[发明专利]低压差线性稳压器

说明书

技术领域

背景技术

低压差或者LDO线性电压稳压器是被设计来提供稳定的直流(DC)输出电压的电子电路，而不管输入电压的变化和负载阻抗。即使对于相对小的输入电压和输出电压之间的差异，LDO稳压器也能够保持输出调节。例如，在调节电池电压时，对于输入电压的范围从高电池电压下至略大于输出电压的电压电平，LDO稳压器能够保持稳定的输出电压。典型的LDO稳压器可以使用场效应晶体管(FET)作为电流传输元件，FET表现为电阻器，并使其端子之间的电压下降，以保持期望的输出电压。当负载电流或者输入电压变化时，FET的栅极-源极电压由控制电路调整以保持输出稳定。只要FET具有最小电阻值，FET就工作在线性区，但是，如果控制电路使FET工作在低于该最小电阻值，则FET进入饱和区，LDO发生电压下降。一般地，对于LDO稳压器而言，下降电压应该尽可能地小。

LDO稳压器的另一重要特性是其电源抑制，即阻止来自电源的噪声的能力。常规的LDO的电源抑制取决于稳压器的环增益。因为环稳定性限制了可用的环增益，所以由于受限的环增益而造成难以在高频实现高电源抑制。一种提高电源抑制的技术是包括由电阻-电容网络组成的RC滤波器来过滤稳压器输入端的电源噪声。然而，使用RC滤波器来增加电源抑制也导致了高下降电压。另一提高电源抑制的技术是使用级联的NMOS和PMOS传输元件，其中NMOS传输元件的栅电压被电荷泵拉高到高于电源电压。但是，这种技术增加了电路的复杂性，并导致高功耗。

另一提高LDO稳压器中的电源抑制的技术是使用前馈路径来消除输入端的来自电源的纹波。一般地，在LDO稳压器中，直流参考电压被用来设定输出电压。在带有前馈的LDO稳压器中，联合使用前馈路径和直流参考电压来消除输入纹波。如图1中所示，传输元件10由主误差放大器路径12和前馈路径14的组合所控制。主误差放大器路径12将输出16处的电压同直流参考电压20进行比较，以产生反馈信号22。前馈路径14使用另外的放大器(例如26)和电阻器(例如，30和32)以及电容器(例如34)来产生前馈信号24。前馈信号24包含来自电源36的纹波噪声的表示，该纹波噪声同反馈信号22在放大器40中组合在一起，以实现高电源抑制。

但是，由于前馈路径14中RC值变化较大，使用放大器(例如，26)和电阻器(例如，30和32)以及电容器(例如34)所产生的前馈信号24易于受工艺-电压-温度(PVT)变化的影响。另外，当主放大器40的增益被修改时，前馈路径14应当相应地被调整，这样增加了LDO稳压器42的复杂性。

发明内容

本发明的各个实施例提供了调节输出电压的装置和方法。例如，讨论了一种包括低压差稳压器的装置，该低压差稳压器具有传输晶体管和放大器并可操作来基于反馈信号和前馈信号调节输出电压。该装置还包括具有辅助传输晶体管和辅助放大器的辅助低压差稳压器。辅助低压差稳压器可操作来使用放大器产生前馈信号，该放大器与主低压差稳压器中的放大器基本上匹配，但是在一些情形中，它们的尺寸是不同的，以减少辅助低压差稳压器中的功率使用。在各个实例中，该装置包括连接到放大器和辅助放大器的直流参考电压输入。该低压差稳压器可操作来将输出电压调节为由直流参考电压输入所确立的电平。在一些情形中，前馈信号被具有单位增益的反相器反相。在其它的示例中，该装置包括连接到反馈信号和前馈信号的加法器，该加法器输出连接到放大器。在又其它示例中，放大器为可操作来将反馈信号和前馈信号组合的多输入放大器。在一些实例中，低压差稳压器中的多输入放大器具有连接到直流参考电压的两个反相输入和连接到反馈信号和前馈信号的两个非反相输入。在一些实例中，多输入辅助放大器具有连接到直流参考电压的两个反相输入和一个非反相输入以及连接到前馈信号的一个非反相输入。

在之前提到的实施例的一些实例中，多输入放大器和辅助多输入放大器为差分单级放大器，该单级放大器具有运算放大器有源负载和多个源极跟随器输入，其可操作来将多个非反相输入和多个反相输入组合。在其他的实例中，多输入放大器和辅助多输入放大器为具有运算放大器有源负载和多个并联差分输入级的差分单级放大器。

之前提到的各个实施例包括在低压差稳压器和辅助低压差稳压器的输出处的分压器，以产生反馈信号和前馈信号。在一些实例中，分压器具有相同的分压比。

在之前提到的实施例的一些实例中，输出电容器和输出电流源连接到低压差稳压器和辅助低压差稳压器的输出，辅助低压差稳压器中的输出电流源产生比低压差稳压器中的输出电流源低的电流水平。