、绝缘栅双极晶体管(igbt)、任何其它类型的fet、或者其任何组合。mosfet的示例可以包括但不限于耗尽型p沟道mosfet(pmos)、增强型pmos、耗尽型n沟道mosfet(nmos)、增强型nmos、双扩散mosfet(dmos)、或任何其它类型的mosfet、或者其任何组合。bjt的示例可以包括但不限于pnp、npn、异质结、或任何其它类型的bjt、或者其任何组合。应当理解，传递元件可以是高侧或低侧。此外，传递元件可以是电压控制和/或电流控制的。电流控制的开关元件的示例可以包括但不限于氮化镓(gan)mosfet、bjt或其它电流控制的元件。
差分放大器模块108可以被配置为基于电压参考与负载104处的电压的表示的比较来生成差分信号。在一些示例中，如进一步描述的，差分信号可以用于生成控制流过传递模块106的电流的量的控制信号。差分放大器模块108可以包括适于放大两个输入电压之间的差的任何装置。在一些示例中，差分放大器模块108可以包括差分放大器单元。与运算放大器相比，差分放大器单元可以具有更高的差模增益、更高的输入阻抗和更低的输出阻抗。差分放大器模块108可以包括被配置为接收负载104处的输出电压并且输出与负载104处的电压相对应的电压的一组电阻元件。例如，该组电阻元件可以形成分压器，其输出比率使得对应于负载104处的电压的电压是适合于由差分放大器单元使用的电压。差分放大器模块108可以包括一个或多个电容器以提供控制稳定性并提高控制性能。
差分放大器模块108使用的参考电压可以是任何合适的参考。例如，电压参考可以是来自控制器的输出。在一些示例中，控制器可以是包含处理器核、存储器、输入和输出的单个集成电路上的微控制器。例如，控制器可以包括一个或多个处理器，包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、或者任何其它等效的集成或分立逻辑电路、以及这样的部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指代单独的或者与其它逻辑电路或任何其它等效电路组合的前述逻辑电路中的任何一种。在一些示例中，控制器可以是一个或多个模拟部件和一个或多个数字部件的组合。
控制模块110可以被配置为在开环传递函数的穿越频率处生成零点，以允许系统100在整个电流范围内保持稳定。如图所示，控制模块110可以包括零点生成单元120、电压感测单元122和电流感测单元124。
电流感测单元124可以被配置为估计从电压源102经由传递模块106流向负载104的电流。在一些示例中，电流感测单元124可以包括被配置为镜像从电压源102经由传递模块106流向负载104的电流的一个或多个晶体管。这种晶体管的示例可以包括但不限于耗尽型pmos、增强型pmos、耗尽型nmos、增强型nmos、dmos、或任何其它类型的mosfet、或者其任何组合。在一些示例中，被配置为镜像电流的晶体管可以被匹配，以提高从电压源102经由传递模块106流向负载104的估计电流的精度。
电压感测单元122可以被配置为估计被供应给负载104的电压。在一些示例中，电压感测单元122可以包括被配置为镜像负载104处的电压的一个或多个晶体管。这种晶体管的示例可以包括但不限于耗尽型pmos、增强型pmos、耗尽型nmos、增强型nmos、dmos、或任何其它类型的mosfet、或者其任何组合。在一些示例中，被配置为镜像电压的晶体管可以被匹配，以提高负载104处的估计电压的精度。
零点生成单元120可以被配置为在开环传递函数的穿越频率处生成零点。在一些示例中，零点生成单元120可以包括晶体管单元，其被配置为根据负载104处的负载电流来修改通道的电阻以控制开环传递函数的穿越频率处的零点的放置。每个晶体管单元可以包括一组晶体管。例如，晶体管单元可以包括栅极耦合在一起的两个匹配的耗尽型pmos晶体管。以这种方式，零点生成单元120可以根据负载104处的电流来移动零点。例如，零点生成单元120可以根据由电流感测单元124生成的负载104处的电流的表示来移动零点。零点生成单元120可以包括电容器，其耦合到晶体管单元使得电容器和晶体管单元的通道的电阻基于负载104处的电流的表示来在开环传递函数的穿越频率处生成零点。以这种方式，系统100可以在负载104处的电流的整个范围内保持稳定。
系统100可以在开环传递函数的穿越频率处生成零点，而不是将系统限于在超过最小负载电流下操作的应用并且不是在由负载104生成的极点上生成零点。以这种方式，系统100可以用于在低负载电流(例如，小于50μa)和/或无负载电流以及在高电流(例如，传递模块106的传递元件的最大额定电流)的情况下操作的应用。此外，由于系统100在开环传递函数的穿越频率处生成零点而不是将零点生成在由负载104生成的极点上，所以与在由负载104生成的极点上生成零点的系统相比，系统100可以具有增加的相位裕度，从而提供进一步的稳定性。此外，由于系统100可以使用电流镜和电压镜在开环传递函数的穿越频率处生成零点，而不是依赖于易受温度变化和工艺变化影响的电阻器和电容器，所以与依赖于电阻器和电容器的系统相比，系统100可以具有增加的相位裕度，从而提供甚至进一步的稳定性。
根据所描述的一种或多种技术，系统100确定负载104处的负载电流的表示。例如，电流感测单元124可以使用一组匹配的耗尽型nmos晶体管来镜像从电压源102经由传递模块106流向负载104的电流。系统100基于负载电流的表示在用于控制负载104处的电压的传递函数的穿越频率处生成零点，以生成负载104处的电压的表示。例如，零点生成单元120基于从电流感测单元124接收的镜像电流来控制零点生成单元120的晶体管单元，使得晶体管单元的通道的电阻在传递函数的穿越频率处生成零点以用于控制负载104处的电压。在该示例中，零点生成单元120可以通过向差分放大器模块108的差分放大器单元的负输入输出使用从零点生成单元120的晶体管单元输出的电压生成的电压来生成负载104处的电压的表示。
系统100响应于负载104处的电压的表示与参考电压之间的差异来输出控制信号。例如，差分放大器模块108的差分放大器单元基于参考电压与由控制模块110的零点生成单元120输出的负载104处的电压的表示的比较来生成差分信号。在该示例中，传递模块106的镜像传递元件接收差分信号并且生成控制信号。系统100根据控制信号来控制负载104处的电压。例如，传递模块106的耗尽型nmos可以在栅极处接收控制信号，并且根据控制信号调节连接电压源102和负载104的耗尽型nmos的通道的电阻，使得负载104处的电压约为5伏特(例如，4.9伏至5.1伏特、4.99伏至5.01伏特、或另一电压范围)。
以这种方式，所描述的一种或多种技术允许系统100在整个负载电流范围内保持稳定。例如，零点生成单元120可以在至差分放大器模块108中的反馈中提供电容器和电阻组合，该组合在开环传递函数的穿越频率处生成零点。此外，系统100可以包括使用晶体管(例如，耗尽型nmos)来镜像负载电流的电流感测单元，而不是依赖于易受温度变化和工艺变化影响的电阻器和电容器来提供用于生成零点的精确的电流感测。以这种方式，系统100可以快速准确地确定负载电流，以用于在开环传递函数的穿越频率处精确地生成零点。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的系统100的示例第一电路200的电路图。如图所示，电路200包括电压源202、负载204、传递模块206、差分放大器模块208和零点生成单元220、电压感测单元222和电流感测单元224。电压源202可以是图1的电压源102的示例。负载204可以是图1的负载104的示例。例如，如图所示，负载204可以是电阻性的和电容性的。传递模块206可以是图1的传递模块106的示例。差分放大器模块208可以是图1的差分放大器模块108的示例。零点生成单元220、电压感测单元222和电流感测单元224可以是图1的控制模块110的示例。例如，零点生成单元220可以是零点生成单元120的示例，电压感测单元222可以是图1的电压感测单元122的示例，电流感测单元224可以是图1的电流感测单元124的示例。
电压源202可以包括输入电压232和电荷泵234。输入电压232可以是电池、dc到dc功率转换器、ac到dc功率转换器的输出、或另一输入电压。电荷泵234可以被配置为使用电容器来增加由输入电压232供应的电压。
传递模块206可以包括负载传递元件240、镜像传递元件242、第一传递元件244和第二传递元件246。虽然在图2的示例中将负载传递元件240、镜像传递元件242、第一传递元件244和第二传递元件246示出为增强型nmos，但是在其它示例中，负载传递元件240、镜像传递元件242、第一传递元件244和/或第二传递元件246可以是另一传递元件。
镜像传递元件242可以被配置为接收差分信号并且生成控制信号。例如，镜像传递元件242可以在镜像传递元件242的栅极处从差分放大器模块208接收差分信号，并且响应于接收到差分信号来生成控制信号。如图所示，镜像传递元件242的漏极耦合到负载传递元件240的漏极，并且镜像传递元件242的源极耦合到电压感测单元222的虚拟输出以及耦合到负载传递元件240的栅极。负载传递元件240可以被配置为根据控制信号来控制流过负载传递元件240的电流的量。如图所示，负载传递元件240的源极可以耦合到负载204，并且负载传递元件240的漏极可以耦合到第二传递元件246的漏极。
第一传递元件244可以被配置为当负载传递模块206在关闭状态下操作时进一步降低负载204处的电压。例如，第一传递元件244可以进一步将负载204处的负载电压降低到实质上零伏(例如，小于0.1伏)，而不是仅在打开状态下操作负载传递元件240(这可以允许保持负载204处的负载电压(例如，小于0.5伏特))。如图所示，第一传递元件244的漏极可以耦合到电压源202的输入电压232，第一传递元件244的栅极可以耦合到电压源202的电荷泵234，并且第一传递元件244的源极可以耦合到第二传递元件246的漏极。
第二传递元件246可以被配置为防止电流从负载204流向电压源202。例如，第二传递元件246可以使用阻挡电流的第二传递元件246的寄生二极管来防止电流从负载204流向电压源202，从而允许第一传递元件244和第二传递元件246具有允许电流从负载204流向电压源202的寄生二极管。如图所示，第二传递元件246的漏极可以耦合到负载传递元件240的漏极，第二传递元件246的栅极可以耦合到电压源202的电荷泵234，并且第二传递元件246的源极可以耦合到第一传递元件244的源极。以这种方式，第一传递元件244和第二传递元件246可以完全导通地操作(例如，饱和或有源模式而不是线性、三极管或欧姆模式)，从而没有动态电流要求以减少电压源202的电荷泵234的电流消耗。
差分放大器模块208可以被配置为基于电压参考与负载处的电压的表示的比较来生成差分信号。如图所示，差分放大器模块208包括差分放大器单元250、电阻元件252a、252b和252c(“电阻元件组252”)、和电容器254。差分放大器单元250可以是输出在差分放大器单元250的第一输入处接收的第一电压与在差分放大器单元250的第二输入处接收的第二电压之间的放大的差的任何电气装置。例如，差分放大器单元250可以向传递模块206的镜像传递元件242的栅极输出在差分放大器单元250的第一输入(例如，正输入)处接收的电压参考与在差分放大器单元250的第二输入(例如，负输入)处接收的电压之间的放大的差。
电流感测单元224可以被配置为镜像负载204处的电流。如图所示，电流感测单元224包括晶体管256a至256d。在一些示例中，晶体管256a至256d可以被匹配，使得在晶体管256a至256d中的每一个中流动的电流可以精确地对应于在晶体管256a至256d中的其它中流动的电流。以这种方式，负载204处的电流可以被晶体管256a检测，并且由晶体管256b以缩放因子1:m镜像，其转而由晶体管256c以缩放因子1:n镜像，其转而由晶体管256d镜像，以向差分放大器模块208的差分放大器单元250提供电流偏置。
电压感测单元222可以被配置为镜像负载204处的电压。如图所示，电压感测单元222包括晶体管260、262、264和266。在一些示例中，晶体管260、262、264和266可以被匹配使得在晶体管260、262、264和266中的每一个中流动的电流可以精确地对应于在晶体管260、262、264和266中的其它中流动的电流。以这种方式，晶体管260和262可以形成p沟道源极跟随器，其检测负载204处的电压并且以缩放因子1:m镜像晶体管262的源极处的电压。另外，晶体管264和266可以形成n沟道源极跟随器，其在负载204处的电流下降到零时通过向由晶体管260和262形成的p沟道源极跟随器中提供电流来确保电路200的稳定性。
零点生成单元220可以被配置为在开环传递函数的穿越频率处生成零点。如图所示，零点生成单元220包括电容器270、272和274以及晶体管单元276和278。电容器274可以减小电路200的电磁干扰和/或改善电路200的直接功率注入测量。差分放大器模块208的电阻元件组252可以被配置为接收负载204处的电压并且向电容器270和272输出与负载204处的电压对应的电压。晶体管单元276可以被配置为使用具有电阻的通道来将差分放大器模块208的差分放大器单元250的输出经由电容器272电耦合到差分放大器模块208的差分放大器单元250的第二输入(例如，负极)。如图所示，晶体管单元276包括晶体管282和284以及电阻器280。晶体管282向晶体管284的栅极提供与电流感测单元224的晶体管256c所镜像的电流对应的电压。电阻器280可以被可选地包括以提供进一步的控制稳定性。晶体管单元278可以被配置为通过表示电容器272与差分放大器模块208的差分放大器单元250的输出之间的最大电阻的电阻来电耦合电容器272与差分放大器模块208的差分放大器单元250的输出。如图所示，晶体管单元278包括晶体管286、288和电流源290。晶体管286向晶体管288的栅极提供与电流源290的电流对应的电压。
以这种方式，所描述的一种或多种技术允许电路200在整个负载电流范围内保持稳定。例如，零点生成单元220可以在到差分放大器模块208的差分放大器单元250的反馈中提供电容器272和晶体管单元276，其在开环传递函数的穿越频率处生成零点。此外，电路200可以包括使用晶体管256a至256d的电流感测单元224来镜像负载电流，而不是依赖于易受温度变化和工艺变化影响的电阻器和电容器来提供用于生成零点的精确电流感测。以这种方式，电路200可以快速准确地确定负载电流，以用于在开环传递函数的穿越频率处精确地生成零点。
图3是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的系统100的示例第二电路300的电路图。如图所示，电路300包括电压源302、负载304、传递模块306、差分放大器模块308和零点生成单元320、电压感测单元322和电流感测单元324。
电压源302可以实质上类似于图2的电压源202。例如，电压源302可以包括实质上类似于图2的输入电压232的输入电压332、以及实质上类似于图2的电荷泵234的电荷泵334。负载304可以实质上类似于图2的负载204。例如，负载304可以是电阻性的和电容性的。
传递模块306可以实质上类似于图2的传递模块206。例如，传递模块306可以包括实质上类似于图2的负载传递元件240的负载传递元件340、实质上类似于图2的镜像传递元件242的镜像传递元件342、实质上类似于图2的第一传递元件244的第一传递元件344、以及实质上类似于图2的第二传递元件246的第二传递元件346。
差分放大器模块308可以实质上类似于图2的差分放大器模块208。例如，差分放大器模块308可以包括实质上类似于图2的差分放大器单元250的差分放大器单元350、实质上类似于图2的电阻元件组252的电阻元件352a、352b和352c(“电阻元件组352”)、以及实质上类似于电容器254的电容器354。
零点生成单元320可以实质上类似于图2的零点生成单元220。例如，零点生成单元320可以包括实质上类似于图2的电容器270、272和274的电容器370、372和374、实质上类似于图2的晶体管单元276和278的晶体管单元376和378。如图所示，图2的电阻器280从零点生成单元320被省略。然而，在一些示例中，零点生成单元320可以包括耦合到差分放大器单元350的输出以及耦合到晶体管382和384的栅极的电阻器。在图3的示例中，晶体管单元378包括晶体管386和388以及电流源390。
电流感测单元324可以实质上类似于图2的电流感测单元224。例如，电流感测单元324可以包括晶体管356a至356d，其被匹配使得在晶体管356a至356d中的每一个中流动的电流可以精确地对应于在晶体管356a至356d中的其它中流动的电流。
电压感测单元322可以包括晶体管360至368。在图3的示例中，晶体管360至368可以被匹配，使得在晶体管360至368中的每一个中流动的电流可以精确地对应于在晶体管360至368中的其它中流动的电流。以这种方式，晶体管368和367可以形成p沟道源极跟随器，其检测负载304处的电压并且以缩放因子1:m镜像晶体管368的漏极处的电压。另外，晶体管360至366可以形成n沟道源极跟随器，其在负载304处的电流下降到约零时通过向由晶体管367和368形成的p沟道源极跟随器中提供电流来确保电路300的稳定性。如图所示，晶体管360至368可以在没有来自电压源302的电荷泵334的电流的情况下操作，从而降低电路300的静态电流。
图4是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的系统100的示例第三电路400的电路图。如图所示，电路400包括电压源402、负载404、传递模块406、差分放大器模块408和零点生成单元420、电压感测单元422和电流感测单元424。
电压源402可以实质上类似于图2的电压源202。例如，电压源402可以包括实质上类似于图2的输入电压232的输入电压432、以及实质上类似于图2的电荷泵234的电荷泵434。负载404可以实质上类似于图2的负载204。例如，负载404可以是电阻性的和电容性的。
传递模块406可以实质上类似于图2的传递模块206。例如，传递模块406可以包括实质上类似于图2的负载传递元件240的负载传递元件440、实质上类似于图2的镜像传递元件242的镜像传递元件442、实质上类似于图2的第一传递元件244的第一传递元件444、以及实质上类似于图2的第二传递元件246的第二传递元件446。
差分放大器模块408可以实质上类似于图2的差分放大器模块208。例如，差分放大器模块408可以包括实质上类似于图2的差分放大器单元250的差分放大器单元450、实质上类似于图2的电阻元件组252的电阻元件452a、452b和452c(“电阻元件组452”)、以及实质上类似于电容器254的电容器454。
电压感测单元422可以实质上类似于图2的电压感测单元222。例如，电压感测单元422可以包括形成p沟道源极跟随器的晶体管460和462，其检测负载404处的电压并且以缩放因子1:m镜像晶体管462的漏极处的电压，并且晶体管464和466可以形成n沟道源极跟随器，其在负载404处的电流下降到零时通过向由晶体管460和462形成的p沟道源极跟随器中提供电流来确保电路400的稳定性。
电流感测单元424可以被配置为镜像负载204处的电流。如图所示，电流感测单元424包括晶体管456a至456e。在一些示例中，晶体管456a至456e可以被匹配，使得在晶体管456a至456e中的每一个中流动的电流可以精确地对应于在晶体管456a至456e中的其它中流动的电流。以这种方式，负载404处的电流可以由晶体管456a检测，并且由晶体管456b以缩放因子1:m镜像，其转而由晶体管456c以缩放因子1:n镜像，其转而由晶体管456d以缩放因子1:n镜像，其转而由晶体管456e镜像，以向差分放大器模块408的差分放大器单元450提供电流偏置。
零点生成单元420可以被配置为在开环传递函数的穿越频率处生成零点。如图所示，零点生成单元420包括实质上类似于电容器270、272和274的电容器470、472和474、以及实质上类似于晶体管单元276和278的晶体管单元476和478。例如，晶体管单元476包括实质上类似于图2的晶体管282和284的晶体管482和484，并且晶体管单元478包括实质上类似于图2的晶体管286、288的晶体管486、488、以及类似于图2的电流源290的电流源490。
如图所示，零点生成单元420还包括运算跨导放大器492和电阻元件494和496。在一些示例中，在将控制信号输出到镜像传递元件442之前，零点生成单元420可以将传递函数的极点移动到比在移动极点之前的极点的频率更高的频率。例如，运算跨导放大器492可以被配置为驱动镜像传递元件442的操作，并且移动由差分放大器模块408的差分放大器单元450的输出阻抗和电容器474的电容形成的极点以便改善电路400的稳定性。以这种方式，运算跨导放大器492可以增加传递模块406的切换速度并且提高电路400的控制稳定性。另外，运算跨导放大器492可以使零点生成单元420从低电压域(例如，1伏至4伏)过渡到高电压域(例如，4伏至50伏)。
图5是根据本公开的一种或多种技术的图1的系统100的性能的第一图示。仅为了说明的目的，下面在图1的系统100、图2的电路200、图3的电路300和图4的电路400的上下文中描述示例性能。图5示出了指示负载104的输出阻抗的x轴502和指示频率的y轴504。如图所示，图5包括由控制模块110实质上在传递函数的穿越频率处定位的零点(“zerovar”)的第一曲线514、跟随zerovar的极点(“pole2”)的第二曲线516、以及负载极点(“poleload”)的第三曲线512。更具体地，图2的电路200的传递函数可以是
图6是根据本公开的一种或多种技术的图1的系统100的性能的第二图示。仅为了说明的目的，下面在图1的系统100、图2的电路200、图3的电路300和图4的电路400的上下文中描述示例性能。图6示出了指示频率的x轴602、指示分贝增益的第一y轴604、和指示相移的第二y轴606。如图所示，图6包括沿着第一y轴604绘制的针对负载104的从24欧姆(ω)到100千欧(kω)的范围内的阻抗的曲线614、以及沿着第二y轴606绘制的针对负载104的从24欧姆(ω)到100千欧姆(kω)的范围内的阻抗的曲线616。如图所示，曲线614示出了实质上位于系统100的传递函数的穿越频率处的零点。
图7是根据本公开的一种或多种技术的图1的系统100的性能的第三图示。仅为了说明的目的，下面在图1的系统100、图2的电路200、图3的电路300和图4的电路400的上下文中描述示例性能。图7示出了指示以毫秒(“ms”)为单位的时间的x轴702、指示负载104处的电压的第一y轴704、和指示传递模块106的栅极处的电压的第二y轴706，例如但不限于图2的镜像传递元件242的栅极处的电压、图3的镜像传递元件342的栅极处的电压、以及图4的镜像传递元件442的栅极处的电压。如图所示，图7包括沿着第一y轴704绘制的针对负载104的从24欧姆(ω)到10千兆欧姆(gω)的范围内的阻抗的曲线714、以及沿着第二y轴706绘制的针对负载104的从24欧姆(ω)到10千兆欧姆(gω)的阻抗的曲线716。如图所示，由控制模块110实质上在传递函数的穿越频率处定位的零点允许系统100的瞬态响应针对负载104处的负载电流在约0.5纳安(na)与约200毫安(ma)之间的范围保持稳定。
图8是与根据本公开的电路可以执行的技术一致的流程图。仅为了说明的目的，下面在图1的系统100、图2的电路200、图3的电路300和图4的电路400的上下文中描述示例操作。然而，下面描述的技术可以以任何排列以及与电压源102、负载104、传递模块106、差分放大器模块108和控制模块110的任何组合使用。
根据本公开的一种或多种技术，控制模块110确定负载处的负载电流的表示(802)。例如，控制模块110的电流感测单元124镜像从电压源102经由传递模块106流向负载104的电流。控制模块110基于负载电流的表示来在传递函数的穿越频率处动态地生成零点以生成负载处的电压的表示(804)。例如，图2的晶体管单元276使用具有电阻的通道将差分放大器模块208的差分放大器单元250的输出经由电容器272电耦合到差分放大器模块208的差分放大器单元250的第二输入(例如，负极)，其中通道的电阻与电流感测单元224的晶体管256c所镜像的电流成比例。差分放大器模块108响应于负载处的电压的表示与参考电压之间的差异来输出控制信号(806)。例如，差分放大器模块108基于电压参考与由电压感测单元122输出的负载104处的电压的表示的比较来生成差分信号。传递模块106根据控制信号来控制负载电流以调节负载处的电压(808)。例如，图2的负载传递元件240使用具有电阻的通道来电耦合电压源202与负载204，并且负载传递元件240基于镜像传递元件242的控制输出来修改通道的电阻，该控制输出基于差分放大器单元250的差分输出。在一些示例中，图4的负载传递元件440使用具有电阻的通道来电耦合电压源402与负载404，并且负载传递元件440基于镜像传递元件442的控制输出来修改通道的电阻，该控制输出基于运算跨导放大器492的输出，该输出基于差分放大器单元250的差分输出。
以下示例可以说明本公开的一个或多个方面。
示例1.一种电路，包括：电压源；传递模块，其被配置为使用具有电阻的通道来电耦合所述电压源与负载，并且基于控制信号来修改所述通道的电阻；差分放大器模块，其被配置为基于电压参考与所述负载处的电压的表示的比较来生成差分信号，其中所述控制信号基于所述差分信号；以及控制模块，其被配置为根据传递函数生成所述负载处的电压的表示，所述传递函数包括实质上位于所述传递函数的穿越频率处的零点。
示例2.示例1的电路，其中：所述差分放大器模块包括差分放大器单元，所述差分放大器单元包括：被配置为接收所述电压参考的第一输入；被配置为接收所述负载处的电压的表示的第二输入；以及被配置为输出所述差分信号的输出；并且所述控制模块包括：耦合到所述差分放大器单元的所述第二输入的电容器；以及晶体管单元，其被配置为使用具有电阻的通道来电耦合所述电容器与所述差分放大器单元的输出并且基于所述负载处的电流的表示来修改晶体管元件的通道的电阻。
示例3.示例1-2的任何组合的电路，其中所述控制模块还包括：第二晶体管单元，其被配置为通过表示所述电容器与所述差分放大器单元的输出之间的最大电阻的电阻来电耦合所述电容器与所述差分放大器单元的输出。
示例4.示例1-3的任何组合的电路，其中所述电容器是第一电容器，并且其中所述控制模块还包括：第二电容器，其耦合到所述差分放大器单元的第二输入并且耦合到所述差分放大器单元的输出。
示例5.示例1-4的任何组合的电路，其中所述差分放大器模块包括：电阻元件组，其被配置为接收所述负载处的电压并且向所述第一电容器和所述第二电容器输出与所述负载处的电压相对应的电压。
示例6.示例1-5的任何组合的电路，其中所述控制模块包括：电流感测单元，其被配置为镜像所述负载处的电流以生成所述负载处的电流的表示。
示例7.示例1-6的任何组合的电路，其中所述控制模块包括：电压感测单元，其被配置为镜像由所述传递模块向所述负载输出的电压。
示例8.示例1-7的任何组合的电路，其中所述传递模块包括：镜像传递元件，其被配置为接收所述差分信号并且生成所述控制信号；以及负载传递元件，其被配置为基于所述控制信号来修改所述通道的电阻。
示例9.示例1-8的任何组合的电路，其中：所述负载传递元件包括第一节点、耦合到所述负载的第二节点、以及控制节点，所述控制节点被配置为从所述镜像传递元件接收所述控制信号；并且所述镜像传递元件包括耦合到所述负载传递元件的所述第一节点的第一节点、耦合到所述负载传递元件的所述控制节点的第二节点、以及被配置为从所述差分放大器模块接收所述差分信号的控制节点。
示例10.示例1-9的任何组合的电路，其中：所述控制信号是第一控制信号；所述控制模块包括运算跨导放大器，其被配置为接收所述差分信号并且生成第二控制信号；并且所述传递模块包括：镜像传递元件，其被配置为从所述运算跨导放大器接收所述第二控制信号并且生成所述第一控制信号；以及负载传递元件，其被配置为基于所述第一控制信号来修改所述通道的电阻。
示例11.示例1-10的任何组合的电路，其中所述传递模块包括：第一传递元件，其被配置为当所述传递模块在关闭状态下操作时进一步减小所述负载处的电压；以及第二传递元件，其被配置为阻止电流从所述负载向所述电压源流动。
示例12.示例1-11的任何组合的电路，其中所述电压源包括：电荷泵，其被配置为接收要经由所述传递模块向所述负载输出的电压，并且被配置为向所述第一传递元件的控制输入和所述第二传递元件的控制输入供应大于所接收的电压的电压。
示例13.一种方法，包括：由电路确定负载处的负载电流的表示；由所述电路在用于控制所述负载处的电压的传递函数的穿越频率处生成零点，以生成所述负载处的电压的表示，在所述传递函数的穿越频率处生成零点是基于所述负载电流的表示；由所述电路响应于所述负载处的所述电压的表示与参考电压之间的差异来输出控制信号；以及由所述电路根据所述控制信号来控制所述负载处的电压。
示例14.示例13的方法，还包括：由所述电路在输出所述控制信号之前将所述传递函数的极点移动到比在移动所述极点之前的所述极点的频率更高的频率。
示例15.示例13-14的任何组合的方法，还包括：由所述电路镜像所述负载电流以确定所述负载电流的表示。
示例16.示例13-15的任何组合的方法，还包括：由所述电路镜像所述控制信号以根据所述控制信号来控制所述负载处的电压。
示例17.一种电路，包括：电流感测单元，其被配置为确定负载处的负载电流的表示；零点生成单元，其被配置为在用于控制所述负载处的电压的传递函数的穿越频率处生成零点，以生成所述负载处的电压的表示，所述传递函数的穿越频率处的零点是基于所述负载电流的表示；差分放大器模块，其被配置为响应于所述负载处的所述电压的表示与参考电压之间的差异来输出控制信号；以及传递模块，其被配置为根据所述控制信号来控制所述负载处的电压。
示例18.示例17的电路，其中所述零点生成单元还被配置为：在输出所述控制信号之前将所述传递函数的极点移动到比在移动所述极点之前的所述极点的频率更高的频率。
示例19.示例17-18的任何组合的电路，其中电流感测单元还被配置为：镜像所述负载电流以确定所述负载电流的表示。
示例20.示例17-19的任何组合的电路，其中所述传递模块还被配置为：镜像所述控制信号以根据所述控制信号来控制所述负载处的电压。
在本公开中已经描述了各个方面。这些和其它方面在所附权利要求的范围内。
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