專利名稱：穩(wěn)壓電路與操作放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種電路與控制方法，尤指用于放大器與穩(wěn)壓的電路及控制方法。
背景技術(shù)：
為了要正常操作，許多的電路多需要有一個(gè)相對(duì)應(yīng)固定的電壓。而這些電路一般都是由一能源供應(yīng)器(energy source)，像是一主電源(main power)或是一電池 (battery)，來供電。不幸地，這能源供應(yīng)器的電壓往往晃動(dòng)得很大。因此，業(yè)界就需要發(fā)展出各種不同的穩(wěn)壓電壓(regulator circuit)，來將能源供應(yīng)器的輸出電壓，轉(zhuǎn)換成一相對(duì)應(yīng)穩(wěn)定的固定電壓，以提供其它電路所使用。一種用于直流電源轉(zhuǎn)換成直流電源的電壓轉(zhuǎn)換器稱之為低壓降(lowdropout， LD0)穩(wěn)壓器(voltage regulator)。低壓降穩(wěn)壓器一般具有一個(gè)功率開關(guān)，一般是一場(chǎng)效晶體管，連接在輸入電源與輸出電源之間。通過反饋機(jī)制，來控制這功率開關(guān)的通道阻抗， 以調(diào)整輸出電源的電壓。圖1為一已知的LDO穩(wěn)壓器。PMOS MPO為一功率開關(guān)。電阻Rl與R2產(chǎn)生反饋電壓Vm轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(transconductance amplifier)GM比較反饋電壓Vfb與一預(yù)設(shè)的參考電壓V,ef。一般轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器GM的輸出阻抗很大，所以直接用來推PMOS MPO的柵極時(shí)，因?yàn)镻MOS MPO的柵極具有很大的寄生電容，整個(gè)LDO穩(wěn)壓器的信號(hào)瞬時(shí)反應(yīng)速度(signal transient response speed)將會(huì)相對(duì)地慢。因此，在圖1的轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器GM與PMOS MPO柵極之間，有一緩沖器(BUFFER)，提供一較高的輸入阻抗以及一較低的輸出阻抗。如此，可以提高整個(gè)LDO穩(wěn)壓器的信號(hào)瞬時(shí)反應(yīng)速度。已知技術(shù)中，有許多種緩沖器的作法。依據(jù)美國專利編號(hào)6，501，305以及 5，861，736中所教授，緩沖器可能是射極跟隨器(emitter follower)或是源極跟隨器 (source follower)，如圖加與圖2b所示，也可能是一 B類推拉式(push-pull)放大器，如圖2c所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種穩(wěn)壓電路，用以提供一調(diào)整后(regulated)電壓。輸出級(jí)(output stage)具有一功率開關(guān)，其具有一控制端、一電源輸入端、以及一電源輸出端。該電源輸入端耦接一電源電壓，該電源輸出端提供該調(diào)整后電壓。放大級(jí)(amplifier stage)用以比較一反饋電壓以及一參考電壓，具有一第一輸出端以及一第二輸出端。該反饋電壓大約比例于該調(diào)整后電壓。緩沖級(jí)具有一輸入端以及一輸出端。該輸入端連接至該第一輸出端。該緩沖級(jí)的該輸出端的輸出阻抗，小于該放大器的該第二輸出端的輸出阻抗。 該緩沖級(jí)的該輸出端以及該放大級(jí)的該第二輸出端一起驅(qū)動(dòng)該輸出級(jí)的該控制端。本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種操作放大電路。放大級(jí)(amplifier stage)，用以比較一第一輸入信號(hào)以及一第二輸入信號(hào)，具有一對(duì)第一輸出端以及一第二輸出端。推拉式緩沖級(jí)，具有一對(duì)輸入端以及一輸出端，該對(duì)輸入端對(duì)連接至該對(duì)第一輸出端。該緩沖級(jí)的該輸出端以及該放大級(jí)的該第二輸出端一起驅(qū)動(dòng)一輸出負(fù)載。該緩沖級(jí)的該輸出端的輸出阻抗小于該放大級(jí)的該第二輸出端的輸出阻抗。本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種穩(wěn)壓電路，用以提供一調(diào)整后(regulated)電壓。輸出級(jí)(output stage)，具有一功率開關(guān)，其具有一控制端、一電源輸入端、以及一電源輸出端。該電源輸入端耦接一電源電壓，該電源輸出端提供該調(diào)整后電壓。放大級(jí)(amplifier stage)比較一反饋電壓以及一參考電壓，具有一對(duì)第一輸出端以及一第二輸出端。該反饋電壓大約比例于該調(diào)整后電壓。緩沖級(jí)，具有一 AB類推拉式放大器，有一對(duì)輸入端以及一輸出端，該對(duì)輸入端連接至該對(duì)第一輸出端。


圖1為一已知的LDO穩(wěn)壓器。圖加-2(為已知的緩沖器。圖3為一依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的LDO穩(wěn)壓器。圖4為圖3的LDO穩(wěn)壓器的一種實(shí)施例。[主要元件標(biāo)號(hào)說明]MPO、MP1-4PMOS
R1、R2電阻
Vfb反饋電壓
GM, 20轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器
V f * ref參考電壓
Vg柵極電壓
Vin電源電壓
BUFFER緩沖器
ν v out調(diào)整后電壓
Np正輸出端
Nn負(fù)輸出端
22差動(dòng)放大器
24電路
MN1-4匪OS
Nu上輸入端
Nd下輸入端
Ng控制端
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。為了說明上的方便，具有等同的或是類似的功能將會(huì)以相同的元件標(biāo)號(hào)表示。所以，不同實(shí)施例中相同的標(biāo)號(hào)的元件不表示兩元件必然相同。本發(fā)明的范圍應(yīng)以依據(jù)申請(qǐng)專利范圍來決定。
圖1的LDO穩(wěn)壓器搭配上圖2a_2c中的緩沖器后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題PM0SMP0的柵極電壓變化不是軌對(duì)軌(rail-to-rail)。以圖2c中的緩沖器為例，就算電壓V1高到跟輸入電源的電源電壓Vin —樣，柵極電壓Vg頂多也只能被拉高到等于電源電壓Vin減掉NPN晶體管的開啟電壓Vb_n。換言之，圖1中的PMOS晶體管MPO的柵極電壓變化無法完全變化于電源電壓Vin與接地電壓之間，這會(huì)降低整個(gè)LDO穩(wěn)壓器的動(dòng)態(tài)操作范圍。圖3為一依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的LDO穩(wěn)壓器。圖3中，作為放大級(jí)的轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器GM 比較兩個(gè)輸入端上的反饋電壓Vfb與參考電壓V&，且具有一第一輸出端以及一第二輸出端。作為緩沖級(jí)中的緩沖器BUFFER連接在轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器GM的第一輸出端與PMOS MPO柵極之間。緩沖器BUFFER可以用源極跟隨器或是射極跟隨器實(shí)施，如同圖中所舉例，也可以用A類、B類、或是AB類的放大器實(shí)施。整體來說，作為放大級(jí)的轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器GM與作為緩沖級(jí)中的緩沖器BUFFER即構(gòu)成一操作放大電路。緩沖器BUFFER的電壓增益可以大約為1。在輸出級(jí)中的PMOS ΜΡ0，其柵極除了被緩沖器BUFFER的輸出端所驅(qū)動(dòng)外，也被轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器GM的第二輸出端所驅(qū)動(dòng)，如圖3所示。PMOS晶體管MPO的源極(source)連接到電源電壓Vin，漏極(drain)則提供調(diào)整后電壓V。ut。圖4為圖3的LDO穩(wěn)壓器的一種實(shí)施例。轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器20有差動(dòng)放大器22，比較反饋電壓Vfb與參考電壓Vref，有一正輸出端np以及一負(fù)輸出端皿。差動(dòng)放大器22也可以以其它差動(dòng)電路實(shí)施。電路M與PMOS MPl與MP2可以視為一增益電路，具有二電流輸出端分別在PMOS MPl與MP2的漏極。NMOS麗1與麗2可以視為另一增益電路，具有二電流輸出端分別在NMOS麗1與麗2的漏極。PMOS MPl的漏極與NMOS麗1的漏極可以視為轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器20的一對(duì)輸出端，而PMOS MP2的漏極與NMOS麗2的漏極可以視為另一對(duì)輸出端。緩沖器沈?yàn)橐?AB類推拉式放大器，其具有NMOS麗3與MN4以及PMOS MP3與 MP4。緩沖器沈的上輸入端nu連接到PMOS MPl的漏極，下輸入端nd連接到NMOS麗1的漏極。在圖4中，NMOS MN3與MN4為耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(cbpletion-mode metal-oxi de-semi conductor transistor),而其它 NMOS 均為增強(qiáng)型(enhance-mode)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管指的是漏極跟源極之間的導(dǎo)電通道需要加上電壓才會(huì)形成的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管指的漏極跟源極之間的導(dǎo)電通道不需要加上電壓就已經(jīng)形成的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。舉例說，增強(qiáng)型NMOS的臨界電壓(threshold voltage)是正值，耗盡型NMOS則是0或是負(fù)值。因?yàn)镹MOS麗3與MN4為耗盡型NM0S，所以，當(dāng)上輸入端 nu的電壓高達(dá)電源電壓Vin時(shí)，柵極電壓Vg也可以拉高達(dá)電源電壓Vin。緩沖器沈的輸出端(也就是NMOS MN4與PMOS MP4的源極)跟轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器20的一電流輸出端(NM0S麗2與PMOS MP2的漏極)連接在一起，一同驅(qū)動(dòng)PM0SMP0的柵極，也就是控制端ng。圖4中，緩沖器沈的輸出阻抗可以設(shè)計(jì)的都比NMOS麗1與麗2的輸出阻抗以及 PMOS MPl與MP2的輸出阻抗小。如此，緩沖器沈可以快速地對(duì)控制端ng充放電，提供較高的信號(hào)瞬時(shí)反應(yīng)速度。當(dāng)緩沖器沈的下輸入端nd的電壓低到0電位，也就是接地時(shí)，因?yàn)镻M0SMP4為增強(qiáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，所以緩沖器26將無法把柵極電壓Vg拉到0電位。此時(shí)，轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器20可以通過NMOS麗2，把柵極電壓Vg拉到0電位。換言之，雖然緩沖器沈無法使柵極電壓Vg達(dá)到軌對(duì)軌變化，但是因?yàn)檗D(zhuǎn)導(dǎo)放大器20有一輸出直接驅(qū)動(dòng)控制端ng，因此可以使柵極電壓Vg達(dá)到軌對(duì)軌變化。在一般操作時(shí)，只要反饋電壓Vfb偏離了參考電壓Vref，圖4中的緩沖器沈就能夠快速地驅(qū)動(dòng)控制端ng，調(diào)整PMOS MPO的通道阻抗，快速地升高或是降低調(diào)整后電壓V。ut，使反饋電壓Vfb逼近參考電壓V,ef。因?yàn)榫彌_器沈?yàn)榫哂袃奢斎攵说囊?AB類推拉式放大器， 所以緩沖器26可以快速地反應(yīng)差動(dòng)放大器22的比較結(jié)果，以或推或拉的方式，快速地改變控制端ng的柵極電壓\。一旦柵極電壓Vg超過緩沖器沈的驅(qū)動(dòng)范圍時(shí)，轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器20，通過PM0SMP2或是 NMOS MN2，便直接驅(qū)動(dòng)控制端ng，以達(dá)到柵極電壓Vg軌對(duì)軌變化，維持整個(gè)動(dòng)態(tài)操作范圍。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)壓電路，用以提供一調(diào)整后電壓，該電路包含有一輸出級(jí)，具有一功率開關(guān)，其具有一控制端、一電源輸入端、以及一電源輸出端，該電源輸入端耦接一電源電壓，該電源輸出端提供該調(diào)整后電壓；一放大級(jí)，用以比較一反饋電壓以及一參考電壓，具有一第一輸出端以及一第二輸出端，其中，該反饋電壓大約比例于該調(diào)整后電壓；以及一緩沖級(jí)，具有一輸入端以及一輸出端，其輸入端連接至該第一輸出端； 其中，該緩沖級(jí)的該輸出端以及該放大級(jí)的該第二輸出端一起驅(qū)動(dòng)該輸出級(jí)的該控制端；該緩沖級(jí)的該輸出端的輸出阻抗，小于該放大器的該第二輸出端的輸出阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中，該緩沖級(jí)為一AB類推拉式放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中，該緩沖級(jí)包含有一源極跟隨器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中，該緩沖級(jí)具有一耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中，該放大級(jí)為一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器，具有相串聯(lián)的一差動(dòng)放大器以及一增益電路，該差動(dòng)放大器比較該反饋電壓以及該參考電壓，該增益電路依據(jù)該差動(dòng)放大器的輸出，提供輸出電流于該第一輸出端以及該第二輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中，該緩沖級(jí)的電壓增益大約為1。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穩(wěn)壓電路，其中，該放大級(jí)僅有一差動(dòng)放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電路，其中，該放大級(jí)，通過該第二輸出端，可使該控制端的電壓于軌對(duì)軌之間變化。
9.一種操作放大電路，包含有一放大級(jí)，用以比較一第一輸入信號(hào)以及一第二輸入信號(hào)，具有一對(duì)第一輸出端以及一第二輸出端；以及一推拉式緩沖級(jí)，具有一對(duì)輸入端以及一輸出端，該對(duì)輸入端對(duì)連接至該對(duì)第一輸出端；其中，該緩沖級(jí)的該輸出端以及該放大級(jí)的該第二輸出端一起驅(qū)動(dòng)一輸出負(fù)載； 該緩沖級(jí)的該輸出端的輸出阻抗小于該放大級(jí)的該第二輸出端的輸出阻抗。
10.一種穩(wěn)壓電路，用以提供一調(diào)整后電壓，包含有一輸出級(jí)，具有一功率開關(guān)，其具有一控制端、一電源輸入端、以及一電源輸出端，該電源輸入端耦接一電源電壓，該電源輸出端提供該調(diào)整后電壓；一放大級(jí)，用以比較一反饋電壓以及一參考電壓，具有一對(duì)第一輸出端以及一第二輸出端，其中，該反饋電壓大約比例于該調(diào)整后電壓；以及一緩沖級(jí)，具有一 AB類推拉式放大器，有一對(duì)輸入端以及一輸出端，該對(duì)輸入端連接至該對(duì)第一輸出端。
全文摘要
用以提供一調(diào)整后(regulated)電壓的電路。輸出級(jí)(output stage)具有一功率開關(guān)，其具有一控制端、一電源輸入端、以及一電源輸出端。該電源輸入端耦接一電源電壓，該電源輸出端提供該調(diào)整后電壓。放大級(jí)(amplifierstage)用以比較一反饋電壓以及一參考電壓，具有一第一輸出端以及一第二輸出端。該反饋電壓大約比例于該調(diào)整后電壓。緩沖級(jí)具有一輸入端以及一輸出端。該緩沖級(jí)的該輸出端以及該放大級(jí)的該第二輸出端一起驅(qū)動(dòng)該輸出級(jí)的該控制端。
文檔編號(hào)G05F1/56GK102221840SQ20101016467
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者邱柏翰 申請(qǐng)人:通嘉科技股份有限公司