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KR100879436B1 - Voltage regulators, their error amplifiers, and their control loop stabilization methods - Google Patents

Voltage regulators, their error amplifiers, and their control loop stabilization methods Download PDF

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KR100879436B1
KR100879436B1 KR1020060073755A KR20060073755A KR100879436B1 KR 100879436 B1 KR100879436 B1 KR 100879436B1 KR 1020060073755 A KR1020060073755 A KR 1020060073755A KR 20060073755 A KR20060073755 A KR 20060073755A KR 100879436 B1 KR100879436 B1 KR 100879436B1
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amplifier
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control loop
voltage
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데이비드 더블유. 리터
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마이크렐 인코포레이티드
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Abstract

전압 조정기의 제어 루프는 최소한의 실리콘 영역을 사용하여 안정화될 수 있다. 전압 조정기의 전류 제한 제어 루프에 의해 생성된 전류 제한 신호는 전압 제어 루프와 관련하여 보상 세트에 제공되는 영점을 최소화하도록 분배되어 양 루프를 안정화한다. 보상 세트는 증폭기의 출력 및 입력 단자 사이에 직렬로 연결된 저항(영점)과 캐패시터(극점)를 포함할 수 있다. 전류 제한 신호의 분배는 저항의 제 1 측에 전류 제한 신호의 제 1 부분을 인가하고 저항의 제 2측에 전류 제한 신호의 제 2 부분을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 부분과 제 2 부분의 비율은 증폭기의 이득에 기초될 수 있고, 이것에 의해 저항의 영향을 최소화한다.

Figure R1020060073755

전압, 조정기, 에러, 증폭기, 보상

The control loop of the voltage regulator can be stabilized using a minimum silicon area. The current limit signal generated by the current regulator control loop of the voltage regulator is distributed to minimize the zero provided to the compensation set with respect to the voltage control loop to stabilize both loops. The compensation set may include a resistor (zero) and a capacitor (pole) connected in series between the output and input terminals of the amplifier. The distribution of the current limiting signal may include applying a first portion of the current limiting signal to the first side of the resistor and applying a second portion of the current limiting signal to the second side of the resistor. The ratio of the first portion to the second portion can be based on the gain of the amplifier, thereby minimizing the effect of resistance.

Figure R1020060073755

Voltage, regulator, error, amplifier, compensation

Description

전압 조정기, 그 에러 증폭기, 및 그 컨트롤 루프 안정화 방법{ZERO CANCELLATION IN MULTILOOP REGULATOR CONTROL SCHEME}Voltage regulator, its error amplifier, and control loop stabilization method {ZERO CANCELLATION IN MULTILOOP REGULATOR CONTROL SCHEME}

도 1a는 전압 제어 루프를 포함하는 간단한 DC 전압 조정기를 도시한다.1A shows a simple DC voltage regulator that includes a voltage control loop.

도 1b는 전압 제어 루프와 전류 제한 루프를 포함하는 전압 조정기를 도시한다.1B shows a voltage regulator comprising a voltage control loop and a current limiting loop.

도 1c는 극점의 보드 플롯 및 그에 상응하는 위상 편이를 도시한다.1C shows the board plot of the poles and the corresponding phase shift.

도 1d는 영점의 보드 플롯 및 그에 상응하는 위상 편이를 도시한다.1D shows a zero plot of the board and the corresponding phase shift.

도 1e는 다중 극점 및 영점을 구비한 보드 플롯 및 그에 상응하는 위상 편이를 도시한다.1E shows a board plot with multiple poles and zeros and corresponding phase shifts.

도 2 는 레이쇼메트릭 분기 보상 회로를 포함하는 전압 조정기의 실시예를 나타낸 도면으로 이 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는 전압 제어 루프와 전류 제한 루프 모두를 위한 단일 보상 솔루션을 제공할 수 있다.FIG. 2 shows an embodiment of a voltage regulator that includes a latometric branch compensation circuit, which may provide a single compensation solution for both the voltage control loop and the current limit loop.

도 3은 레이쇼메트릭 분기 보상 회로의 실행을 포함하는 에러 증폭기의 일 실시예를 도시한다.3 illustrates one embodiment of an error amplifier that includes the implementation of a rationometric branch compensation circuit.

동일한 번호를 가지는 도면 구성요소는 유사한 구성으로 특정될 수 있다.Drawing elements having the same number may be specified in a similar configuration.

본 발명은 DC 전압 조정기에 관련된 것으로 특히 DC 전압 조정기의 에러 증폭기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 에러 증폭기는 전압 제어 루프와 전류 제한 제어 루프 모두를 위하여 단일 보상 솔루션을 포함한다는데 이점이 있다.The present invention relates to a DC voltage regulator and in particular to an error amplifier of a DC voltage regulator. The error amplifier according to the invention has the advantage of including a single compensation solution for both the voltage control loop and the current limit control loop.

전형적인 DC 전압 조정기는 다양한 조건에 대하여 출력 전압을 안정화하는 전압 제어 루프를 채용한다. 도 1a는 종래의 DC 전압 조정기(100, 이하 "조정기"라 함)를 나타낸 도면이다. 조정기(100)에서, 에러 증폭기(102)는 출력 드라이버(103)에 그 출력을 인가한다. 출력 드라이버(103)는 전형적으로 수백 또는 수천개의 트랜지스터를 포함한다. 전압(VOUT)은 저항 성분(105)과 전기 용량성 성분(106)을 모두 가지는 부하(110)를 차례로 구동한다. 전형적인 실시예에서, 부하(110)는 조정기(100)를 실행하는 집적회로의 외부에 배치된다. Typical DC voltage regulators employ a voltage control loop that stabilizes the output voltage for various conditions. 1A is a diagram illustrating a conventional DC voltage regulator 100 (hereinafter referred to as "regulator"). In the regulator 100, the error amplifier 102 applies its output to the output driver 103. Output driver 103 typically includes hundreds or thousands of transistors. The voltage VOUT in turn drives the load 110 having both the resistive component 105 and the capacitive component 106. In a typical embodiment, the load 110 is disposed outside of the integrated circuit implementing the regulator 100.

조정기(100)에서, 전압 제어 루프는 VOUT과 전압 전원(VSS)를 제공하는 노드 사이에 직렬로 연결된 저항(108,109)을 포함한다. 저항(108,109) 사이에 배치된 노드(111)는 에러 증폭기(102)의 네거티브 입력 단자에 피드백 전압을 제공한다. 이 배열에서, 에러 증폭기(102)는 출력 전압 VOUT을 저항성 분배기를 이용하여 측정(즉 샘플링) 할 수 있고, 그에 의해 에러 증폭기(102)에 입력되는 전압을 용이하게 균등화할 수 있다. 이 전압 제어 루프는 조정기(100)의 정상 작동 조건을 위해 제공된다.In the regulator 100, the voltage control loop includes resistors 108 and 109 connected in series between VOUT and the node providing the voltage supply VSS. The node 111 disposed between the resistors 108 and 109 provides a feedback voltage to the negative input terminal of the error amplifier 102. In this arrangement, the error amplifier 102 can measure (ie sample) the output voltage VOUT using a resistive divider, thereby making it easy to equalize the voltage input to the error amplifier 102. This voltage control loop is provided for the normal operating conditions of the regulator 100.

표준 조정기는 과전류 조건을 위한 컨트롤 루프도 포함할 수 있는데, 이는 조정기가 형성된 IC 뿐만 아니라 조정기도 파괴할 수 있다. 예를 들어, 도 1b는 보정된 조정기(100')를 형성하기 위해 조정기(100)에 부가될 수 있는 전류 제한 회로(104)의 일 실시예를 나타낸다. 전류 제한 회로(104)는 저항(120)과 증폭기(123) 사이에 직렬로 연결된 두 개의 PNP 트랜지스터(121,122)를 포함할 수 있다. 두 개의 PNP 트랜지스터(121,122)는 그 베이스로 전원 장치(103)의 출력을 수신한다. 저항(120)은 PNP 트랜지스터(121)의 에미터와 소스 전압 VCC 사이에 연결된다. 증폭기(123)는 소스 전압 VCC 으로부터 제 1 입력을 수신하고, PNP 트랜지스터(121)의 에미터로부터 제 2 입력을 수신하며, PNP 트랜지스터(122)의 콜렉터로부터 제 3 입력을 수신한다.Standard regulators can also include a control loop for overcurrent conditions, which can destroy the regulator as well as the IC in which the regulator is formed. For example, FIG. 1B illustrates one embodiment of a current limiting circuit 104 that may be added to the regulator 100 to form a calibrated regulator 100 '. The current limiting circuit 104 may include two PNP transistors 121 and 122 connected in series between the resistor 120 and the amplifier 123. The two PNP transistors 121 and 122 receive the output of the power supply 103 at its base. The resistor 120 is connected between the emitter of the PNP transistor 121 and the source voltage VCC. The amplifier 123 receives a first input from the source voltage VCC, receives a second input from the emitter of the PNP transistor 121, and receives a third input from the collector of the PNP transistor 122.

증폭기(123)은 전원 장치(103)의 입력에 피드백 루프를 통해 그 출력을 제공한다. 노드는 PNP 트랜지스터(121)의 콜렉터와 PNP 트랜지스터(122)의 에미터 사이에 PNP 트랜지스터(121)가 통전될 때 출력전압 VOUT을 제공한다. 이 배열에서, 보상 회로(104)는 전원 장치(103)의 출력에 ISENSE 전류를 감지할 수 있다. 전류 제한 조건이 존재하면, 증폭기(123)는 과잉 전류에 비례하는 전류(즉, 정상 최대 전류를 초과하는 전류량)를 공급한다. 이 전류는 전원 장치(103)의 구동을 제한하여 IC 위의 국지적인 과열을 방지하게 된다.Amplifier 123 provides its output through a feedback loop to the input of power supply 103. The node provides the output voltage VOUT when the PNP transistor 121 is energized between the collector of the PNP transistor 121 and the emitter of the PNP transistor 122. In this arrangement, the compensation circuit 104 can sense the ISENSE current at the output of the power supply 103. If a current limit condition exists, the amplifier 123 supplies a current proportional to the excess current (ie, the amount of current exceeding the normal maximum current). This current limits the drive of the power supply 103 to prevent local overheating on the IC.

출력 전압 VOUT이 입력 전압 전원 VIN에 상대적으로 너무 높으면(예를 들면 VIN-VOUT<150mV), PNP 트랜지스터(121)가 포화하기 시작하여, PNP 트랜지스터(122)가 턴온 된다. PNP 트랜지스터(121)가 포화하기 시작하면, 초과 캐리어가 기판에 주입된다. 기판상의 이러한 초과 캐리어는 조정기(100)의 많은 구성 요소에 원하지 않는 실질적인 불안정을 야기한다. If the output voltage VOUT is too high relative to the input voltage power supply VIN (for example, VIN-VOUT < 150 mV), the PNP transistor 121 starts to saturate and the PNP transistor 122 is turned on. When the PNP transistor 121 begins to saturate, excess carriers are injected into the substrate. Such excess carriers on the substrate cause undesirable substantial instability in many components of the regulator 100.

일 실시예에서, 전류 제한 회로(104)는 양 컨디션을 검출하고 응답할 수 있다. 특히, 어느 케이스라도(또는 양 컨디션 모두 잠재적으로 존재할 때도), 증폭기(123)는 전류 제한 조건이 존재하고/하거나, PNP 트랜지스터(121)가 포화하기 시작하는데 적합한 정도의 전류를 생성하기 위해 그 입력을 사용할 수 있다. 증폭기(123)는 2개의 입력이 있다: 하나는 ISENSE 용 전압 고감도 차동 입력이고(그러므로, 증폭기(123)는 gm 증폭기로 기능할 수 있음), 하나는 PNP 트랜지스터(122)용 전류 고감도 단일 종단 입력이다(그러므로, 증폭기(123)는 전류 증폭기로 기능할 수도 있음).In one embodiment, the current limiting circuit 104 may detect and respond to both conditions. In particular, in either case (or when both conditions are potentially present), the amplifier 123 has its current limit and / or its input to generate an amount of current suitable for the PNP transistor 121 to begin to saturate. Can be used. Amplifier 123 has two inputs: one is a voltage high sensitivity differential input for ISENSE (and therefore amplifier 123 can function as a gm amplifier) and one is a current high sensitivity single-ended input for PNP transistor 122. (Hence, amplifier 123 may also function as a current amplifier).

불행히도, 조정기(100') 내의 전압 제어 루프와 전류 제한 제어 루프 모두는 조정기 불안정화의 근원이다. 특히, 각 컨트롤 루프는 조정기(100')에 네거티브 피드백(negative feedback)을 제공한다. 불행히도. 이 컨트롤 루프 내의 구성은 원하지 않는 포지티브 피드백(positive feedback)을 야기하여, 출력전압 VOUT에 진동을 일으켜 조정기(100')를 불안정하게 한다. 이 진동은 유효 전압 보정을 못하게 하거나, 전류 제한 조건을 제거하거나, 조정기(100')에 의해 구동된 다른 IC에 실질적인 피해를 줄 수 있다.Unfortunately, both the voltage control loop and the current limit control loop in regulator 100 'are sources of regulator destabilization. In particular, each control loop provides negative feedback to the regulator 100 '. Unfortunately. The configuration in this control loop causes unwanted positive feedback, causing oscillation in the output voltage VOUT, making the regulator 100 'unstable. This vibration can prevent effective voltage compensation, remove current limiting conditions, or cause substantial damage to other ICs driven by regulator 100 '.

그러므로, 조정기의 안정화된 컨트롤 루프를 제공하는 방법 및 시스템에 대한 필요가 증가하고 있다. Therefore, there is an increasing need for a method and system that provides a stabilized control loop of the regulator.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 전압 조정기의 목적은 안정적인 출력 전압(VOUT)을 제공하는 것이다. 전압 조정기 내의 제어 루프는 출력 전압(VOUT)에 원하지 않는 진동을 가져올 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 극점 및 영점의 사용은 실리콘-유효 방식에서 전압 조정기를 안정화시키는데 유리하게 사용될 수 있다.The purpose of the voltage regulator according to the present invention to solve the above problem is to provide a stable output voltage (VOUT). The control loop in the voltage regulator can cause unwanted vibrations in the output voltage VOUT. According to one aspect of the invention, the use of poles and zeros can advantageously be used to stabilize the voltage regulator in a silicon-effective manner.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전압 조정기의 컨트롤 루프가 최소 실리콘 영역을 사용하여 안정화될 수 있다. 특히, 전압 조정기의 전류 제한 제어 루프에 의해 생성된 전류 제한 신호가 전압 제어 루프와 관련된 보상 세트에 제공되는 영점을 최소화하도록 분배되어 양 루프를 모두 안정화할 수 있다. 보상 세트는 증폭기의 입력과 출력 단자 사이에 직렬로 연결된 저항(영점) 및 캐패시터(극점)를 포함할 수 있다. 전류 제한 신호의 분배는 전류 제한 신호의 제 1 부분을 상기 저항의 제 1 측에 인가하고 상기 저항의 제 2 측에 전류 제한 신호의 제 2 부분을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 부분의 비율은 증폭기의 이득에 기초할 수 있으며, 이것에 의해 저항의 영향을 최소화한다. 이 증폭기는 다단식 에러 증폭기의 제 2 스테이지가 될 수 있다.According to one aspect of the invention, the control loop of the voltage regulator can be stabilized using the minimum silicon region. In particular, the current limiting signal generated by the current limiting control loop of the voltage regulator can be distributed to minimize the zero provided to the compensation set associated with the voltage control loop to stabilize both loops. The compensation set may include a resistor (zero) and a capacitor (pole) connected in series between the input and output terminals of the amplifier. The distribution of the current limiting signal may include applying a first portion of the current limiting signal to the first side of the resistor and applying a second portion of the current limiting signal to the second side of the resistor. The ratio of the first and second portions can be based on the gain of the amplifier, thereby minimizing the effect of resistance. This amplifier can be the second stage of the multistage error amplifier.

예를 들면, 에러 증폭기는 제 1 증폭기와 제 2 증폭기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 증폭기는 자동 증폭기를 포함할 수 있고, 제 2 증폭기는 전류 증폭기를 포함할 수 있다. 제 1 증폭기는 기준 전압을 수신하는 제 1 입력 단자와 전압 제어 루프에서 신호를 수신하는 제 2 입력 단자를 구비할 수 있다. 제 2 증폭기는 제 1 증폭기의 출력을 수신할 수 있다. 보상 세트는 제 2 증폭기의 출력과 제 2 증폭기의 입력 사이에 직렬로 연결되는 저항과 캐패시터를 포함할 수 있다.For example, the error amplifier may include a first amplifier and a second amplifier. In one embodiment, the first amplifier may comprise an automatic amplifier and the second amplifier may comprise a current amplifier. The first amplifier may have a first input terminal for receiving a reference voltage and a second input terminal for receiving a signal in a voltage control loop. The second amplifier may receive the output of the first amplifier. The compensation set may include a resistor and a capacitor connected in series between the output of the second amplifier and the input of the second amplifier.

현저하게, 에러 증폭기는 전류 제한 신호를 수신하고 보상 세트 내의 저항의 양측에 전류를 인가하는 레이쇼메트릭(ratiometric) 분기 보상 회로를 추가로 포함할 수 있다. 인가되는 전류의 비는 제 2 증폭기의 게인과 실질적으로 동일하다. 일 실시예에서, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는 제 1 및 제 2 트랜지스트를 포함할 수 있다. 각 트랜지스터는 전압 전원에 연결된 단자(예, 그라운드)와 전류 제한 신호를 수신하는 제어 단자를 구비한다. 그러나, 각 트랜지스터는 저항의 다른 측에 연결된 또 하나의 단자를 구비한다. 일 실시예에서 제 1 및 제 2 트랜지스터는 그라운드 전압 전원을 가지는 NMOS 트랜지스터로 실행될 수 있다. 이 에러 증폭기는 다른 기준 전압 조정기 내에 포함될 수 있다. Remarkably, the error amplifier may further include a ratiometric branch compensation circuit that receives the current limit signal and applies current to both sides of the resistor in the compensation set. The ratio of the applied current is substantially equal to the gain of the second amplifier. In one embodiment, the rationometric branch compensation circuit may include first and second transistors. Each transistor has a terminal (eg, ground) connected to a voltage power supply and a control terminal for receiving a current limit signal. However, each transistor has another terminal connected to the other side of the resistor. In one embodiment, the first and second transistors may be implemented as NMOS transistors having a ground voltage power supply. This error amplifier can be included in other reference voltage regulators.

이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는 실리콘 영역을 최소화하면서 전압 제어 루프와 전류 제한 제어 루프 모두를 안정화시킬 수 있는 이점이 있다. 특히, 보상 세트 내의 저항의 영향을 최소화(또는 제거)하여, 루프가 단일 보상 캐패시터를 할당할 수 있다.As described in more detail below, the ratiometric branch compensation circuit has the advantage of stabilizing both the voltage control loop and the current limit control loop while minimizing the silicon area. In particular, by minimizing (or eliminating) the effect of resistance in the compensation set, the loop can assign a single compensation capacitor.

개요: 극점 및 영점Overview: poles and zeros

일반적으로, 안정정인 루프에 대해, 피드백 신호는 소스 신호에 반대 극성이 될 수 있다(예를 들면 전압 조정기에서, 기준 전압이 소스 신호가 됨). 이러한 이유 때문에 피드백 신호는 전형적으로 네거티브 피드백으로 특징지워진다. 이 네거티브 피드백은 소스 신호에 의해 도입된 어떠한 변화에도 대항하여 안정적인 출력을 강화한다. 반대로, 포지티브 피드백은 소스 신호와 동일한 극성을 가져서 소스 신호 내의 어떠한 변동도 정폭하고 컨트롤 루프가 불안정하게 한다.In general, for a stable loop, the feedback signal can be of opposite polarity to the source signal (eg, in a voltage regulator, the reference voltage becomes the source signal). For this reason, the feedback signal is typically characterized by negative feedback. This negative feedback enhances stable output against any changes introduced by the source signal. Conversely, positive feedback has the same polarity as the source signal, so that any fluctuations in the source signal are sharp and the control loop is unstable.

피드백 신호는 이득과 상에서 컨트롤 루프를 통과하는 듯한 변동을 경험할 수 있다. 모든 위상의 변화라 일컬어지는 위상 편이는 컨트롤 루프 내에서 일어난다. 이상적인 네거티브 피드백은 소스 신호의 상과 180°차이가 난다 즉, -180°에서 시작한다. 논리적으로, 네거티브 피드백이 180°의 위상 편이를 경험하면, 그 네거티브 피드백은 포지티브 피드백이 된다.The feedback signal may experience fluctuations in the gain and phase that pass through the control loop. The phase shift, referred to as the change in all phases, occurs within the control loop. The ideal negative feedback is 180 ° out of phase with the source signal, ie it starts at -180 °. Logically, if negative feedback experiences a 180 ° phase shift, that negative feedback becomes positive feedback.

어떠한 컨트롤 루프의 위상 편이도 주파수(Hz)의 기능으로 루프의 이득(dB)을 보여주는 보드 플롯(Bode plot)을 사용하여 계산될 수 있다. 유니티 이득(unity gain,0 dB)에서 발생한 위상 편이의 양은 그 제어 루프의 안정성을 결정한다. "극점(pole)"은 -20dB까지 슬로프가 변화할 때 이득 곡선 위의 포인트로 정의될 수 있다. 도 1c는 극점과 그에 상응하는 계산된 위상 편이 플롯(132)을 포함하는 보드 플롯(130)을 나타낸다. 위상 편이 플롯(132)에 도시된 바와 같이, 극점은 극점 진동수의 1×10 이상 및 1×10 이하 이내에서 거의 -90°위상 편이를 변화시킨다(실제 방정식은 위상 편이 = -arctan(f/fp), 주파수 f는 주파수 fp에 배치된 극점 주파수에 의해 발생됨). 반대로, "영점(zero)"은 곡선이 +20dB까지 변화할 때 이득 곡선 위의 포인트로 정의될 수 있다. 도 1d는 극점(141) 및 그에 상응하는 계산된 위상 편이 플롯(412)을 구비한 보드 플롯(140)을 나타낸다. 위상 편이 플롯(142)에 도시된 바와 같이, 영점은 극점 진동수의 1×10 이상 및 1×10 이하 이내에서 거의 +90°위상 편이를 변화시킨다(실제 방정식은 위상 편이 = arctan(f/fp)).The phase shift of any control loop can be calculated using a Bode plot that shows the gain (dB) of the loop as a function of frequency (Hz). The amount of phase shift that occurs at unity gain (0 dB) determines the stability of the control loop. A "pole" can be defined as the point on the gain curve when the slope changes by -20dB. 1C shows a board plot 130 that includes a pole and a corresponding calculated phase shift plot 132. As shown in the phase shift plot 132, the pole changes the phase shift almost -90 ° within 1x10 or more and 1x10 or less of the pole frequency (the actual equation is that phase shift = -arctan (f / fp). ), The frequency f is generated by the pole frequency placed at frequency fp). Conversely, "zero" can be defined as the point on the gain curve when the curve changes by +20 dB. 1D shows a board plot 140 with poles 141 and corresponding calculated phase shift plots 412. As shown in the phase shift plot 142, the zero point changes the phase shift almost + 90 ° within 1x10 or more and 1x10 or less of the pole frequency (the actual equation is phase shift = arctan (f / fp) ).

전형적인 제어 루프에서, 극점과 영점 모두 있을 수 있고, 각 극점은 보드 플롯 내의 슬로프를 -20dB/decade 까지 감소시키고 각 영점은 +20dB/decade까지 슬로프를 증가시킨다. 도 1e는 두 개의 극점과 두 개의 영점을 구비한 보드 플롯(150)즉, 극점(151,153) 및 영점(152,154) 및 그에 상응하는 위상 편이 플롯(155)을 나타낸다. 본 실시예에서, DC 이득은 1kHz에서 발생한 극점(151), 10kHz에서 발생한 영점(152), 100kHz에서 발생한 극점(153), 및 1MHz에서 발생한 영점(154)으로 40dB이다. 영점(152,154)이 슬로프를 0dB/decade로 변화시키듯이 극점(151,153)은 -20dB/decade의 슬로프를 생성한다.In a typical control loop, there may be both poles and zeros, where each pole reduces the slope in the board plot by -20dB / decade and each zero increases the slope by + 20dB / decade. FIG. 1E shows a board plot 150 with two poles and two zeros, that is, poles 151 and 153 and zeros 152 and 154 and corresponding phase shift plots 155. In this embodiment, the DC gain is 40 dB at the pole 151 at 1 kHz, the zero point 152 at 10 kHz, the pole 153 at 100 kHz, and the zero point 154 at 1 MHz. As zero points 152 and 154 change the slope to 0 dB / decade, poles 151 and 153 produce a slope of -20 dB / decade.

컨트롤 루프가 안정적인지를 결정하기 위해, 0dB에서 위상 편이(또한, 이 경우 1MHz에서 발생한 유니티-이득 교차 주파수라 부를 수 있음)가 결정될 수 있다. 위상 편이 플롯(155)에서, 영점(152) 뿐만 아니라 극점(151,153)도 각각 -90°,90° 및 -90°위상 편이에 기여한다. 특히, 최종 극점은 거의 60-80°(이전 3개의 극점으로부터 -90°에 비교된) 기여한다. 그러므로 최종 위상 편이는 -10°에서 -30°이다. 이 위상 편이로, 루프가 안정될 수 있다.To determine if the control loop is stable, a phase shift at 0 dB (also in this case can be called unity-gain crossover frequency occurring at 1 MHz) can be determined. In the phase shift plot 155, the poles 151 and 153 as well as the zero point 152 contribute to the -90 °, 90 ° and -90 ° phase shifts, respectively. In particular, the final pole contributes nearly 60-80 ° (compared to -90 ° from the previous three poles). Therefore, the final phase shift is from -10 ° to -30 °. With this phase shift, the loop can be stabilized.

컨트롤 루프 안정성Control loop stability

현저하게, 전압 제어 루프와 전류 제한 루프의 각 구성은 극점 또는 영점에 기여할 수 있다. 또한, 기생 폴이 회로 내에 존재할 수 있다.(기생 제로 역시 존재할 수 있다. 기생 영점은 영점과 같이 같은 진폭 효과를 가지는 우반면 영점(Right Half Plane Zero, 이하 RHPZ라 칭함)으로 행동할 수 있으나 위상 편이를 일으켜 극점처럼 보인다. 이득 단계가 전형적으로 극점 쌍과 RHPZ을 구비하더라고, 이득과 기생 영점으로부터 제어 루프의 위상 마진에 성능 저하 영향은 그 고주 파 때문에 보통 최소화한다. 그러므로 이송 기능 분석은 양 제어 루프가 안정적인것, 즉 네거티브 피드백을 제공하는 것을 강화하기 위해 중요하다. 그러한 안정성을 제공하는 부가적인 구성의 소개와 위치가 설명된다.Remarkably, each configuration of the voltage control loop and the current limiting loop can contribute to the pole or zero. In addition, parasitic poles may exist in the circuit (parasitic zero may also exist. A parasitic zero may act as a Right Half Plane Zero (hereinafter referred to as RHPZ) with the same amplitude effect as zero, but with a phase). Seems like a pole, causing a shift, even though the gain stage typically has pole pairs and RHPZ, the degradation effect on the phase margin of the control loop from gain and parasitic zero is usually minimized due to its high frequency, so transfer function analysis is both controlled. It is important to reinforce the stability of the loop, that is, provide negative feedback, and the introduction and location of additional configurations that provide such stability are described.

도 2 는 최소 실리콘 영역으로 안정적인 제어 루프를 제공할 수 있는 단순화된 전압 조정기(200)을 나타낸다. 이 실시예에서, 에러 증폭기(210)은 기준 전압(101)과 전압 제어 루프로부터 신호를 수신하는 차동 증폭기(201)를 포함할 수 있다. 차동 층폭기(201)의 출력은 그 출력을 구동 장치(103)에 차례로 제공하는 전류 증폭기에 인가된다.2 shows a simplified voltage regulator 200 that can provide a stable control loop with a minimum silicon region. In this embodiment, the error amplifier 210 may include a differential amplifier 201 that receives signals from the reference voltage 101 and the voltage control loop. The output of differential layer amplifier 201 is applied to a current amplifier which in turn provides its output to drive device 103.

제어 루프의 이득과 위상 특성을 제어하기 위해 아주 큰 보상 캐패시터(미 도시)가 사용될 수 있다. 이 큰 보상 캐패시터도 극점이 될 수 있지만, 이 구성에 의해 위상 편이는 안정기 내의 다른 극점 및 기생 극점에 추가하여 누적되는 네거티브 피드백을 가져올 수 있다. 그러나, 커다란 보상 캐패시터를 사용하는 것은 안정기의 속도를 실질적으로 저하시키고 상당한 실리콘 영역을 차지하며, 이 둘은 경제적으로 허용될 수 없다.Very large compensation capacitors (not shown) can be used to control the gain and phase characteristics of the control loop. This large compensation capacitor can also be a pole, but with this configuration the phase shift can lead to cumulative negative feedback in addition to other poles and parasitic poles in the ballast. However, using large compensation capacitors substantially slows down the ballast and occupies significant silicon area, both of which are economically unacceptable.

한편, 더 작은 보상 캐패시터가 예를 들면 각 제어 루프에 하나씩 사용될 수 있다. 그러나, 어떠한 보상 캐패시터라도 중요한 실리콘 영역을 차지하고, 이는 시스템 안에 집적되는 비교적 고가의 구성이다. 그러므로, 전압 제어 루프와 전류 제한 제어 루프가 하나의 보상 캐패시터를 공유하는 것은 바람직하다.On the other hand, smaller compensation capacitors can be used, for example, one for each control loop. However, any compensation capacitor occupies a significant silicon area, which is a relatively expensive configuration that is integrated into the system. Therefore, it is desirable for the voltage control loop and the current limiting control loop to share one compensation capacitor.

안정기에서 보상 소자의 공유를 가장 방해하는 것은 전압 제어 루프를 위한 표준 보상 루프의 존재이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 이 보상 루프는 노 드(209,203) 사이에 직렬로 연결된 저항(205) 및 보상 캐패시터(204)를 포함한다. 캐패시터(204) 및 저항(205)은 전압 제어 루프의 안정성을 강화하기 위해 충분한 이득과 위상 편이를 제공하면서 과도 전류 조건 동안 적절한 성능을 제공하도록 조절될 수 있다. The most disturbing sharing of compensation elements in the ballast is the presence of a standard compensation loop for the voltage control loop. As shown in FIG. 2, this compensation loop includes a resistor 205 and a compensation capacitor 204 connected in series between the nodes 209 and 203. Capacitor 204 and resistor 205 may be adjusted to provide adequate performance during transient conditions while providing sufficient gain and phase shift to enhance the stability of the voltage control loop.

고성능 조정기의 목표는 그 출력 드라이버를 견고하게 구동하는 것이다. 그러므로, 조정기 내의 에러 증폭기는 상당한 이득으로 구축된다. 그러나, 이러한 높은 이득 필요성과 몇몇 처리 조건 때문에, 전류 제한 회로의 증폭기는 도 1b에 도시된 배열에서 에러 증폭기를 위해 필요한 전류 제한 보정, 즉, 에러 증폭기의 출력 보정을 제공할 수 없다. The goal of a high performance regulator is to drive the output driver solidly. Therefore, the error amplifier in the regulator is built with significant gains. However, because of this high gain need and some processing conditions, the amplifier of the current limiting circuit cannot provide the current limit correction necessary for the error amplifier in the arrangement shown in FIG. 1B, that is, the output correction of the error amplifier.

그러므로, 실질적으로 그 출력보다 이득이 더 낮은(전류는 더 낮음) 에러 증폭기의 내부 단계에 전류 제한 보정을 제공하는 것이 바람직하고 그것에 의해 전류 제한 회로(104)의 성능이 강화된다. 간단하게 전류 제한 회로(104)의 출력을 제공하여 에러 증폭기(210) 안에 노드(211)에만 전압 제어 루프로서 같은 영점으로 이동 기능을 만든다. 즉 원하지 않는 포지티브 피드백이 된다.Therefore, it is desirable to provide current limit correction to the internal stage of the error amplifier that is substantially lower in gain than the output (current is lower), thereby enhancing the performance of the current limiting circuit 104. It simply provides the output of the current limiting circuit 104 to make the function of moving to the same zero point as a voltage control loop only at the node 211 in the error amplifier 210. That is, unwanted positive feedback.

한편, 노드(212)에만 간단히 라인(124) 위에 신호를 제공하는 것은 커다란 루프 불안정성을 만든다. 특히, 전류 펄스가 극점과 영점으로 회로게 부가되면, 초기 단계(영점에 의함, 예를 들면 저항)는 경사진 파형에 의해 따라서 생성된다(극점에 의함, 예를 들면 캐패시터). 이 단계와 경사진 파형은 펄스가 노드(211)에만 적용되면 발생한다. 그러나, 펄스가 노드(212)에 적용되면 펄스는 역전 단계에 필요한 캐패시터(204)를 통해 노드(203)와 증폭기(202)에 즉시 전송된다. 이 경우, 초기 응답은 경사가 시작하기 전에 반대 방향에서 단계를 시작한다. 이 짧은 간격의 입력의 역전은 긴 간격의 입력에 비해 RHPZ의 성질이 뛰어나다. 그러므로, 노드(212), 노드 (211) 어느 쪽에 펄스를 부가하더라도 항상 영점을 생성한다. 즉, 좌반면 영점 또는 우반면 영점. 현저하게 양 종류의 영점은 전류 제한 루프에 좋지 않다.On the other hand, simply providing a signal over line 124 only at node 212 creates large loop instability. In particular, when a current pulse is added to the circuit with poles and zeros, the initial stage (zero-based, eg resistance) is generated according to the inclined waveform (pole-based, eg capacitor). This step and the inclined waveform occur when a pulse is applied only to node 211. However, if a pulse is applied to node 212, the pulse is immediately sent to node 203 and amplifier 202 via capacitor 204, which is required for the inversion phase. In this case, the initial response begins a step in the opposite direction before the slope begins. The reversal of this short interval input is superior to that of the long interval input. Therefore, zero is always generated no matter which pulse is added to either node 212 or node 211. Ie, left half zero or right half zero. Remarkably, both types of zeros are bad for current limiting loops.

그러므로, 본 발명의 일 측면에 따라, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로(206)가 전류 제한 회로(104)로부터의 신호를 분배하는 데 사용되고, 분배된 양 노드(211,212)에서의 신호를 제공한다. 이 분배를 제공하기 위해, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로(206)은 두개의 버퍼(207,208)을 포함한다. 현저하게, 그리고 도 3을 참조하여 보다 더 상세히 설명하면, 버퍼(207,208)는 명확한 전류를 전류 증폭기(202)의 이득에 기초하여 노드(212,211) 각각에 인가하고 그것에 의해 저항(즉, Rzero)의 영향을 소거할 수 있다. 이 소거는 단일 보상 캐패시터(즉 극점)를 사용하는 모든 루프 안정화에 도움이 되고, 그것에 의해 실리콘 영역을 최소화할 수 있다. 또한 이 소거는 전류 제한 조건에 루프 불안정성을 고려하지 않고 루프 안정화 조절하는데 이점이 있다.Therefore, in accordance with one aspect of the present invention, a rationometric branch compensation circuit 206 is used to distribute the signal from the current limiting circuit 104 and provides signals at both nodes 211 and 212 distributed. To provide this distribution, the rationometric branch compensation circuit 206 includes two buffers 207 and 208. Remarkably and in more detail with reference to FIG. 3, buffers 207 and 208 apply a definite current to each of nodes 212 and 211 based on the gain of current amplifier 202 and thereby resist (ie, R zero ). The influence of can be eliminated. This cancellation helps all loop stabilization using a single compensation capacitor (ie, pole), thereby minimizing silicon area. This cancellation also has the advantage of controlling loop stabilization without considering loop instability in current limit conditions.

에러 증폭기:실시예Error Amplifier: Example

도 3 은 레이쇼메트릭 분기 보상 회로를 포함하는 에러 증폭기(300)의 일 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 차동 증폭기(201)는 저항(320,321,322) 뿐만 아니라 PNP 트랜지스터(310,302,312,313)를 포함할 수 있다. PNP 트랜지스터(301)는 그 에미터가 전압 전원 VCC에 연결된 전류 소스(IBBN)에 연결된 그 베이스와 콜렉터를 구비한다. PNP 트랜지스터(302)는 전압 전원 VCC에 연결된 에미터, PNP 트랜지스터(312,313)의 에미터에 연결된 그 콜렉터를 구비한다. PNP 트랜지스터(312,313)의 베이스는 각각 네가티브 입력 신호(INn)(즉, 전압 제어 루프의 신호)와 기준 전압 REF를 구비한다. PNP 트랜지스터(312,313)의 콜렉터는 각각 저항(320,321)을 통해 전압 소스GND(ground)에 연결된다.3 illustrates one embodiment of an error amplifier 300 that includes a ratiometric branch compensation circuit. In this embodiment, the differential amplifier 201 may include PNP transistors 310, 302, 312, 313 as well as resistors 320, 321, 322. PNP transistor 301 has a collector and its base connected to a current source IBBN whose emitter is connected to a voltage power supply VCC. The PNP transistor 302 has an emitter connected to the voltage power supply VCC and its collector connected to the emitters of the PNP transistors 312 and 313. The bases of the PNP transistors 312 and 313 each have a negative input signal INn (ie, a signal of a voltage control loop) and a reference voltage REF. The collectors of PNP transistors 312 and 313 are connected to voltage source GND (ground) through resistors 320 and 321, respectively.

차동 증폭기(201)는 저항(322) 뿐만 아니라 NPN 트랜지스터(314,315, 318)을 포함할 수 있고, 실제로 전류 증폭기(202)에 완전히 차동 출력을 제공한다. 특히, PNP 트랜지스터(312,313)의 콜렉터는 NPN 트랜지스터(318,315)에 각각 연결되어 차동 신호를 제공한다. NPN 트랜지스터(314)는 저항(322)를 통해 전압 wjsdnjsGND에 연결된 그 에미터를 구비한다. NPN 트랜지스터(314,315,318)의 베이스는 보통 NPN 트랜지스터(314)의 콜렉터에 연결된다. 이 배열에서, 다이오드에 연결된 NPN 트랜지스터(314)는 NPN 트랜지스터(315,318)에 바이어스로 설치될 수 있다. 저항(320,321,322)의 값은 PNP 트랜지스터(312,313)으로부터 가해진 전류가 저항(322)처럼 저항(320,321)을 통과하여 같은 강하를 일으키도록 예를 들면 10kΩ에 설정될 수 있고, 그에 의해 차동 증폭기(201)과 전류 증폭기(202)의 균형을 맞출 수 있다. 이런 방식으로 입력 신호의 변화는 NPN 트랜지스터(315,318)에서 정확하게 반사될 수 있다.Differential amplifier 201 may include NPN transistors 314, 315, 318 as well as resistor 322, which actually provides a fully differential output to current amplifier 202. In particular, collectors of PNP transistors 312 and 313 are connected to NPN transistors 318 and 315, respectively, to provide differential signals. NPN transistor 314 has its emitter coupled to voltage wjsdnjsGND via resistor 322. The base of the NPN transistors 314, 315, 318 is usually connected to the collector of the NPN transistor 314. In this arrangement, the NPN transistor 314 connected to the diode may be biased in the NPN transistors 315 and 318. The values of resistors 320, 321 and 322 can be set, for example, to 10 kΩ such that currents applied from PNP transistors 312 and 313 pass the same through resistors 320 and 321 like resistor 322, thereby causing differential amplifier 201. And the current amplifier 202 can be balanced. In this way, changes in the input signal can be accurately reflected in the NPN transistors 315 and 318.

이 실시예에서, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로(206)은 버퍼(206,207)을 실행하는 NMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다(도3을 참조하면 NMOS 트랜지스터(206,207) 로 설명됨). NMOS 트랜지스터(206,207)은 전압 전원 GND에 연결된 소스 및 전류 제한 회로(CLimit)로부터의 신호를 수신하도록 연결된 게이트를 구비한다. NMOS 트랜지스터(323)은 전압 전원 GND에 연결된 소스, 전류 제한 회로(CLimit)로부터의 신호를 수신하도록 연결된 게이트, 및 그 게이트에 연결된 드레인을 구비한다. NMOS 트랜지스터(323)은 증폭기(330)의 형성 부분으로 특징지워질 수 있다. 이러한 다이오드 연결 배열에서, NMOS 트랜지스터(323)은 실제로 NMOS 트랜지스터(206,207)에 제공되는 바이어스로 세팅될 수 있고 그것에 의해 그들이 생성하는 전류를 결정할 수 있다. 보다 특히, NMOS 트랜지스터(323)의 크기는 전류 제한 루프의 이득을 결정한다.In this embodiment, the rational branch compensation circuit 206 may include NMOS transistors that implement buffers 206 and 207 (described with reference to FIG. 3 as NMOS transistors 206 and 207). NMOS transistors 206 and 207 have a source connected to a voltage power supply GND and a gate connected to receive a signal from a current limiting circuit CLimit. NMOS transistor 323 has a source coupled to voltage supply GND, a gate coupled to receive a signal from current limiting circuit CLimit, and a drain coupled to the gate. NMOS transistor 323 may be characterized as part of the formation of amplifier 330. In this diode connected arrangement, the NMOS transistors 323 can actually be set to biases provided to the NMOS transistors 206 and 207 and thereby determine the current they produce. More particularly, the size of the NMOS transistor 323 determines the gain of the current limiting loop.

증폭기(330)은 전류 증폭기(202)에 의해 인가된 차동 전류를 수신하고 전압을 생성하여 트랜스임피던스 증폭기로서 기능한다. 이 실시예에서, 증폭기(330)는 저항(306,307) 뿐만 아니라 PNP 트랜지스터(303,304,305,308,309)를 포함한다. PNP 트랜지스터(304,305)의 콜렉터는 저항(306)의 다른 단자, NPN 트랜지스터(315)의 콜렉터 및 PNP 트랜지스터(308)의 베이스에 연결된다. PNP 트랜지스터(305)의 콜렉터는 저항(307)의 다른 단자, NPN 트랜지스터(318)의 콜렉터 및 PNP 트랜지스터(309)의 베이스에 연결된다. PNP 트랜지스터(308,309)의 에미터는 전압 전원 VCC에 연결된다. PNP 트랜지스터(308)의 콜렉터는 NMOS 트랜지스터(327)의 게이트 뿐만 아니라 NMOS 트랜지스터(326)의 게이트와 드레인에 연결된다. PNP 트랜지스터(309)의 콜렉터는 NMOS 트랜지스터(327)의 드레인에 연결된다. NMOS 트랜지스터(326,327)의 소스는 전압 전원 GND에 연결된다.Amplifier 330 receives the differential current applied by current amplifier 202 and generates a voltage to function as a transimpedance amplifier. In this embodiment, amplifier 330 includes PNP transistors 303, 304, 305, 308 and 309 as well as resistors 306 and 307. The collectors of the PNP transistors 304, 305 are connected to the other terminal of the resistor 306, the collector of the NPN transistor 315, and the base of the PNP transistor 308. The collector of the PNP transistor 305 is connected to the other terminal of the resistor 307, the collector of the NPN transistor 318 and the base of the PNP transistor 309. Emitters of the PNP transistors 308 and 309 are connected to a voltage power supply VCC. The collector of the PNP transistor 308 is connected to the gate and the drain of the NMOS transistor 326 as well as the gate of the NMOS transistor 327. The collector of the PNP transistor 309 is connected to the drain of the NMOS transistor 327. The sources of NMOS transistors 326 and 327 are connected to the voltage power supply GND.

이 배열에서 노드(312)는 증폭기(330)의 출력을 나타낸다. 저항(306,307)의 크기가 증폭기(330)의 전류 이득을 결정한다. 증폭기(330)는 추가적인 DC 바이어스 없이 조절된 전류 이득의 양을 제공한다.Node 312 in this arrangement represents the output of amplifier 330. The magnitude of resistors 306 and 307 determine the current gain of amplifier 330. Amplifier 330 provides a regulated amount of current gain without additional DC bias.

현저하게, NMOS 트랜지스터(206,207)의 크기의 비율을 결정하는 것은 저항(205,즉 Rzero)의 영향을 소거를 수행하는 것이 중요하다. 저항(205)은 NMOS 트랜지스터(206,207)의 드레인 사이에 연결된다. 반대로, 캐패시터(204)는 NPN 트랜지스터(318)의 에미터와 NMOS 트랜지스터(206)의 드레인 사이에 연결된다. 짧은 간격 펄스에서 캐패시터(204)는 짧아진다. 또한, NPN 트랜지스터(318)의 에미터에 효과적인 저항은 저항(205)의 저항보다 많이 낮다. 이 경우, 노드(212,211)에 전류 펄스를 인가하는 것은 노드(312)에서 전류 펄스 3배 크기를 야기할 것이다. 저절로 노드 (212,211)에 펄스로 노드 312에 3배의 펄스를 인가하면 저항(205)에서 네트(net) 전류는 영이다. 다시 말하면, 증폭된 펄스의 영향이 본질적으로 없어진다. 그러므로 저항(205)의 크기는 중요하지 않다.The significantly determines the size ratio of the NMOS transistors (206,207) it is important to perform the erase the effect of the resistor (205, that is, R zero). Resistor 205 is connected between the drains of NMOS transistors 206 and 207. Conversely, capacitor 204 is connected between the emitter of NPN transistor 318 and the drain of NMOS transistor 206. At short interval pulses the capacitor 204 is shortened. In addition, the effective resistance to the emitter of NPN transistor 318 is much lower than the resistance of resistor 205. In this case, applying a current pulse to nodes 212 and 211 will result in a triple the current pulse size at node 312. Applying a triple pulse to node 312 by itself to pulses 212 and 211, the net current at resistor 205 is zero. In other words, the effect of the amplified pulse is essentially eliminated. Therefore, the size of the resistor 205 is not important.

전류 증폭기(202)의 이득에 기해서 NMOS 트랜지스터(206,207)의 크기 비가 저항(205)의 반대측에 적절한 양의 전류를 인가할 수 있도록 선택될 수 있다. 그것에 의해 Rzero의 영향이 효과적으로 소거된다. 예를 들면, 전류 증폭기(202)의 이득이 3이라면 NMOS 트랜지스터(205)는 M=1을 가지고, NMOS 트랜지스터(207)은 M=3을 갖는다. 그러므로 인가된 전류증 어느것도 저항(205)에 나타나지 않으므로 Rzero의 영향이 소거된다. Rzero의 영향이 소거되면, 캐패시터(204)의 영향만 전류 제한 루프(CLimit)에 의해 나타난다.(즉, 캐패시터(204)가 충전 시작할 충분한 시간 후에)Based on the gain of the current amplifier 202, the size ratio of the NMOS transistors 206 and 207 may be selected so that an appropriate amount of current can be applied to the opposite side of the resistor 205. Thereby, the influence of Rzero is effectively canceled. For example, if the gain of the current amplifier 202 is 3, the NMOS transistor 205 has M = 1 and the NMOS transistor 207 has M = 3. Therefore, none of the applied current increases in the resistor 205, so the influence of Rzero is canceled. If the effect of Rzero is canceled, only the effect of capacitor 204 is manifested by the current limiting loop CLimit (ie, after sufficient time for capacitor 204 to begin charging).

일 실시예에서, 저항(205)는 100~300kΩ 또는 10~40kΩ으로 더 작을 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로(206)가 전류 증폭기(202)에 의해 제공된 이득에 선택된 비율로 폐쇄되기만 하면, Rzero의 영향은 네가티브 피드백을 강화할 만큼 최소화될 수 있다.In one embodiment, resistor 205 may be smaller, such as 100-300 kΩ or 10-40 kΩ. According to one aspect of the present invention, the effect of Rzero can be minimized to enhance negative feedback as long as the rationometric branch compensation circuit 206 is closed at a selected ratio to the gain provided by the current amplifier 202.

전압 전원VCC에 연결된 에미터와 NMOS 트랜지스터(311)의 드레인에 연결된 콜렉터를 구비한 PNP 트랜지스터(310),는 그 베이스에 전류신호 IBBN을 수신한다. 전압 전원 GND에 연결된 NMOS 트랜지스터(311)은 PNP 트랜지스터의 콜렉터와 NMOS 트랜지스터(207)의 드레인에 연결된다. PNP 트랜지스터(310)의 콜렉터와 NMOS 트랜지스터의드레인은 에러 증폭기의 출력 전압 OUT을 제공한다.A PNP transistor 310 having an emitter connected to the voltage power supply VCC and a collector connected to the drain of the NMOS transistor 311 receives a current signal IBBN at its base. The NMOS transistor 311 connected to the voltage power supply GND is connected to the collector of the PNP transistor and the drain of the NMOS transistor 207. The collector of the PNP transistor 310 and the drain of the NMOS transistor provide the output voltage OUT of the error amplifier.

노드312에 균형잡힌 출력 신호를 강화하기 위해 추가적인 구성이 포함될 수 있다. 예를 들면 PNP 트랜지스터(304,308) 및 저항(306)은 PNP 트랜지스터(305,309)와 저항(307)에 대칭된다. 또한, NMOS 트랜지스터(326,327)은 노드(312)에 추가로 전압 균형의 미러를 형성할 수 있다. 트랜지스터(326,327)은 같은 출력 장치(311)로서 MOSFET 기술을 수행한다. 노드312에 신호에 있어 어떠한 불균형도 바람직하지 않으므로(즉, 입력 오프셋을 보정하기 위한 제어 루프의 트리거링에 의해), 에러 증폭기(300)의 구성요소는 최대한 대칭적으로 특징지워질 수 있다.Additional configuration may be included to enhance the balanced output signal at node 312. For example, PNP transistors 304 and 308 and resistor 306 are symmetrical to PNP transistors 305 and 309 and resistor 307. In addition, NMOS transistors 326 and 327 may form a voltage balanced mirror in addition to node 312. Transistors 326 and 327 perform MOSFET technology as the same output device 311. Since no imbalance in the signal at node 312 is desirable (ie, by triggering a control loop to correct the input offset), the components of the error amplifier 300 can be characterized as symmetrically as possible.

본 발명은 묘사된 설명에 의해 제한되지 않는다.The invention is not limited by the depicted description.

예를 들면 레귤레이터(300)가 MOSFET과 분극 트랜지스터를 포함하더라도 다른 타입의 실시예를 포함할 수 있다. 또한 MOSFET 트랜지스터는 분극 트랜지스터에 사용될 수 있다. 예를 들면 NPN 트랜지스터는 도 3 의 NOMS 트랜지스터 대신 사용될 수 있다. For example, although the regulator 300 includes a MOSFET and a polarization transistor, other types of embodiments may be included. MOSFET transistors can also be used for polarization transistors. For example, an NPN transistor can be used in place of the NOMS transistor of FIG.

다른 실시예에서 차동 증폭기와 전류 증폭기가 동작 증폭기 대신 사용될 수 있다. 그러므로 일반적으로 에러 증폭기는 제 1 및 제 2 증폭기를 포함하도록 간단히 특징지워질 수 있다. 또한, 다른 실시예에서 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는 전류 대신에 두 노드로 인가되는 전압으로 특징지워질 수 있다.In other embodiments, differential amplifiers and current amplifiers may be used instead of operational amplifiers. Therefore, in general, the error amplifier can be simply characterized to include the first and second amplifiers. Also, in other embodiments the rationometric branch compensation circuit can be characterized by a voltage applied to two nodes instead of current.

따라서, 본 발명의 범위는 이하 청구범위와 그 균등 범위에 의해 정해진다.Accordingly, the scope of the invention is defined by the following claims and their equivalents.

상기와 같은 본 발명에 따르면 안정적인 출력 전압(VOUT)을 인가하는 전압 조정기를 제공하고, 전압 조정기 내의 제어 루프에 안정화를 가져올 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 극점 및 영점을 사용하여 실리콘-유효 방식에서 전압 조정기를 안정화시킬 수 있다.According to the present invention as described above can provide a voltage regulator for applying a stable output voltage (VOUT), it can bring a stabilization to the control loop in the voltage regulator. Thus, according to the present invention, poles and zeros can be used to stabilize the voltage regulator in a silicon-effective manner.

Claims (18)

에러 증폭기에 있어서:For error amplifiers: 기준 전압을 수신하는 제 1 입력단자 및 전압 제어 루프로부터의 신호를 수신하는 제 2 입력단자를 구비하는 제 1 증폭기;A first amplifier having a first input terminal for receiving a reference voltage and a second input terminal for receiving a signal from a voltage control loop; 상기 제 1 증폭기의 출력을 수신하는 제 2 증폭기;A second amplifier receiving the output of the first amplifier; 상기 제 2 증폭기의 출력과 상기 제 2 증폭기의 입력 사이에 직렬로 연결된 저항과 캐패시터를 포함하고 상기 전압 제어 루프의 안정성을 제공하는 보상 세트; 및A compensation set comprising a resistor and a capacitor connected in series between the output of the second amplifier and the input of the second amplifier and providing stability of the voltage control loop; And 전류 제한 회로에서 신호를 수신하고 상기 보상 세트의 상기 저항 양측에 전류를 인가하는 레이쇼메트릭(ratiomatric) 분기 보상회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And a rational branch compensation circuit that receives a signal in a current limiting circuit and applies current to both sides of the resistor of the compensation set. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 증폭기는 차동 증폭기를 포함하고, 상기 제 2 증폭기는 전류 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.Wherein said first amplifier comprises a differential amplifier and said second amplifier comprises a current amplifier. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인가된 전류의 비는 제 2 증폭기의 이득과 동일한 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And wherein the ratio of the applied currents is equal to the gain of the second amplifier. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는:The ratiometric branch compensation circuit is: 상기 저항의 제 1 측에 연결된 제 1 단자, 전압 전원에 연결된 제 2 단자, 및 상기 전류 제한 회로로부터 상기 신호를 수신하는 제어 단자를 포함하는 제 1 트랜지스터; 및A first transistor comprising a first terminal connected to the first side of the resistor, a second terminal connected to a voltage power supply, and a control terminal receiving the signal from the current limiting circuit; And 상기 저항의 제 2 측에 연결된 제 1 단자, 상기 전압 전원에 연결된 제 2 단자, 및 상기 전류 제한 회로로부터 상기 신호를 수신하는 제어 단자를 포함하는 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기. And a second transistor comprising a first terminal connected to the second side of the resistor, a second terminal connected to the voltage power supply, and a control terminal receiving the signal from the current limiting circuit. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터를 포함하고 상기 전압 전원은 그라운드인 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.Wherein said first and second transistors comprise NMOS transistors and said voltage power supply is ground. 전압 조정기의 제어 루프 안정화 방법에 있어서,In the control loop stabilization method of the voltage regulator, 상기 전압 조정기의 전류 제한 제어 루프로부터 전류 제한 신호를 수신하는 단계; 및Receiving a current limit signal from a current limit control loop of the voltage regulator; And 상기 전류 제한 신호를 분배하여 전압 제어 루프의 안정성을 제공하는 보상 세트에 제공된 영점(zero)의 영향을 최소화함으로써, 상기 전압 제어 루프와 상기 전류 제한 제어 루프를 안정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 조정기의 제어 루프 안정화 방법.Stabilizing the voltage control loop and the current limit control loop by minimizing the effect of zero provided on a compensation set that distributes the current limit signal to provide stability of the voltage control loop. How to stabilize the control loop of a voltage regulator. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 보상 세트는 상기 영점을 생성하는 저항을 포함하고, The compensation set includes a resistor that generates the zero point, 상기 전류 제한 신호를 분배하는 단계는,Distributing the current limiting signal may include: 상기 저항의 제 1 측에 상기 전류 제한 신호의 제 1 부분을 인가하는 단계; 및Applying a first portion of the current limiting signal to the first side of the resistor; And 상기 저항의 제 2 측에 상기 전류 제한 신호의 제 2 부분을 인가하는 단계를 포함하여,Applying a second portion of the current limiting signal to a second side of the resistor, 상기 저항의 영향을 최소화하는 것을 특징으로 하는 전압 조정기의 제어 루프 안정화 방법.The control loop stabilization method of the voltage regulator, characterized in that to minimize the effect of the resistance. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 보상 세트는 영점을 포함하고, The set of rewards includes a zero, 상기 전류 제한 신호를 분배하는 단계는,Distributing the current limiting signal may include: 상기 분배된 전류 제한 신호를 인가하여 상기 영점의 영향을 최소화시키도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 조정기의 제어 루프 안정화 방법.Applying the distributed current limit signal to minimize the effect of the zero point. 전압 조정기에 있어서,In the voltage regulator, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로를 포함하는 에러 증폭기;An error amplifier including a rational branch compensation circuit; 상기 에러 증폭기의 출력을 수신하도록 연결된 구동장치;A drive coupled to receive the output of the error amplifier; 상기 구동장치의 출력을 수신하도록 연결되고 전류 제한 제어 루프를 위한 전류 제한 신호를 생성하는 전류 제한 회로;A current limiting circuit coupled to receive the output of the drive and generating a current limiting signal for a current limiting control loop; 상기 전류 제한 회로의 출력을 수신하도록 연결되고 상기 에러 증폭기에 입력 신호를 인가하는 전압 제어 루프; 및A voltage control loop coupled to receive the output of the current limiting circuit and applying an input signal to the error amplifier; And 영점과 극점(pole)을 포함하고 상기 전압 제어 루프의 안정성을 제공하는 보상 세트를 포함하고,A compensation set comprising a zero and a pole and providing stability of the voltage control loop, 상기 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는 상기 전류 제한 신호를 분배함으로써 상기 보상 세트 내에서 상기 영점의 영향을 최소화하고,The rational branch compensation circuit minimizes the effect of the zero point in the compensation set by distributing the current limit signal, 이로써, 상기 전압 제어 루프와 상기 전류 제한 제어 루프를 안정화시키는 것을 특징으로 하는 전압 조정기.This stabilizes the voltage control loop and the current limiting control loop. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는 상기 전류 제한 신호를 수신하고 상기 영점을 생성하는 저항의 다른 측에 출력을 인가하는 2개의 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 조정기.And said rationometric branch compensation circuitry comprises two buffers receiving said current limiting signal and applying an output to the other side of the resistor generating said zero. 에러 증폭기에 있어서,In the error amplifier, 기준 전압을 수신하는 제 1 입력 단자와 전압 제어 루프로부터 신호를 수신하는 제 2 입력 단자를 구비한 차동 증폭기;A differential amplifier having a first input terminal for receiving a reference voltage and a second input terminal for receiving a signal from a voltage control loop; 상기 차동 증폭기의 출력을 수신하는 전류 증폭기;A current amplifier receiving the output of the differential amplifier; 상기 전류 증폭기의 출력과 상기 전류 증폭기의 입력 사이에서 직렬로 연결되는 저항 및 캐패시터를 포함하고, 상기 전압 제어 루프의 안정성을 제공하는 보상 세트; 및A compensation set comprising a resistor and a capacitor connected in series between the output of the current amplifier and the input of the current amplifier, the compensation set providing stability of the voltage control loop; And 전류 제한 회로로부터 신호를 수신하고 상기 보상 세트 내의 상기 저항의 양측에 전류를 인가하는 레이쇼메트릭 분기 보상 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기. And a schematic branch compensation circuit that receives a signal from a current limiting circuit and applies current to both sides of the resistor in the compensation set. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 레이쇼메트릭 분기 보상 회로는:The ratiometric branch compensation circuit is: 제 1 전압 전원 에 연결된 소스와 상기 저항의 상기 저항과 상기 캐패시터 사이에 위치하는 제 1 접합부에 연결된 드레인을 구비한 제 1 NMOS 트랜지스터; 및A first NMOS transistor having a source connected to a first voltage power source and a drain connected to a first junction positioned between the resistor of the resistor and the capacitor; And 제 1 전압 전원 에 연결된 소스와 상기 저항의 제 2 접합부에 연결된 드레인을 구비한 제 2 NMOS 트랜지스터를 포함하고,A second NMOS transistor having a source connected to a first voltage power supply and a drain connected to a second junction of the resistor, 상기 제 1 및 제 2 NMOS 트랜지스터의 게이트는 전류 제한 회로 출력을 수신하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And the gates of the first and second NMOS transistors receive current limiting circuit outputs. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 1 전압 전원 에 연결된 소스와, 상기 전류 제한 회로 출력을 수신하는 드레인과 게이트를 구비한 제 3 NMOS 트랜지스터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And a third NMOS transistor having a source connected to said first voltage power supply, a drain and a gate receiving said current limiting circuit output. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 차동 증폭기는:The differential amplifier is: 전류 전원에 연결된 베이스와 콜렉터 및 제 2 전압 전원에 연결된 에미터를 구비한 제 1 PNP 트랜지스터;A first PNP transistor having a base connected to the current power supply and a collector and an emitter connected to the second voltage power supply; 제 2 전압 전원에 연결된 에미터 및 상기 제 1 PNP 트랜지스터의 상기 베이스에 연결된 베이스를 구비한 제 2 PNP 트랜지스터;A second PNP transistor having an emitter connected to a second voltage power supply and a base connected to the base of the first PNP transistor; 상기 제 2 PNP 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 에미터와 기준 전압을 수신하는 베이스를 구비한 제 3 PNP 트랜지스터;A third PNP transistor having an emitter connected to the collector of the second PNP transistor and a base for receiving a reference voltage; 상기 제 2 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 에미터와 전압 제어 루프 신호를 수신하는 베이스를 구비한 제 4 PNP 트랜지스터;A fourth PNP transistor having an emitter connected to said collector of said second PNP transistor and a base for receiving a voltage control loop signal; 상기 제 3 PNP 트랜지스터의 콜렉터와 상기 제 1 전압 전원 사이에 연결된 제 2 저항; 및 A second resistor coupled between the collector of the third PNP transistor and the first voltage power supply; And 상기 제 4 PNP 트랜지스터의 콜렉터와 상기 제 1 전압 전원 사이에 연결된 제 3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And a third resistor coupled between the collector of the fourth PNP transistor and the first voltage power supply. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14, 상기 전류 증폭기는:The current amplifier is: 베이스, 콜렉터, 및 에미터를 구비한 제 1 NPN 트랜지스터;A first NPN transistor having a base, a collector, and an emitter; 상기 제 4 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 에미터, 베이스 및 콜렉 터를 구비한 제 2 NPN 트랜지스터;A second NPN transistor having an emitter, a base, and a collector connected to the collector of the fourth PNP transistor; 상기 제 3 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 에미터와 상기 제 1 NPN 트랜지스터의 상기 콜렉터와 연결된 동시에 상기 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터의 상기 베이스에 연결된 베이스를 구비하고, 상기 제 1 저항의 상기 제 1 접합부는 상기 캐패시터의 제 1 접합부이며, 상기 캐패시터의 제 2 접합부는 상기 제 3 NPN트랜지스터의 에미터에 연결되고, 상기 제 1 및 제 3 NPN 트랜지스터의 콜렉터는 증폭 회로에 연결될 수 있는 제 3 NPN 트랜지스터; 및An emitter connected to the collector of the third PNP transistor and a base connected to the collector of the first NPN transistor and a base connected to the base of the first and second NPN transistors, the first resistor of the first resistor A junction is a first junction of the capacitor, a second junction of the capacitor is connected to the emitter of the third NPN transistor, and the collector of the first and third NPN transistors is a third NPN transistor which can be connected to an amplifying circuit. ; And 상기 제 1 전압 전원 과 상기 제 1 NPN 트랜지스터의 에미터 사이에 연결되는 제 4 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And a fourth resistor coupled between the first voltage power supply and the emitter of the first NPN transistor. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15, 상기 증폭 회로는:The amplification circuit is: 상기 제 2 전압 전원에 연결된 에미터, 상기 제 2 PNP 트랜지스터의 상기 베이스에 연결된 베이스, 및 상기 제 1 NPN 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 콜렉터를 구비한 제 5 PNP 트랜지스터;A fifth PNP transistor having an emitter connected to the second voltage power source, a base connected to the base of the second PNP transistor, and a collector connected to the collector of the first NPN transistor; 제 2 전압 전원 에 연결된 에미터 및 상기 제 2 NPN 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 콜렉터를 구비한 제 6 PNP 트랜지스터;A sixth PNP transistor having an emitter connected to a second voltage power supply and a collector connected to the collector of the second NPN transistor; 상기 제 2 전압 전원 에 연결된 에미터, 상기 제 3 NPN 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 콜렉터, 및 상기 제 6 PNP 트랜지스터의 베이스에 연결된 베이스를 구비한 제 7 PNP 트랜지스터;A seventh PNP transistor having an emitter connected to the second voltage power supply, a collector connected to the collector of the third NPN transistor, and a base connected to the base of the sixth PNP transistor; 상기 제 2 전압 전원 에 연결된 에미터, 상기 제 6 NPN 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 베이스, 및 제 1 전압 전원 에 결합된 콜렉터를 구비한 제 8 PNP 트랜지스터;An eighth PNP transistor having an emitter connected to the second voltage power supply, a base connected to the collector of the sixth NPN transistor, and a collector coupled to a first voltage power supply; 제 2 전압 전원 에 연결된 에미터, 상기 제 7 NPN 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 베이스, 및 상기 제 1 전압 전원 에 결합된 콜렉터를 구비한 제 9 PNP 트랜지스터;A ninth PNP transistor having an emitter connected to a second voltage power supply, a base connected to the collector of the seventh NPN transistor, and a collector coupled to the first voltage power supply; 제 6 및 7 PNP 트랜지스터의 상기 게이트에 연결된 제 1 접합부와, 상기 제 6 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 제 2 접합부를 구비한 제 5 저항; 및A fifth resistor having a first junction connected to said gate of sixth and seventh PNP transistors and a second junction connected to said collector of said sixth PNP transistor; And 상기 제 6 및 제 7 PNP 트랜지스터의 상기 게이트에 연결된 제 1 접합부와, 상기 제 7 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 제 2 접합부를 구비한 제 6 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And a sixth resistor having a first junction connected to said gate of said sixth and seventh PNP transistors and a second junction connected to said collector of said seventh PNP transistor. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 제 1 전압 전원 에 연결된 소스 및 상기 제 8 PNP 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 게이트와 드레인을 구비한 제 5 NMOS 트랜지스터; 및 A fifth NMOS transistor having a source connected to a first voltage power supply, and a gate and a drain connected to a collector of the eighth PNP transistor; And 상기 제 1 전압 전원 에 연결된 소스, 상기 제 5 MMOS 트랜지스터의 게이트에 연결된 게이트, 및 상기 제 9 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결된 드레인을 구비한 제 6 NMOS 트랜지스터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And an sixth NMOS transistor having a source coupled to the first voltage power source, a gate coupled to the gate of the fifth MMOS transistor, and a drain coupled to the collector of the ninth PNP transistor. . 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 제 1 전압 전원에 연결된 소스, 상기 제 9 PNP 트랜지스터의 상기 콜렉터와 상기 제 1 저항의 제 2 접합부에 연결된 게이트, 및 상기 에러 증폭기의 상기 출력단에 연결된 드레인을 구비한 제 4 NMOS 트랜지스터; 및A fourth NMOS transistor having a source connected to a first voltage power source, a gate connected to the second junction of the collector and the first resistor of the ninth PNP transistor, and a drain connected to the output terminal of the error amplifier; And 제 2 전압 전원에 연결된 에미터, 상기 제 5 PNP 트랜지스터의 상기 베이스에 연결된 베이스, 및 상기 에러 증폭기의 상기 출력단에 연결된 콜렉터를 구비한 제 10 PNP 트랜지스터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에러 증폭기.And a tenth PNP transistor having an emitter connected to a second voltage power source, a base connected to the base of the fifth PNP transistor, and a collector connected to the output terminal of the error amplifier.
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