CN106030435A - 用于调节电压的方法及电路 - Google Patents

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Abstract

在所描述的实例中，响应于第一参考电压(REF1)，调节器(104)调节线路(102)的输出电压(VOUT)，使得所述输出电压(VOUT)近似等于目标电压。响应于所述输出电压(VOUT)上升到第二参考电压(REF2)以上，下拉电路(106)从所述线路(102)汲取电流。响应于所述输出电压(VOUT)下降到所述第二参考电压(REF2)以下至少预定量，所述下拉电路(106)停止从所述线路(102)汲取电流。所述第一及第二参考电压(REF1、REF2)是彼此基于相同的带隙参考。

Description

用于调节电压的方法及电路
技术领域
本发明通常涉及电子电路，且特定地说涉及一种用于调节电压的方法及电路。
背景技术
调节器可将经调节供应电压输出到处理器(例如，一或多个微处理器、微控制器及/或数字信号处理器)。在一个实例中，调节器经指定以输出1.2伏特的经调节供应电压(“目标电压”)。然而，如果发生欠冲状态(例如，其中经调节供应电压比目标电压低至少36毫伏)，那么处理器可自动地复位。
通过比较，处理器可容忍过冲状态(例如，其中经调节供应电压比目标电压高预定电平)，前提是过冲状态已持续相对较短时间(例如，以毫秒衡量)。然而，如果处理器的负载电流逐步下降(例如，1μs内下降500mA)，那么其可导致过冲状态接着导致欠冲状态。为了减少过冲状态，一种常规技术使用状态机以控制(经调节供应电压的)下拉持续预定恒定时间，但是如果发生一或多个环境(例如，工艺、电压及/或温度)状态的变动，那么预定恒定时间可能是不适合的。
发明内容
在所描述实例中，响应于第一参考电压，调节器调节线路的输出电压，使得所述输出电压近似等于目标电压。响应于所述输出电压上升到第二参考电压以上，下拉电路从所述线路汲取电流。响应于所述输出电压下降到所述第二参考电压以下至少预定量，所述下拉电路停止从所述线路汲取电流。所述第一及第二参考电压是基于彼此相同的带隙参考。
附图说明
图1是用于调节电压的电路的示意电路图。
图2是与常规状态机技术相比示出图1的电路的操作的第一组曲线图。
图3是与不同温度下的常规状态机技术相比示出图1的在不同温度下的电路的操作的第二组曲线图。
具体实施方式
图1是用于调节输出线路102的电压VOUT的电路(大致上以100指示)的示意电路图。电路100包含：(a)用于调节VOUT的调节器，其由虚线封闭件104指示；及(b)用于调适性地从线路102汲取电流的下拉电路，其由虚线封闭件106指示。在一个实施例中：(a)电路106形成在与调节器104相同的集成电路内；及(b)调节器104及电路106很大程度上受一或多个环境状态的变动(例如工艺、电压及/或温度(“PVT”)变动)影响。
在调节器104中，放大器AMP具有输出节点以及第一及第二输入节点。输出节点连接到n沟道场效应晶体管(“NFET”)(即，M1)的栅极。第一输入节点连接到参考电压REF1＝a·BG，其中a是常数且BG是带隙。第二输入节点连接在其电阻分别为R1及R2的第一电阻器与第二电阻器之间。
M1的漏极连接到电压供应节点VSUP。M1的源极通过串联的第一及第二电阻器(具有电阻R1及R2)耦合到接地，如图1中所示。此外，线路102连接到M1的第二源极/漏极。M1操作为功率输出级。M1相对较大，其：(a)降低M1的漏极与源极之间的电阻(且类似地，降低压降)；(b)增加用于传导电流(例如，1amp)的M1容量；及(c)改进M1的瞬态响应。因此，M1的栅极-源极电容(“Cgs”)及栅极-漏极电容(“Cgd”)相对较大。
在此实例中，调节器104经指定以输出VOUT＝1.2伏特(“目标电压”)作为到处理器的经调节供应电压。此处理器的电容负载及电流负载(例如，～500mA)在图1中表示为电容器108及电流源110，其耦合在线路102与接地之间。响应于REF1，AMP操作以调节VOUT≈REF1·(R1+R2)/R2，使得REF1·(R1+R2)/R2是目标电压。为了此操作，VSUP的电压电平比VOUT大至少一定降压。因此，降压是：(a)用于此操作的VSUP的最小电压电平；与(b)VOUT之间的差值。
在电路106中，比较器COMP具有第一及第二输出节点以及第一及第二输入节点。第一输出节点经连接以操作开关112。第二输出节点经连接以操作开关114。第一输入节点连接到线路102。第二输入节点连接到比较电压REF2＝[ΔLOV]+REF1·(R1+R2)/R2，其中ΔLOV是用于检测过冲状态的预定电平，使得COMP响应于VOUT超过REF1·(R1+R2)/R2至少ΔLOV而检测过冲状态。在实例实施例中，REF2是来自调节器104的VOUT的近似(而又低于)允许最大电平。
VSUP通过电流源116耦合到NFET(即，M2)的漏极。M2的漏极连接到M2的栅极。M2的源极连接到接地。线路102连接到NFET(即，M3)的漏极。M3的源极连接到接地。
M3的栅极经选择性地：(a)由开关112连接到M2的栅极及与M2的栅极断开；及(b)由开关114连接到接地及与接地断开。例如，响应于VOUT上升到REF2以上(VOUT>REF2)：(a)COMP的第一输出节点(“+”)的二进制逻辑状态＝1，其闭合开关112以将M3的栅极连接到M2的栅极；(b)COMP的第二输出节点(“-”)的二进制逻辑状态＝0，其断开开关114以将M3的栅极与接地断开；及(c)因此，M3接通并操作为M2的电流镜，其从电流源116传导基本上恒定量的电流。
以所述方式，M3操作为下拉晶体管用于选择性地从线路102汲取下拉电流。在此实例中，当M3接通时，其迅速地将来自线路102的电流下拉～120mA。
相反地，响应于VOUT下降到REF2–HVAL以下(VOUT≤REF2–HVAL，其中HVAL是预定滞后量，其降低对来自较高结合电感的瞬态突波的灵敏度)：(a)COMP的第一输出节点(“+”)的二进制逻辑状态＝0，其断开开关112以将M3的栅极与M2的栅极断开；(b)COMP的第二输出节点(“-”)的二进制逻辑状态＝1，其闭合开关114以将M3的栅极连接到接地；及(c)因此M3关断，使得M3停止从线路102汲取下拉电流。
响应于较大的过冲状态，M3保持接通持续较长时段。相比之下，响应于较小的过冲状态，M3保持接头持续较短时段。以所述方式，电路106适用于过冲状态且因此控制M3的接通时间，这帮助减小过冲状态之后出现欠冲状态的概率(例如，响应于线路102上的负载电流在1μs内从515mA逐步降低为15mA)。
例如，在控制M3的接通时间的起点及持续时间时，电路106并未取决于常规的状态机技术。相反地，在调节器104的正常操作期间，电路106响应于COMP在REF2与VOUT之间的比较而控制M3的接通时间的起点及持续时间。REF1及REF2是基于彼此相同的BG参考。因此，调节器104及电路106很大程度上受一个或多个环境状态的变动影响，因此电路106自动地且适当地调适M3的接通时间的起点及持续时间。此技术帮助：(a)实现M1栅极处的更快稳定；及(b)减小过冲状态之后出现欠冲状态的概率。
此外，通过自动地且适当地调适M3的接通时间的起点及持续时间，电路106基本上避免调节器104的环路控制中断。例如，当VOUT上升时，M1的Cgs将瞬态电流注入M1的栅极中，这影响M1的栅极处的稳定。当M3接通时，其对此瞬态电流放电。相反地，当M3关断时，其停止对此瞬态电流放电。
图2是与常规状态机技术相比示出电路100的操作的第一组曲线图。在图2中，第一曲线图202示出：(a)无电路106的VOUT的轨迹204；及(b)具有电路106的VOUT的轨迹206。第二曲线图208示出COMP的第一输出节点(“+”)的轨迹。第三曲线图210示出通过M3的下拉电流的轨迹。第四曲线图212示出线路102上的(例如，电流源110的)负载电流在1μs内从515mA逐步降低为15mA。
图3是与不同温度下的常规状态机技术相比示出在不同温度下的电路100的操作的第二组曲线图。在图3中，第一曲线图302示出：(a)在27℃下操作且具有电路106的VOUT的轨迹304；(b)在180℃下操作且具有电路106的VOUT的轨迹306；及(c)在180℃下操作且无电路106的VOUT的轨迹308。第二曲线图310示出：(a)在27℃下操作时COMP的第一输出节点(“+”)的轨迹312；及(b)在180℃下操作时COMP的第一输出节点(“+”)的轨迹314。第三曲线图316示出：(a)在27℃下操作时通过M3的下拉电流的轨迹318；及(b)在180℃下操作时通过M3的下拉电流的轨迹320。
此外，在图3中，第四曲线图322示出在180℃下操作时常规的状态机技术的下拉控制信号的轨迹324，这近似与在27℃下操作时相同。轨迹324具有预定恒定持续时间，但是如果一或多个环境状态发生变动，那么预定恒定持续时间可能是不合适的。第五曲线图326示出在180℃下操作时常规的状态机技术的下拉控制信号的轨迹328。第六曲线图330示出线路102上的负载电流在1μs内从515mA逐步降低为15mA。
在图3的特定实例中，当在27℃下操作时，轨迹312近似与轨迹324相同。通过比较，在180℃下操作时，轨迹314显著不同于轨迹324。因此，常规的状态机技术的下拉控制信号(如由具有预定恒定持续时间的轨迹324所示)潜在地增加：(a)一或多个环境状态下的稳定时间；及(b)过冲状态之后出现欠冲状态的概率。
所述实施例中可进行修改且其它实施例可在权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种用于调节电压的电路，所述电路包括：
调节器，其用于响应于第一参考电压而调节线路的输出电压使得所述输出电压近似等于目标电压；及
下拉电路，其用于：响应于所述输出电压上升到第二参考电压以上而从所述线路汲取电流；且响应于所述输出电压下降到所述第二参考电压以下至少预定量而停止从所述线路汲取电流，其中所述第一及第二参考电压是彼此基于相同的带隙参考。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述调节器及所述下拉电路同等地受一或多个环境状况的变动影响。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述环境状况包含工艺、电压及温度中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述环境状况包含工艺、电压及温度中的至少两者。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述输出电压是到处理器的供应电压。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二参考电压等于所述目标电压加ΔLOV，
其中ΔLOV是用于检测过冲状况的预定电平。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二参考电压低于所述输出电压的允许最大电平。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述调节器包含其电阻分别是R1及R2的第一及第二电阻器，其中所述线路是通过串联的所述第一及第二电阻器耦合到接地，且其中所述目标电压等于所述第一参考电压乘以(R1+R2)/R2。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述下拉电路包含比较器，所述比较器用于：比较所述输出电压与所述第二参考电压；且响应于所述比较而输出至少一个信号。
10.根据权利要求1所述的电路，其中汲取电流包含：汲取基本上恒定量的电流。
11.一种调节电压的方法，所述方法包括：
利用调节器响应于第一参考电压而调节线路的输出电压使得所述输出电压近似等于目标电压；及
利用下拉电路响应于所述输出电压上升到第二参考电压以上而从所述线路汲取电流；且响应于所述输出电压下降到所述第二参考电压以下至少预定量而停止从所述线路汲取电流，其中所述第一及第二参考电压是彼此基于相同的带隙参考。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述调节器及所述下拉电路同等地受一或多个环境状况的变动影响。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述环境状况包含工艺、电压及温度中的至少一者。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述环境状况包含工艺、电压及温度中的至少两者。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述输出电压是到处理器的供应电压。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二参考电压等于所述目标电压加ΔLOV，其中ΔLOV是用于检测过冲状况的预定电平。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二参考电压低于所述输出电压的允许最大电平。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述调节器包含其电阻分别是R1及R2的第一及第二电阻器，其中所述线路是通过串联的所述第一及第二电阻器耦合到接地，且其中所述目标电压等于所述第一参考电压乘以(R1+R2)/R2。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述下拉电路包含比较器，且包含：
利用所述比较器比较所述输出电压与所述第二参考电压；且响应于所述比较而输出至少一个信号。
20.根据权利要求11所述的方法，其中汲取电流包含：汲取基本上恒定量的电流。
21.一种用于调节电压的电路，所述电路包括：
调节器，其用于响应于第一参考电压而调节线路的输出电压使得所述输出电压近似等于目标电压；及
下拉电路，其用于：响应于所述输出电压上升到第二参考电压以上而从所述线路汲取基本上恒定量的电流；且响应于所述输出电压下降到所述第二参考电压以下至少预定量而停止从所述线路汲取所述电流，其中所述第二参考电压等于所述目标电压加ΔLOV，其中ΔLOV是用于检测过冲状况的预定电平，且其中所述第二参考电压低于所述输出电压的允许最大电平；
其中所述第一及第二参考电压是彼此基于相同的带隙参考，所述调节器及所述下拉电路同等地受一或多个环境状况的变动影响，且所述环境状况包含工艺、电压及温度中的至少一者。
22.根据权利要求21所述的电路，其中所述输出电压是到处理器的供应电压。
23.根据权利要求21所述的电路，其中所述调节器包含其电阻分别是R1及R2的第一及第二电阻器，其中所述线路是通过串联的所述第一及第二电阻器耦合到接地，且其中所述目标电压等于所述第一参考电压乘以(R1+R2)/R2。
24.根据权利要求21所述的电路，其中所述下拉电路包含比较器，所述比较器用于：
比较所述输出电压与所述第二参考电压；且响应于所述比较而输出至少一个信号。
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