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CN103186158B - 改善响应和减少电压降的电压稳压器 - Google Patents

改善响应和减少电压降的电压稳压器 Download PDF

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CN103186158B CN201210186906.8A CN201210186906A CN103186158B CN 103186158 B CN103186158 B CN 103186158B CN 201210186906 A CN201210186906 A CN 201210186906A CN 103186158 B CN103186158 B CN 103186158B
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Abstract

一种改善响应和减少电压降的电压稳压器，包含一输出驱动装置，经配置以提供一输出电压给一输出端；一误差放大器，经配置以参考来自该输出电压的一回馈信号而控制该输出驱动装置；一第一补偿单元，经配置以提供一第一补偿信号以补偿该误差放大器的一输出信号；以及一第二补偿单元，经配置以提供一第二补偿信号以补偿该误差放大器的一输入信号，其中该第二补偿单元包含至少两个电容和至少一个晶体管，该晶体管经配置以控制该些电容的耦合。

Description

改善响应和减少电压降的电压稳压器
技术领域
本发明关于一种电压稳压器，特别关于一种改善响应和减少电压降的电压稳压器。
背景技术
线性电压稳压器的集成电路广泛的应用在电子系统，特别是在于需要低噪音和低纹波的电源供应器的应用。在动态存储器中，低压降输出的稳压电源供应器给阵列周边，例如资料路径，提供电压给其他对噪音敏感的类比电路区块。
在传统的电压稳压器中，响应时间和电压降对该电压稳压器的效能有很大的影响。一个快速的响应时间可以更快速的调节电压，然而一个低的压降可以减少该输出电压的纹波。额外的回馈电阻和回馈电容可以改善元件的效能。然而，在低功率的元件中，该电压稳压器需要进入省电模式以节省电力。对于该电压稳压器而言，在致能模式和禁能模式间切换是很重要的。在先前的设计中，改善电压稳压器的响应时间和电压降需要额外的功率消耗和大的布线面积。除此之外，电阻器和电容器需要在致能模式和禁能模式有不同的设定。为了改善以上的缺点，传统的电压稳压器需要改善回馈补偿。
在传统的动态存储器装置中，电压稳压器经常在低电流应用时关闭，例如在断电或存储组闲置时，以及在读写时再开启。在断电时，当没有电流需求时，除了一个备用电压稳压器，几乎所有的电压稳压器皆被关闭，因为有小偏压电流来省电，此备用电压稳压器有缓慢的响应。然而，当离开省电模式时，大电流的需求出现，以及所有的电压稳压器皆被开启以因应于大电流的负载。当工艺技术缩小时，动态存储器从双倍速率动态存储器转换到双倍速率动态存储器第二代和双倍速率动态存储器第三代，以及供应电源从2.5V减少至1.5V甚至1.35V，然后电压稳压器响应随着供应电压改变而减少线性度。这个结果显著的改变频率响应和互补金氧半导体扩大器的切换速度。因此需要一种改善目前电压稳压器时间响应的方法。
发明内容
本发明提供一种改善响应和减少电压降的电压稳压器。
本发明一实施例的电压稳压器包含一输出驱动装置，经配置以提供一输出电压给一输出端；一误差放大器，经配置以参考来自该输出电压的一回馈信号而控制该输出驱动装置；一第一补偿单元，经配置以提供一第一补偿信号以补偿该误差放大器的一输出信号；以及一第二补偿单元，经配置以提供一第二补偿信号以补偿该误差放大器的一输入信号，其中该第二补偿单元包含至少两个电容器和至少一个晶体管，该晶体管经配置以控制该些电容器的连接。
上文已相当广泛地概述本发明的技术特征，俾使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的申请保护范围的的其它技术特征将描述于下文。本发明所属技术领域技术人员应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离后附的申请权利要求所界定的本发明的精神和范围。
附图说明
藉由参照前述说明及下列图式，本发明的技术特征及优点得以获得完全了解。
图1显示本发明一实施例的电压稳压器；
图2显示本发明一实施例的电压稳压器在致能模式中的等效电路；以及
图3显示本发明的一实施例的电压稳压器在禁能模式中的等效电路。
其中，附图标记说明如下：
10    电压稳压器
11    误差放大器
12    第二补偿单元
13    第一补偿单元
14     输出驱动装置
15     电压分压器
16     负载
121    第一电容
122    第二电容
123    第二晶体管
124    第一晶体管
125    第三晶体管
具体实施方式
图1显示本发明一实施例的电压稳压器10，应用于补偿频率响应和减少电压降。如图1所示，该电压稳压器10包含一输出驱动装置14，经配置以提供一输出电流和一输出电压给一输出端Vout，其连接至一负载16。该电压稳压器10更包括一误差放大器11，经配置以参考来自该输出电压的一回馈信号而控制该输出驱动装置14。
该误差放大器11可以为一差异放大器或一操作型互导放大器。该操作型互导放大器具有一输入端，连接到一参考电压源VregRef，以提供一稳定能隙电压；一输入端VFB，连接到该输出驱动装置14的一输出端；以及一输出端Vout，提供一调节电压给该输出驱动装置14的一输入端。
该电压稳压器10更包含一第一补偿单元13，其包含串联的一电阻Rc和一电容Cc，经配置以提供一第一补偿信号以补偿该误差放大器11的一输出信号。
该电压稳压器10更包含一第二补偿单元12，其包含一第一电容121，连接到该输出驱动装置14的输出端和该误差放大器11的一输入端。该第二补偿单元12更包含一第一晶体管124，经配置以一禁能模式中连接一第二电容122至该误差放大器11的输入端。
该第二补偿单元12更包含一电压分压器15，经配置以于一致能模式中分割该输出电压至一回馈电压。此外，该第二补偿单元12更包含一第二晶体管123，经配置以于该致能模式中连接该回馈电压至该误差放大器11的输入端。该第二补偿单元12更包含一第三晶体管125，经配置以于该致能模式中连接该第二电容122至接地电压。在本发明的一实施例中，该第二补偿单元12的晶体管于该致能模式和该禁能模式中切换开关，该第一晶体管124和该第二晶体管123以互补方式操作，该第一晶体管124和该第三晶体管125也以互补方式操作。
图2显示本发明一实施例的电压稳压器于该致能模式中的等效电路。如图2所示，在该致能模式中，该第二晶体管123和该第三晶体管125被开启，该第一晶体管124被关闭。在致能模式中，该电压分压器15分割该输出电压Vout于电阻151和电阻152之间，以及回馈该分割电压至该误差放大器11的该输入端VFB，并联于该第一电容121。该致能模式使用该电压分压器15的回馈和该第一电容121可以改善该连续响应和减少该电压降。这种方法可以改善米勒效应。
图3显示本发明的一实施例的电压稳压器10于禁能模式中的等效电路。如图3所示，在禁能模式中，该第二晶体管123和该第三晶体管125被关闭，以及该第一晶体管124被打开。在该禁能模式中，该第一电容121和该第二电容122被连接到该误差放大器的该输入端VFB。该VFB的电压可以被设定为
VVFB＝Vout*C1/(C1+C2)
C1/(C1+C2)的值可以修改并让VVFB的电压值接近VregRef。
该禁能模式在该断电模式中使用，使VVFB接近于VregRef。该误差放大器11的两输入端VregRef和VFB有相近的电压。这样一来可以让该电压稳压器10停留于断电模式中更长的时间，以及减少功率的消耗。
该致能模式使用于正常操作模式中，该禁能模式使用于断电模式中。本发明与之前的架构比较，可以改善过渡特性的暂态结果来切换从该禁能模式至该致能模式而没有额外的功率消耗或大面积布线的惩罚。
在致能模式中具有回馈补偿时，该第一电容121和该电压分压器15可以改善连续反应的暂态结果，就如同该电路于正常操作模式中可以改善频率响应和减少电压降。
简而言的，回馈电阻和电容补偿该电压稳压器的频率响应。藉由开关该晶体管，该电压稳压器可以切换于该致能模式和该禁能模式之中，以及减少该米勒效应以及加上一补偿路径于该输出电压Vout和该回馈输入VFB之间，可以改善该连续响应和减少电压降。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本发明所属技术领域技术人员应了解，在不背离后附申请权利要求所界定的本发明精神和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多工艺可以不同的方法实施或以其它工艺予以取代，或者采用上述二种方式的组合。
此外，本发明的权利范围并不局限于上文揭示的特定实施例的工艺、设备、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本发明所属技术领域技术人员应了解，基于本发明教示及揭示工艺、设备、制造、物质的成份、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发者，其与本申请实施例揭示者系以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，也可使用于本申请。因此，以下的申请权利要求用以涵盖用以此类工艺、设备、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。

Claims (6)

1.一种电压稳压器，包含：
一输出驱动装置，经配置以提供一输出电压至一输出端；
一误差放大器，经配置以参考来自该输出电压的一回馈信号而控制该输出驱动装置；
一第一补偿单元，经配置以提供一第一补偿信号以补偿该误差放大器的一输出信号；以及
一第二补偿单元，经配置以提供一第二补偿信号以补偿该误差放大器的一输入信号，其中该第二补偿单元包含：
一第一电容器，连接该输出驱动装置的输出端和该误差放大器的一输入端；
一第一晶体管，经配置以于一禁能模式期间连接一第二电容器至该误差放大器的输入端；
一电压分压器，经配置以于一致能模式期间分割该输出电压为一回馈电压；
一第二晶体管，经配置以耦合该回馈电压至该误差放大器的输入端。
2.如权利要求1所述的电压稳压器，其中该误差放大器为一操作型互导放大器。
3.如权利要求1所述的电压稳压器，其中该第一补偿单元包含串连的一电阻器和一电容器。
4.如权利要求1所述的该电压稳压器，其中该第一晶体管和该第二晶体管以互补方式操作。
5.如权利要求1所述的该电压稳压器，其中该第二补偿单元更包含一第三晶体管，经配置以于该致能模式中连接该第二电容器至接地电压。
6.如权利要求5所述的该电压稳压器，其中该第一晶体管和第三晶体管以互补方式操作。
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