基于反相放大器的双环电压调节器及其电压调节方法
【专利说明】基于反相放大器的双环电压调节器及其电压调节方法
[0001]要求于2014年12月11日在韩国知识产权局提交的第10_2014_0178639号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
[0002]这里描述的本公开的实施例涉及一种电源装置，更具体地讲，涉及一种容易装在片上的电压调节器。
【背景技术】
[0003]随着诸如智能电话、平板PC等高端移动装置的发展，为了改进性能、降低成本、减少缺陷率，正在进行各种尝试。
[0004]作为这些尝试之一，正在进行关于低功耗的研究，以更长时间地使用移动装置的电池。此外，正在进行关于向移动装置中的电子器件供电以确保移动装置的可靠操作的研究。
[0005]低漏失电压调节器向片上系统中的电子器件(诸如，应用处理器或存储器控制器)供电，并且必须具有不管电力输入的变化或负载电流的变化如何都保持恒定电力输出的功能。
[0006]低漏失电压调节器是输入电压和输出电压之间的电平差相对小的一种电压调节器。
[0007]当芯片中的电子器件所消耗的电流急剧变化时，电压调节器的输出电压出现纹波。电容相对大的电容器被安装在芯片的内部或外部，用于通过减少纹波来稳定输出电压，从而增加了制造成本并且增大了缺陷率。
【发明内容】
[0008]本公开的实施例提供了一种非常适合片上集成的电压调节器。
[0009]本公开的实施例提供了一种能够减小或最小化由于短时间内的负载变化而产生的过冲或下冲的低漏失电压调节器。
[0010]本公开的实施例提供了即使在没有电容器的配合的情况下使用时也能够提供快速响应和稳定电力输出的电压调节器和电压调节方法。
[0011]本公开的实施例的一个方面涉及提供一种电压调节器，该电压调节器包括通过元件、缓冲器、误差放大器和快速推挽式驱动器。通过元件可具有与电压源连接的电力输入、与负载连接的电力输出和控制输入。缓冲器可具有输入并且可具有与通过元件的控制输入连接的输出。误差放大器可与通过元件和缓冲器一起形成第一反馈回路，并且可具有与通过元件的电力输出的取样电压连接的正输入、与参考电压连接的负输入和与缓冲器的输入连接的输出。快速推挽式驱动器可以以反相器型放大结构连接在通过元件的电力输出和控制输入之间，并且可以以比第一反馈回路的电压调节速度快的速度减小由于负载变化而导致的电力输出的负峰和正峰。
[0012]快速推挽式驱动器可与通过元件一起形成第二反馈回路。第二反馈回路的操作速度比第一反馈回路的操作速度快。
[0013]快速推挽式驱动器可包括:第一放大器，属于反相器型并且被构造成响应于通过元件的电力输出来产生反相输出；第二放大器，属于反相器型并且被构造成响应于反相输出来产生用于控制控制输入的电压电平的推驱动电流或拉驱动电流。
[0014]快速推挽式驱动器还可包括与通过元件的电力输出连接并且被构造成执行交流(AC)耦合的高通滤波器。
[0015]第一放大器可包括:第一 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极、与电力输出连接的栅极和与反相输出连接的漏极；第一 NMOS晶体管，具有与反相输出连接的漏极、与电力输出连接的栅极和与地电压连接的源极。第二放大器可包括:第二 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极、与反相输出连接的栅极和与控制输入连接的漏极；第二 NMOS晶体管，具有与控制输入连接的漏极、与反相输出连接的栅极和与地电压连接的源极。
[0016]第一放大器可包括:第一电流源，与电源电压连接；第一 PMOS晶体管，具有与第一电流源的输出连接的源极、与电力输出连接的栅极和与反相输出连接的漏极；第一 NMOS晶体管，具有与反相输出连接的漏极和与电力输出连接的栅极；第二电流源，连接在第一NMOS晶体管的源极和地电压之间。第二放大器可包括:第三电流源，与电源电压连接；第二PMOS晶体管，具有与电流源的输出连接的源极、与反相输出连接的栅极和与控制输入连接的漏极；第二 NMOS晶体管，具有与控制输入连接的漏极和与反相输出连接的栅极；第四电流源，连接在第二 NMOS晶体管的源极和地电压之间。
[0017]第一放大器可包括:第一 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极和与电力输出连接的栅极；第三PMOS晶体管，具有与第一 PMOS晶体管的漏极连接的源极、与电力输出连接的栅极和与反相输出连接的漏极；第一 NMOS晶体管，具有与电力输出连接的栅极和与地电压连接的源极；第三NMOS晶体管，具有与反相输出连接的漏极、与电力输出连接的栅极、与第一 NMOS晶体管的漏极连接的源极。第二放大器可包括:第二 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极和与反相输出连接的栅极；第四PMOS晶体管，具有与第二 PMOS晶体管的漏极连接的源极、与反相输出连接的栅极和与控制输入连接的漏极；第二 NMOS晶体管，具有与反相输出连接的栅极和与地电压连接的源极；第四NMOS晶体管，具有与控制输入连接的漏极、与反相输出连接的栅极和与第二 NMOS晶体管的漏极连接的源极。
[0018]第一放大器可包括:第一 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极和与电力输出连接的栅极；第三PMOS晶体管，具有与第一 PMOS晶体管的漏极连接的源极、与第一控制电压连接的栅极和与反相输出连接的漏极；第一 NMOS晶体管，具有与电力输出连接的栅极和与地电压连接的源极；第三NMOS晶体管，具有与反相输出连接的漏极、与第二控制电压连接的栅极和与第一 NMOS晶体管的漏连接的源极。第二放大器可包括^=PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极和与反相输出连接的栅极；第四PMOS晶体管，具有与第二 PMOS晶体管的漏极连接的源极、与第一控制电压连接的栅极和与控制输入连接的漏极；第二 NMOS晶体管，具有与反相输出连接的栅极和与地电压连接的源极；第四NMOS晶体管，具有与控制输入连接的漏极、与第二控制电压连接的栅极和与第二 NMOS晶体管的漏极连接的源极。
[0019]第一放大器可包括:第一 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极和与电力输出连接的栅极；第三PMOS晶体管，具有与第一 PMOS晶体管的漏极连接的源极和与电力输出连接的栅极；第一 NMOS晶体管，具有与电力输出连接的栅极和与地电压连接的源极；第三NMOS晶体管，具有与第三PMOS晶体管的漏极连接的漏极、与电力输出连接的栅极和与第一NMOS晶体管的漏极连接的源极。第二放大器可包括:第二 PMOS晶体管，具有与电源电压连接的源极、与第一PMOS晶体管的漏极连接的栅极和与控制输入连接的漏极；第二 NMOS晶体管，具有与第一 NMOS晶体管的漏极连接的栅极、与控制输入连接的漏极和与地电压连接的源极。
[0020]电压调节器还可包括:频率补偿元件，连接在通过元件的电力输出和缓冲器的输入之间并且被构造成稳定整个电路回路的频率。
[0021]本公开的实施例的另一个方面涉及提供一种电压调节器，该电压调节器包括通过元件、缓冲器、误差放大器和快速推挽式驱动器。通过元件可具有与电压源连接的电力输入、与负载连接的电力输出以及控制输入。缓冲器可具有输入并且可具有与通过元件的控制输入连接的输出。误差放大器可与通过元件和缓冲器一起形成第一反馈回路，并且可具有与通过元件的电力输出的分压电压连接的正输入、与参考电压连接的负输入和与缓冲器的输入连接的输出。快速推挽式驱动器可以以反相器型放大结构连接在通过元件的电力输出和控制输入之间，并且当由于负载变化而出现电力输出的下冲和过冲时可在AC耦合电力输出的同时以比第一反馈回路的调节速度快的速度调节电力输出。
[0022]本公开的实施例的另一个方面涉及提供一种低漏失电压调节器，该低漏失电压调节器包括通过元件、分压器、缓冲器、误差放大器和快速推挽式驱动器。通过元件可响应于控制输入处的电压将电力输入传递到与负载连接的电力输出。分压器可根据指定的电阻比将电力输出分压以产生分压输出。缓冲器可具有输入并且具有与通过元件的控制输入连接的输出。误差放大器可与通过元件和缓冲器一起形成第一反馈回路，并且可对与分压器的分压输出连接的正输入的电压和与输入参考电压连接的负输入的电压进行比较和放大，误差放大器的输出被作为缓冲器的输入提供。快速推挽式驱动器可具有反相器型放大结构，并且可在由于负载变化而出现偏离电力输出的目标电压的负峰或正峰时，以比第一反馈回路的电压调节速度快的速度将电力输出调节成目标电压。
[0023]本公开的实施例的又一个方面涉及提供一种低漏失电压调节器，该电低漏失电压调节器包括通过元件、分压器、缓冲器、误差放大器和快速推挽式驱动器。通过元件可响应于控制输入上的电压将电力输入传递到与负载连接的电力输出。分压器可根据指定的电阻比将电力输出分压，以产生分压输出。缓冲器可具有输入并且可具有与通过元件的控制输入连接的输出。误差放大器可与通过元件和缓冲器一起形成第一反馈回路，并且可对与分压器的分压输出连接的正输入的电压和与输入参考电压连接的负输入的电压进行比较和放大。误差放大器的输出可被作为缓冲器的输入提供，第一反馈回路可具有第一增益。快速推挽式驱动器可与通过元件一起形成具有比第一反馈回路的操作响应快的操作响应的第二反馈回路，并且当由于负载变化而出现偏离电力输出的目标电压的负峰或正峰时，可以以比第一反馈回路的电压调节速度快的速度将电力输出调节成目标电压。
[0024]提供了一种片上系统，该片上系统包括:电子器件；电子调节器，属于无电容器型并且被构造成提供电子器件的操作所需的电力输出。电压调节器可包括直流(DC)反馈回路和AC反馈回路。DC反馈回路可由顺序连接在通过晶体管的电力输出和控制输入之间的误差放大器和缓冲器形成。AC反馈回路可由连接在通过晶体管的电力输出和控制输入之间的快速推挽式驱动器形成。AC反馈回路可通过在电力输出的目标电压电平下出现负峰或正峰时执行N级反相放大(N是2或更大)，以比DC反馈回路的电压调节速度快的速度将电力输出调节成目标电压。
[0025]提供了一种电压调节方法，该电压调节方法包括:通过将误差放大器和缓冲器顺序连接在通过电阻器的电力输出和控制输入之间，形成DC反馈回路；通过将快速推挽式驱动器连接在通过晶体管的电力输出和控制输入之间，形成AC反馈回路；控制DC反馈回路以目标电压的电平来驱动电力输出；当目标电压出现下冲时，以比DC反馈回路的调节速度快的速度来控制AC反馈回路，使得从控制输入释放拉电流；当目标电压出现过冲时，以比DC反馈回路的调节速度快的速度来控制AC反馈回路，使得拉电流被供应到控制输入。
[0026]本公开的实施例的又一方面涉及提供一种通过误差放大器和通过元件形成DC反馈回路的电压调节器，该电压调节器包括用于AC反馈回路的快速推挽式驱动器。快速推挽式驱动器可包括:第一放大器，属于反相器型并且被构造成响应于通过元件的电力输出来产生反相输出；第二放大器，属于反相器型并