[实用新型]误差放大器、电路和电压调节器

说明书

本公开的实施例涉及误差放大器、电路和电压调节器。一种电压调节器包括从参考电压和反馈电压产生误差电压的误差放大器。电压电流转换器将误差电压转换为输出电流，而反馈电阻则根据输出电流生成反馈电压。误差放大器包括：接收反馈电压和参考电压的晶体管差分对；在饱和状态下操作并且在输出节点和偏置节点处耦合至晶体管差分对的第一对晶体管；在线性区域操作并在中间节点对处耦合到第一对晶体管的第二对晶体管。补偿电容器耦合到中间节点对中的一个，以补偿误差放大器的寄生电容。输出节点处的输出是参考电压和反馈电压之间的差的函数。

技术领域

本申请涉及电压调节器领域，并且更特别地涉及采用增益、带宽和偏置电流解耦合的误差放大器设计的输出级补偿电压调节器。

背景技术

近年来，手持式电池供电的电子设备(例如，平板电脑和智能手机)已得到广泛使用，使用率不断提高，并且定期添加附加功能。

在这样的电子设备中使用的常见类型的电压调节器被称为低压差(LDO)电压调节器，低压差电压调节器可以利用较小的输入进行操作来输出电压差，并且提供很高的效率和散热能力。典型的LDO电压调节器包括误差放大器，误差放大器控制电压电流转换器(例如，场效应晶体管(FET)或双极结型晶体管(BJT))，以使得从输出节点汲取电流或向输出节点提供电流。误差放大器的一个输入接收反馈信号，而另一输入接收参考电压。误差放大器控制电压电流转换器，以保持恒定的输出电压。

在图1A中示出了一个这样的示例电压调节器10。电压调节器10包括误差放大器11，误差放大器11接收参考电压Vref和反馈电压Vfb作为输入。误差放大器11产生的输出Vout_int等于Vref和Vfb之间的差乘以误差放大器11的增益。Vout_Int被馈送到电压电流转换器12，电压电流转换器12基于Vout_Int产生输出电流Iout。Iout流经反馈电路13(例如，电阻分压器)以产生反馈电压Vfb，并流经负载电阻RL 14和负载电容CL以产生输出电压Vout。

误差放大器11的细节在图1B中示出。误差放大器11包括输入晶体管差分对15、尾电流源16和有源负载17。输入晶体管差分对15包括NMOS晶体管N1和N2。NMOS晶体管N1的漏极耦合到偏置节点Nbias，其源极耦合到尾电流源16，并且其栅极耦合来接收反馈电压Vfb。NMOS晶体管N2的漏极耦合到输出节点Nout，其源极耦合到尾电流源16，并且其栅极耦合来接收参考电压Vref。

尾电流源16包括NMOS晶体管N3，NMOS晶体管N3的漏极耦合到NMOS晶体管N1和N2的源极，其源极耦合到接地，并且其栅极耦合到偏置电压Vbias，从而汲取偏置电流Ibias。

有源负载17包括呈电流镜像关系的PMOS晶体管P1和P2，其中P1和P2的源极耦合到电源电压Vsup，P1和P2的栅极彼此相连并连接到偏置节点Nbias，P1的漏极耦合到偏置节点Nbias，并且P2的漏极耦合到输出节点Nout。

NMOS晶体管N1和N2用于在Nout处生成输出，该输出是Vfb和Vref之间的差乘以增益。电流镜像布置中的PMOS晶体管P1和P2充当有源负载。

注意，在输出节点Nout和电源节点Vsup之间形成寄生电容Cpar。为了进行适当的操作，需要进行补偿。因此，补偿电容器Ccomp与补偿电阻器Rcomp串联耦合在电源节点Vsup和输出节点Nout之间，用于在非主极点位置处或附近添加零点。

利用误差放大器11的调节器10因此产生极点和以及零点电阻r_o1是PMOS晶体管P2的输出电阻。假设C_L实质上大于Cpar，则可以通过适当选择Rcomp来潜在地获得期望的(例如，由于设计参数所希望的)带宽扩展或偏置电流Ibias的减小。