CN110618728A - 并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享 - Google Patents

并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享 Download PDF

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Abstract

本公开涉及并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享。本主题公开内容包括并联嵌入式低压差(LDO)线性稳压器电源轨以提供额外的负载电流，同时在并联LDO之间保持精确的电流共享和平衡，而不会因不同的负载电流要求而额外耗电。无损电流感测用于检测每个通道的电流。偏移发生器比较主通道和一个或多个从通道的电压，并根据检测到的误差产生偏移电压。在输入参考电压和输出调节电压之间增加偏移电压以消除每个通道的偏移，因此每个通道的电流基本相同。无损电流检测可以通过等效串联电阻补偿或电流限制检测来实现。偏置发生器可以用电阻和电流镜像拓扑结构或添加到误差放大器输入的输入对来实现。

Description

并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享
技术领域
本发明通常涉及电混合信号电路，更特别地涉及并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享。
背景技术
许多高性能混合信号产品(如高速模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)、敏捷射频(RF)收发器、时钟、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)通常使用超低噪声、低压降(LDO)线性电压调节器来提供干净的电源以最大限度地提高信号链性能。由于对集成度更高，功耗更低的高要求，这些大规模混合信号集成电路(IC)具有较低几何尺寸工艺的设计，以适应更多的晶体管。这一趋势也影响其电力需求。核心电源电压持续降低，但负载电流显着增加，近年来采用更多模拟或数字功能。
发明内容
本主题公开内容包括并联嵌入式低压差(LDO)线性稳压器电源轨以提供额外的负载电流，同时在并联LDO之间保持精确的电流共享和平衡，而不会因不同的负载电流要求而额外耗电。无损电流感测用于检测每个通道的电流。偏移发生器比较主通道和一个或多个从通道的电压，并根据检测到的误差产生偏移电压。在输入参考电压和输出调节电压之间增加偏移电压以消除每个通道的偏移，因此每个通道的电流基本相同。无损电流检测可以通过等效串联电阻补偿或电流限制检测来实现。偏置发生器可以用电阻和电流镜像拓扑结构或添加到误差放大器输入的输入对来实现。
根据本公开的实施方案，提供一种用于并联电压调节器之间的无损耗电流共享的设备。例如，所述设备包括用于基于第一输出电压驱动负载的第一调节器电路。所述设备还包括一个或多个第二调节器电路，与所述第一调节器电路并联耦合，并被配置为基于相应的第二输出电流以相应的第二输出电压驱动负载。所述设备还包括一个或多个比较器电路，耦合到所述第一调节器电路和所述一个或多个第二调节器电路，其中所述一个或多个比较器电路被配置为：比较所述第一输出电压与所述相应的第二输出电压中的每个，以确定所述第一调节器电路和一个或多个第二调节器电路中的每个的偏移电压，和基于确定的偏移电压将各自的信号提供给所述一个或多个第二调节器电路，以使得所述一个或多个第二调节器电路调节相应的第二输出电压，使得所述一个或多个第二调节器电路的相应的输出电流对应于所述第一调节器电路的输出电流。
根据本公开的实施方案，提供一种用于并联电压调节器之间的电流共享的设备。所述设备包括第一电压调节器和耦合到所述第一电压调节器的相对端子的第二电压调节器。在一些方面中，第二电压调节器被配置为：比较所述第一电压调节器的第一输出电压与所述第二电压调节器的第二输出电压；基于所述比较产生偏移信号；和使用所述偏移信号偏置所述第二电压调节器以消除所述第一电压调节器和所述第二电压调节器之间的电压偏移。
根据本公开的实施方案，提供一种用于并联电压调节器之间的无损耗电流共享的系统。所述系统包括：构件，用于测量第一电压调节器的第一输出电流；和构件，用于测量第二电压调节器的第二输出电流。所述系统包括：构件，用于将对应于所述第一输出电流的第一输出电压与对应于所述第二输出电流的第二输出电压进行比较；和构件，用于基于所述比较产生偏移信号。所述系统还包括：构件，用于使用所述偏移信号偏置所述第二电压调节器以消除所述第一电压调节器和所述第二电压调节器之间的电压偏移。
附图说明
主题技术的某些特征在所附权利要求中阐述。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本技术的若干实施例。
图1示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的用于并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享架构的控制电路的示意图。
图2示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图1中的电流感测和偏移发生器组件的第一电路实现的控制电路的示例的示意图。
图3A示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图2中的电流感测和偏移发生器组件的第二电路实现的控制电路的示例的示意图。
图3B示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图3A中的偏移发生器组件的替代电路实现的控制电路的示例的示意图。
图4A示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图1中的电流感测和偏移发生器组件的第三电路实现的控制电路的示例的示意图。
图4B示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图4A中的偏移发生器组件的替代电路实现的控制电路的示例的示意图。
图5示出了根据主题技术的一个或多个实施方式具有图1的无损电流平衡和共享架构的第一多通道实现的控制电路的示例以及图3A的电流感测和偏移发生器组件的电路实现的示意图。
图6示出了根据主题技术的一个或多个实施方式具有图1的无损电流平衡和共享架构的第二多通道实现的控制电路的示例以及图4A的电流感测和偏移发生器组件的电路实现的示意图。
图7概念性地示出了用于实施本主题技术的任何实现的混合信号产品。
具体实施方式
以下阐述的详细描述旨在作为对本主题技术的各种配置的描述，而不旨在表示可实践本主题技术的唯一配置。附图在此并入并构成详细描述的一部分。详细描述包括了提供对主题技术透彻理解的具体细节。然而，本主题技术不限于在此阐述的具体细节，并且可以使用一个或多个实现来实践。在一个或多个实例中，结构和组件以框图形式示出以避免模糊本主题技术的概念。
在特定的应用中，要找到合适的LDO稳压器以满足超低噪声和高负载电流的设计目标是非常具有挑战性的。因此，在大电流应用中并联LDO稳压器可能会有所帮助。并联LDO稳压器可以提供优于单个LDO稳压器的优势，包括在高负载情况下在多个LDO稳压器封装间分配热量和功率损耗。而且，并联LDO稳压器可以改善压差电压并提高电源抑制比(PSRR)性能，因为与单个LDO稳压器相比，每个LDO稳压器在较低的电流条件下工作。
多通道电源管理集成电路(PMIC)将多个不同的电源轨集成到单个集成电路(IC)中，为最终应用提供广泛的电源需求。在这些PMIC中，常用的输出电源轨是低压差(LDO)线性电压调节器，可为功率噪声敏感的模拟、射频和混合信号应用提供超低噪声、快速瞬态响应和高电源抑制比(PSRR)性能。PMIC的一个根本问题是，IC中的每个轨道都不能满足每个系统应用的功率或负载电流要求。因此，可以灵活地增加每个独特系统应用的当前负载要求的方法是可取的。
两个LDO调节器一般不会并联连接以实现电流共享，因为LDO调节器之间的输出电压可能由于容差误差(如不同的LDO参考电压、不匹配的反馈电阻和不匹配的印刷电路板(PCB)寄生效应)而不匹配。LDO稳压器之间的输出电压不匹配可能会导致显着的负载电流不平衡。在最糟糕的情况下，它可能会导致一个LDO控制大部分负载，从而达到限流保护。
在一些方法中，可以使用串联电阻来感测每个通道的电流。例如，在无源电流共享方法中，电路拓扑可以在每个稳压器的输出端添加相同的镇流电阻，以改善多个LDO稳压器之间的无源电流共享。为了实现更好的无源电流共享性能，可能会优选大的镇流电阻。但是，大的镇流电阻会降低其负载调节率并增加压差，从而对共享精度产生不利影响。与无源电流共享方法相比，另一种方法是使用有源电流共享回路来实现从属和主LDO调节器之间的电流平衡的有源电流共享方法。尽管有源电流共享方法的共享精度可能更高，但电路拓扑中的传感电阻需要额外的功耗。高功率应用中功率回路的额外功耗是不可接受的。
本主题公开内容提供了并联的嵌入式LDO电源轨以提供额外的负载电流，同时在平行的LDO之间保持精确的电流共享和平衡，而在重负载下没有额外的功耗。这为PMIC提供了更大的灵活性，以满足广泛系统应用中的额外负载电流要求。
在本技术的一些实现中，无损电流感测被用于感测每个通道的电流并产生用于比较的对应电压。例如，偏移发生器块可以比较第一通道(例如，主通道)和第二通道(例如，从通道)的电压，并且根据当前误差产生偏移电压。在一些方面中，电流误差对应于主通道电压和从通道电压之间的差异。在输入参考电压(例如，VREF)和输出调节电压(例如VOUT)之间加上偏移电压以消除每个通道的DC偏移，因此每个通道的电流基本相同。
无损电流感测可以通过虚拟等效串联电阻(ESR)补偿或电流限制感测来实现。因此，不需要额外的功率损耗或面积。偏置发生器可以用电阻和电流镜像拓扑结构实现，也可以将输入对添加到误差放大器输入中，这在面积或功耗上也不是很大的成本。
在一些实现中，提供了一种用于并联电压调节器之间的无损耗电流共享装置。例如，该设备包括用于以第一输出电压驱动负载的第一调节器电路。所述设备还包括与第一调节器电路并联的一个或多个第二调节器电路，并被配置为用相应的第二输出电压来驱动负载。在一些方面中，将第一输出电压与相应的第二输出电压中的每一个进行比较，以确定第一调节器电路和一个或多个第二调节器电路中的每一个的偏移电压。在其他方面中，基于确定的偏移电压，将相应的信号提供给一个或多个第二调节器电路，以使得一个或多个第二调节器电路调节各自的第二输出电压，使得一个或多个第二调节器电路的输出电流对应于第一调节器电路的输出电流。
图1示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的用于并联线性电压调节器之间的无损电流平衡和共享架构的控制电路100的示意图。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
控制电路100比以前的方法提供了几个优点，其中，可以在输入参考电压信号和输出调节电压信号之间增加由感测到的共享电流产生的偏移电压以消除每个通道的DC偏移，所以每个通道的电流大小基本相同。控制电路100包括N个通道，其中N是正整数值。在图1中，控制电路100包括表示主信道的第一信道110、表示第一从信道的第二信道120以及表示第二从信道的第三信道130。并联连接的通道的数量根据实现可以是任意的，并且数量可以不同于图1中示出的数量。通道彼此并联连接并且分别将经调节的电压驱动到动态负载电路。控制电路100产生输出电压113，该输出电压113是由并联通道产生的输出电压的副产品。控制电路110被配置为将输出电压113维持在用于动态负载电路的目标稳定电压(例如，电压轨)。控制电路100设计用于驱动各种负载电路。这种负载电路的一些例子是混合信号产品、处理器、放大器、数模转换器或脉宽调制开关调节器。
第一通道110包括偏移发生器112-1、误差放大器114-1、功率晶体管116-1和电流传感器118-1。第一通道110产生便于产生输出电压113的主输出电压。偏移发生器112-1耦合到从参考电压源(未示出)接收的输入参考电压111和输出电压113(例如，VOUT)。
偏移发生器112-1耦合到误差放大器114-1，并将偏移电压提供给误差放大器114-1的两个输入中的至少一个，其可以在误差放大器114-1的第一输入处与输入参考电压111一起被添加和/或在误差放大器114-1的第二输入端添加负载输出电压113。例如，驱动到误差放大器114-1的两个输入中的任一个的电压可以是偏移电压和输出电压113之间的电压分压。在一些实现中，偏移发生器112-1感测第一通道110的电流(例如，通过测量相应的电压V感测_主机)，并将其输出驱动到从通道中的偏移发生器(例如，112-2、112-3)以调整他们的输出电压以平衡负载电流。
误差放大器114-1的输出耦合到功率晶体管116-1和电流传感器118-1。误差放大器114-1将误差放大器信号驱动到功率晶体管116-1的栅极，以将栅极充电到特定的栅极电压。功率晶体管116-1由误差放大器信号(例如，栅极被充电到特定栅极电压)导通将电源电压(例如，VIN)传递到输出端作为第一通道110的输出电压(例如VOUT_主机)。虽然图1将通道输出电压(例如，VOUT_主机、VOUT_从机1和VOUT_从机2)和输出电压(例如，VOUT)描绘为直接耦合，但应理解的是，每个通道电压输出可以由负载到负载的一个或多个电路元件(例如，电阻器、缓冲器、逆变器)单独驱动和/或缓冲。例如，并联通道可以单独地向负载驱动平衡电压，使得通道在负载电流范围内共享电流。
电流传感器118-1被配置为通过测量第一通道110的对应电压(例如V感测_主机)来测量第一通道110在负载处正被牵引多少电流。在一些方面中，V感测_主机信号有助于沿反馈回路产生反馈电压(例如VFB1)。在这方面，反馈电压VFB1对应于第一通道110的测量电流。电流传感器118-1可以沿着反馈回路产生具有阻抗网络的反馈电压VFB1(或V感测_主机信号)。在一些方面中，阻抗网络包括等效串联电阻元件(例如电阻器)。
偏移发生器112-1使用反馈电压(VFB1)和输出电压113来生成偏移电压，该偏移电压校正由第一通道110产生的电压与输出电压113之间的任何电压差，其对应于在负载上汲取的电流量。例如，偏移发生器112-1接收来自电流传感器118-1和输出电压113的反馈电压(例如，VFB1)。在一些实现中，偏移发生器112-1将反馈电压VFB1直接与输入参考电压111比较。
在操作中，当负载电流增加时，输出电压113可能降低。在这方面，反馈电压也降低。结果，误差放大器114-1可以在功率晶体管116-1的栅极中产生更多的电流。这降低了功率晶体管116-1的源极-漏极两端的电压降，并且因此将第一通道110的输出电压增加到期望的电平，直到反馈电压(例如，VFB1)等于输入参考电压111。另一方面，如果输出电压升高，则类似地，偏移发生器112-1和误差放大器114-1通过将偏置电压降低到功率晶体管116-1的栅极来增加功率晶体管116-1两端的电压降，以确保输出电压113的准确调节。
从属信道120、130包括与第一信道110类似的电路拓扑，其中从信道120、130的信道组件具有对应于第一信道110的功能的功能。例如，第二信道120包括偏移发生器112-2、误差放大器114-2、功率晶体管116-2和电流传感器118-2。偏移发生器112-2耦合到输入参考电压111和输出电压113。电流传感器118-2通过沿着反馈回路测量相应的反馈电压(例如VFB2)来感测负载处的从通道电流，并将反馈电压VFB2驱动到偏移发生器112-2。如图1所示，偏移发生器112-2还接收来自第一通道110的反馈电压VFB1。偏移发生器112-2可以将两个通道(例如110、120)的反馈电压用于生成偏移电压以校正由第二信道120产生的电压和输出电压113中的任何差，其对应于在负载处汲取的电流量。例如，偏移发生器112-2将反馈电压VFB1与反馈电压VFB2进行比较以确定电流误差信号(或从通道120的相应偏移电压)。偏移电压可以是用输出电压113分压的电压，以产生经偏移校正的电压，由误差放大器114-2将其与输入参考电压111进行比较。在一些方面中，偏移电压可以用输入参考电压111分压以与输出电压113相比较。
类似地，第三通道130包括偏移发生器112-3、误差放大器114-3、功率晶体管116-3和电流传感器118-3。偏移发生器112-3耦合到输入参考电压111并耦合到输出电压113。电流传感器118-3通过沿反馈回路测量相应的反馈电压(例如VFBN)来感测负载处的从通道电流并将反馈电压VFBN驱动至偏移发生器112-3。如图1所示，偏移发生器112-3从第一通道110接收反馈电压VFB1。偏移发生器112-3使用两个通道(例如110、130)的反馈电压来产生偏移电压以校正由第三通道130产生的电压和输出电压113中的任何差值，所述输出电压113对应于在负载处汲取的电流量。例如，偏移发生器112-3将反馈电压VFB1与反馈电压VFBN进行比较以确定电流误差信号(或从通道130的对应偏移电压)。偏移电压可以是被输出电压113分压的电压，以产生经偏移校正的电压，其由误差放大器114-3与输入参考电压111进行比较。在一些方面中，偏移电压可以用输入参考电压111分压以与输出电压113相比较。
图2示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图1中的电流感测和偏移发生器组件的第一电路实现的控制电路200的示例的示意图。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件，不同的部件或更少的部件。
控制电路200描绘了第一信道210和第二信道220，其中第一信道210是主信道并且第二信道220是从信道。第一通道210和第二通道220中的每一个利用LDO放大器应用中的负反馈回路，其中每个通道被配置为LDO调节器电路。LDO稳压器是一种提供良好指定且稳定的DC电压的电路。控制回路停止调节时的差分(输入/输出)电压的最低值称为压差电压。通信电子和其他电池供电的便携式设备等现代应用通常采用低压差和低静态电流来提高功率效率。LDO监管机构可以同时满足这些设计需求。
出于解释和简洁的目的，控制电路200的操作将主要参照第一通道210及其子部件进行讨论，因为第二通道220及其子部件具有对应的电路拓扑并且具有对应到第一通道210的功能。
第一通道210包括放大器214-1、功率晶体管216-1、反馈晶体管217-1和电阻器218-1。在一些方面中，电流传感器118-1包括反馈晶体管217-1。在一些方面中，偏移发生器112-1包括电阻器218-1。第二信道220包括与第一信道210类似的电路拓扑，其中第二信道220的信道组件具有对应于第一信道210的功能的功能。例如，第二信道220包括放大器214-2、功率晶体管216-2、反馈晶体管217-2和电阻器218-2。在一些方面中，电流传感器118-2包括反馈晶体管217-2。在一些方面中，偏移发生器112-2包括电阻器218-2。在一些实施方式中，电阻器218-1具有对应于电阻器218-2的电阻的电阻，使得第一通道210和第二通道220具有对应的(或共享的)电流值。在一些方面中，放大器214-1和214-2是双级差分放大器。
在第一通道210的输入级，输入参考电压211(例如，VREF)被馈送到放大器214-1的反相输入端。来自放大器214-1的输出控制充当用于从电源(VIN)向动态负载(耦合到输出节点(VOUT))提供电流的开关的功率晶体管216-1。在功率晶体管216-1的源极和漏极之间流动的一些电流然后通过等效串联电阻(ESR)网络反馈回放大器214-1的非反相输出。该反馈信号被称为VFB1(例如，215-1)。ESR网络包括电阻器218-1(例如，RESR1)。
第一通道210的输出信号(VOUT)通过ESR网络反馈，在放大器214-1的非反相输出处产生信号VFB1(例如，215-1)。类似地，第二通道220的输出信号(VOUT)通过其ESR网络反馈，产生放大器214-2的非反相输出处的信号VFB2(例如215-2)。通常，差分放大器用于现代电子电路。差分放大器放大两个输入信号之间的电压差。当差分放大器的输出连接到其反相输入端，并且参考电压信号被施加到非反相输出端时，差分放大器的输出电压与参考电压紧密相关。随着放大器输出的增加，该输出电压被反馈到反相输入端，从而起到降低输入端之间的电压差的作用。当输入差分减小时，放大器输出和系统增益也会降低。在图2中，因为放大器214-1是双级放大器，所以参考信号211被示为连接到反相输入而不是非反相输出。尽管如此，因为输出反馈的方式会降低系统增益，所以会产生负反馈，有时称为退化反馈。
反馈晶体管217-1的漏极连接到放大器214-1的非反相输出。功率晶体管216-1的栅极连接到反馈晶体管217-1的栅极，从而允许反馈晶体管217-1用作电流镜，其输出流过功率晶体管216-1的电流的缩放版本。流过反馈晶体管217-1的电流被提供给反馈环路和ESR网络。在节点208产生的电压有助于信号VFB1。
缩放因子通过改变反馈晶体管217-1的宽度来调整。在图2中，缩放因子对应于MP1/N，其中N是正整数并且MP1是功率晶体管216-1的宽度尺寸。在一些方面中，取决于尺寸和电流量，N在10到100的范围内。如果反馈晶体管217-1的宽度增加，则更多电流流过反馈回路，从而增加反馈回路和ESR网络周围的增益。因为功率晶体管216-1的尺寸由其需要供应的最大电流确定，所以对于给定的负载，功率晶体管216-1的宽度可以保持相同。
功率晶体管216-1在一些实施方式中可以是p沟道晶体管，或者在其他实施方式中可以是n沟道晶体管。类似地，反馈晶体管217-1在一些实现中可以是p沟道晶体管，或者在其他实现中可以是n沟道晶体管。电阻器218-1耦合在功率晶体管216-1的第二端子和反馈晶体管217-1之间。在一些方面中，当功率晶体管216-1和反馈晶体管217-1被实现为p沟道晶体管时，第一端子是源极端子，第二端子是漏极端子。
在一些方面中，功率晶体管216-1的第一端子和反馈晶体管217-1彼此连接并且连接到公共电源电压(例如，VIN)。类似地，功率晶体管216-2的第一端子和反馈晶体管217-2彼此连接并且连接到公共电源电压(例如，VIN)。类似于反馈晶体管217-1，反馈晶体管217-2具有比功率晶体管216-2(例如，MP2/N)的尺寸小N倍的尺寸，其中N是正整数，并且MP2是功率晶体管216-2的宽度尺寸。
图3A示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图1中的电流感测和偏移发生器组件的第二电路实现的控制电路300的示例的示意图。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
控制电路300分别描绘了具有分别对应于图2的主通道210和从通道220的组件的主通道和从通道。为了解释和简洁的目的，将仅讨论图3A相对于图2所示的差异。此外，由于从通道及其子部件具有相应的电路拓扑并且具有与主通道的功能相对应的功能，所以将主要参考主通道及其子部件来讨论控制电路300的操作。
控制电路300在偏移发生器中增加一个环路来消除负载调整误差。这种电路拓扑可以产生相对较好的电流共享性能，并且用于错误消除的环路带宽相对较低。在一些方面中，这种电路拓扑可以实现小于1％的电流共享精度。在一些方面中，由于控制回路打开，失调电压可能不会影响失压期间的负载电流共享。电流共享可以由功率晶体管失配确定，并且环路恢复时间可以由偏移消除的环路带宽确定。
在图3A中，主通道包括误差放大器314-1、功率晶体管316-1和电流感测电路310-1。电流感测电路310-1包括反馈晶体管317-1和ESR电阻器318-1。从通道包括误差放大器314-2、功率晶体管316-2和电流感测电路310-2。电流感测电路310-2包括反馈晶体管317-2和ESR电阻器318-2。误差放大器314-1和314-2的反相输入端用输入参考电压311(VREF)偏置，并且误差放大器314-1和314-2的非反相输出端分别被反馈电压315-1(VFB1)和315-2(VFB2)偏置。主通道和从通道耦合到公共偏移发生器340。偏移发生器340包括误差放大器342、电阻电路元件344和负载电阻346。
位于反馈晶体管317-1的漏极节点和ESR电阻器318-1之间的节点308-1处的感测的主通道电流被馈送到误差放大器342的非反相输出中。类似地，位于反馈晶体管317-2的漏极节点和ESR电阻器318-2之间的节点308-2处的感测的从通道电流被馈送到误差放大器342的反相输入端。误差放大器342将主通道电压与从通道电压进行比较以生成误差信号。电阻电路元件344被误差信号偏置以产生输出313(例如，VOUT)与反馈电压315(例如VFB2)之间的偏移电压。在这方面，偏移电压等于IOFF*R滤波器，其中IOFF是电阻电路元件344的输出电流，并且R滤波器是负载电阻器346的电阻。由于两个LDO控制回路之间存在失配，偏移电压用于抵消直流偏移，并获得两个LDO控制环路的高电流共享性能。在一些方面中，负载电阻346用于形成所需值的输出电压。节点328处产生的电压有助于信号VFB2(例如，315-2)。在一些方面中，负载电阻器346具有小于700欧姆的电阻。在其他方面，负载电阻器346具有在约1kΩ至约2kΩ范围内的电阻。
图3B示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图3A中的偏移发生器组件的替代电路实现的控制电路350的示例的示意图。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
控制电路350描绘了具有与图3A的控制电路300的组件相对应的组件的主通道和从通道。出于解释和简洁的目的，将仅讨论图3B中相对于图3A描绘的差异。此外，由于从通道及其子部件具有相应的电路拓扑并具有与主通道的功能相对应的功能，所以主要参考主通道及其子部件来讨论控制电路350的操作。
如图3B所示的偏移发生器电路部分地不同于图3A所示的偏移发生器电路。例如，偏移发生器包括全差分放大器352和差式差分放大器354。在图3B中，位于反馈晶体管317的漏极节点之间的节点308-1处的感测的主通道电流-1和ESR电阻器318-1馈送到全差分放大器352的非反相输出中。类似地，节点308-2处的感测的从通道电流位于反馈晶体管的漏极节点317-2和ESR电阻器318-2，并馈送到全差分放大器352的反相输入端。全差分放大器352将主通道电压与从通道电压进行比较以产生差分误差信号，其中正极性的误差信号从全差分放大器352的非反相输出端输出，并且误差信号的负极性从全差分放大器352的反相输出端输出。
然后误差信号的正极性被馈送到差式差分放大器354的第一跨导元件的非反相输出，然后误差信号的负极性被馈送到差式差分放大器354的第一跨导元件的反相输入端。输入参考电压311被馈送到差式差分放大器354的第二跨导元件的反相输入端，并且反馈电压信号315-2(VFB2)被馈送到差式差分放大器354的第二跨导元件的非反相输出端。差式差分放大器354的输出信号驱动反馈晶体管317-2和功率晶体管316-2的栅极。
图4A示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图1中的电流感测和偏移发生器组件的第三电路实现的控制电路400的示例的示意图。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
控制电路400描绘了具有与图3A的控制电路300的组件相对应的组件的主通道和从通道。出于解释和简洁的目的，将仅讨论图4A中相对于图3A所描绘的差异。此外，由于从通道及其子部件具有相应的电路拓扑结构并且具有与主通道的功能相对应的功能，所以将主要参考主通道及其子部件来讨论控制电路400的操作。
在图4A中，主通道包括误差放大器414-1、功率晶体管416-1、反馈晶体管417-1和电流感测电路410-1。电流感测电路410-1包括感测晶体管418-1、418-2、418-3和418-4，其中感测晶体管418-1和418-2是p沟道晶体管并且感测晶体管418-3和418-4是n沟道晶体管。从通道包括误差放大器414-2、功率晶体管416-2、反馈晶体管417-2和电流感测电路410-2。电流感测电路410-2包括感测晶体管419-1、419-2、419-3和419-4，其中感测晶体管419-1和419-2是p沟道晶体管并且感测晶体管419-3和419-4是n沟道晶体管。误差放大器414-1和414-2的反相输入端用输入参考电压411(VREF)偏置，并且误差放大器414-1和414-2的非反相输出端分别被反馈电压415-1(VFB1)和415-2(VFB2)偏置。主通道和从通道耦合到公共偏移发生器440。偏移发生器440包括电阻电路元件444、负载电阻器446、开关网络448和电路元件449。在一些实施方式中，电路元件449是逆变器。在其它实施方式中，电路元件449是将输入信号从第一域(例如0-VOUT域)转移到第二域(例如0-VIN域)的电平移位器。
在主通道中，反馈晶体管417-1的漏极连接到电流感测电路410-1的感测晶体管418-1的源极。功率晶体管416-1的漏极连接到电流感测电路410-1的感测晶体管418-2的源极。感测晶体管418-2和感测晶体管418-4的漏极连接到感测晶体管418-1和418-2的栅极。感测晶体管418-1和感测晶体管418-3的漏极连接到感测晶体管418-3和418-4的栅极。另外，感测晶体管418-1和感测晶体管418-3的漏极连接到偏移发生器440的开关网络448中的第一晶体管的栅极，以将主通道电流镜像到偏移发生器440中。感测晶体管418-3和418-4的源极接地。
在从通道中，反馈晶体管417-2的漏极连接到电流感测电路410-2的感测晶体管419-2的源极。功率晶体管416-2的漏极连接到电流感测电路410-2的感测晶体管419-1的源极。感测晶体管419-1和感测晶体管419-3的漏极连接到感测晶体管419-1和419-2的栅极。感测晶体管419-2和感测晶体管419-4的漏极连接到感测晶体管419-3和419-4的栅极。此外，感测晶体管419-1和感测晶体管419-3的漏极连接到偏移发生器440的开关网络448中的第二晶体管的栅极，以将从属通道电流镜像到偏移发生器440。感测晶体管419-3和419-4的源极接地。在一些方面中，在偏移发生器440中的主通道电流和从通道电流之间的选择可以基于足以导通开关网络448的相应晶体管并驱动逆变器449的相应电流感测值。
图4B示出了根据本主题技术的一个或多个实施方式的具有用于图4A中的偏移发生器组件的替代电路实现的控制电路450的示例的示意图。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
控制电路450描绘具有与图4A的控制电路400的组件对应的组件的主通道和从通道。为了解释和简洁的目的，将仅讨论图4B中相对于图4A所描绘的差异。此外，由于从通道及其子部件具有相应的电路拓扑并且具有与主通道的功能相对应的功能，所以将主要参考主通道及其子部件来讨论控制电路450的操作。
如图4B所示的偏移发生器电路部分地不同于图4A所示的偏移发生器电路。例如，偏移发生器(例如452)包括开关网络448、电流源456、通路元件458和差式差分放大器454。
在图4B中，用于从属信道的电流感测电路(例如，410-2)部分地不同于图4A所示。例如，功率晶体管416-2和反馈晶体管417-2的源极连接到公共电源电压(例如，PVIN)。功率晶体管416-2的漏极连接到感测晶体管419-1的源极。感测晶体管419-1的源极和功率晶体管416-2的漏极之间的公共节点连接到开关网络448的输出(或负载)和第二晶体管的源极。漏极反馈晶体管417-2被连接到感测晶体管419-2的源极。感测晶体管419-1和419-3的漏极连接到感测晶体管419-3和419-4的栅极。感测晶体管419-2和419-4的漏极连接到感测晶体管419-1和419-2的栅极。另外，感测晶体管419-2和419-4的漏极连接到开关网络448中的第二晶体管的栅极，以将从通道电流镜像到偏移发生器440中。
感测晶体管418-3和418-4的源极连接到通路元件458的漏极。来自节点460处的开关网络448的输出信号驱动通路元件458的栅极以控制来自电流源456的电流到差式差分放大器454的第一跨导元件的反相输入端。输入参考电压411(VREF)被馈送到差式差分放大器454的第一跨导元件的非反相输出端并进入差式差分放大器454的第二跨导元件的反相输入端。反馈电压信号415-2(VFB2)被馈送到差式差分放大器454的第二跨导元件的非反相输出端。来自差式差分放大器454的输出信号驱动反馈晶体管417-2和功率晶体管416-2的栅极。
图5示出了根据主题技术的一个或多个实施方式的具有图1的无损电流平衡和共享架构的第一多通道实现的控制电路500的示例的示意图，其具有根据图3A的电流感测和偏移发生器组件的电路实现。控制电路500描绘了主通道和多个从通道，每个通道具有与图3A的控制电路300相对应的部件和功能。为了解释和简洁的目的，将仅讨论图5中相对于图3A描绘的差异。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
在图5中，主信道包括误差放大器514-1、功率晶体管516-1和第一电流感测电路。第一电流感测电路包括反馈晶体管517-1和ESR电阻器518-1。误差放大器514-1和514-2的反相输入端用输入参考电压511(VREF)偏置，并且误差放大器514-1和514-2的非反相输出端分别被反馈电压515-1(VFB1)和515-2(VFB2)偏置。主通道耦合到各个从通道的偏移发生器。
第一从通道包括误差放大器514-2、功率晶体管516-2、第二电流感测电路和第一偏移发生器。第二电流感测电路包括反馈晶体管517-2和ESR电阻器518-2。第一偏移发生器包括误差放大器542-2、电阻电路元件544-2和负载电阻器546-2。
第二从通道包括误差放大器514-3、功率晶体管516-3、第三电流感测电路和第二偏移发生器。第三电流感测电路包括反馈晶体管517-3和ESR电阻器518-3。第二偏移发生器包括误差放大器542-3、电阻电路元件544-3和负载电阻器546-3。
第n从通道包括误差放大器514-n、功率晶体管516-n、第n电流感测电路和第n偏移发生器。第n电流感测电路包括反馈晶体管517-n和ESR电阻器518-n。第n偏移发生器包括误差放大器542-n、电阻电路元件544-n和负载电阻器546-n，其中n是任意正整数值，其定义在控制电路500中实施的信道数量。
图6示出了根据主题技术的一个或多个实施方式的具有图1的无损电流平衡和共享架构的第二多通道实现的控制电路600的示例的示意图，其具有根据图4A的电流感测和偏移发生器组件的电路实现。控制电路600描绘了主通道和多个从通道，每个通道具有对应于图4A的控制电路400的部件和功能。出于解释和简洁的目的，将仅讨论图6中相对于图4A所示的差异。然而，并非所有描绘的部件都可以使用，并且一个或多个实施方式可以包括附图中未示出的附加部件。在不偏离本文阐述的权利要求的精神或范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行变化。可以提供额外的部件、不同的部件或更少的部件。
在图6中，主通道包括误差放大器614-1、功率晶体管616-1、反馈晶体管617-1和第一电流感测电路。第一电流感测电路包括感测晶体管618-1、618-2、618-3和618-4，其中感测晶体管618-1和618-2是p沟道晶体管，并且感测晶体管618-3和618-4是n沟道晶体管。
第一从通道包括误差放大器614-2、功率晶体管616-2、反馈晶体管617-2、第二电流感测电路和第一偏移发生器。第二电流感测电路包括感测晶体管619-1、619-2、619-3和619-4，其中感测晶体管619-1和619-2是p沟道晶体管，并且感测晶体管619-3和619-4是n沟道晶体管。第一偏移发生器包括电阻电路元件444-2、负载电阻器446-2、开关网络448-2和逆变器449-2。
第n从通道包括误差放大器614-n、功率晶体管616-n、反馈晶体管617-n、第n电流感测电路和第n偏移发生器，其中n是定义在控制电路600中实现的信道数量的任意正整数值。第n电流感测电路包括感测晶体管629-1、629-2、629-3和629-4，其中感测晶体管629-1和629-2是p沟道晶体管并且感测晶体管629-3和629-4是n沟道晶体管。第n偏移发生器包括电阻电路元件444-n、负载电阻器446-n、开关网络448-n和反相器449-n。
误差放大器614-1和614-2的反相输入用输入参考电压611(VREF)偏置，并且误差放大器614-1和614-2的非反相输出分别被反馈电压615-1(VFB1)和615-2(VFB2)偏置。
误差放大器614-1、614-2和614-n的反相输入端用输入参考电压611(VREF)偏置，并且误差放大器614-1、614-2和614-n的非反相输出端分别被反馈电压615-1(VFB1)、615-2(VFB2)和615-n(VFBN)偏置。主信道的电流感测电路被耦合到各个从信道的交换网络(例如648-2、648-n)，以将主信道电流镜像到相应的从信道中。
图7概念性地图示了用于实施本主题技术的任何实现的混合信号产品700。混合信号产品700包括沿着到负载电路730的第一信号路径732的第一组并联线性调节器710，并且包括沿负载电路730的第一信号路径734的第二组并联线性调节器720。在在一些实施方式中，第一组并联线性调节器710可以包括与图1的控制电路100的电路拓扑相对应的电路拓扑，其中具有第一线性调节器(例如712)的主信道并联连接到一个具有各自线性调节器的更多从属通道(例如714、716)。类似地，第二组并联线性调节器720可以包括与图1的控制电路100的电路拓扑相对应的电路拓扑，其中具有第一线性调节器(例如722)的主信道并联连接到一个或多个从属通道与相应的线性调节器(例如724、726)。
在图7中，第一组并联线性调节器710沿着第一信号路径732布置以将第一调节电压驱动至负载730。第二组并联线性调节器720沿着第一信号路径734布置以驱动提供给负载730的第二调节电压。在一些方面中，诸如降压转换器之类的功率转换器740可以向第二组并联线性调节器720提供调节电压，其中调节电压从输入电压(VIN)降压。
在一些实现中，负载电路730是混合信号电路，其中由第一和第二组并联线性调节器(例如，710、720)分别提供的第一和第二调节电压是不同的电压。例如，第一调节电压可以是大约1.8V的第一核心电源电压以为负载电路730中的低压电路供电，而第二调节电压可以是大约1.0V的第二核心电源电压以向负载电路730中的其他低电压电路供电。在这方面，具有电流共享电路拓扑结构(如图3A、3B、4A、4B、5和6中所讨论的那些)的第一和第二组并联线性调节器(例如，710、720)便于在各种系统应用中为不同的负载电流要求提供不同的电源轨。
提供之前的描述是为了使本领域的任何技术人员能够实践本文描述的各个方面。这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且这里定义的一般原理可以应用于其他方面。因此，权利要求不旨在限于本文中所示的方面，而是要符合与语言权利要求一致的全部范围，其中，以单数形式提及的元素并非意在表示“一个且仅一个”，而是“一个或多个”，除非有特殊说明。除非另有特别说明，否则术语“一些”是指一个或多个。男性(例如他)的代词包括女性和中性(例如她和她的)，反之亦然。标题和副标题(如果有的话)仅用于方便，并不限制主题内容。
“配置为”、“可操作到”和“编程为”并不意味着对象的任何特定的有形或无形修改，而是旨在互换使用。例如，配置成监视和控制操作或组件的处理器也可以意味着处理器被编程为监视和控制操作，或者处理器可操作来监视和控制操作。类似地，被配置为执行代码的处理器可以被解释为被编程为执行代码或可操作来执行代码的处理器。
诸如“方面”之类的短语并不意味着这样的方面对于主题技术是必不可少的，或者这样的方面适用于主题技术的所有配置。涉及一个方面的公开可以适用于所有配置或一个或多个配置。诸如方面的短语可以指一个或多个方面，反之亦然。诸如“配置”之类的短语并不意味着这种配置对于主题技术是必不可少的，或者这种配置适用于主题技术的所有配置。涉及配置的公开可以适用于所有配置或一个或多个配置。诸如配置之类的短语可以指一个或多个配置，反之亦然。
在此使用词语“示例”来表示“用作示例或说明”。在此描述为“示例”的任何方面或设计不必被解释为优于或优于其他方面或设计。
本公开内容中所描述的各个方面的元件的所有结构和功能等同物对于本领域的普通技术人员而言是已知的或随后将为人们所知的，通过引用明确地并入本文中并且旨在由权利要求所涵盖。而且，在此公开的任何内容都不旨在致力于公众，不管这些公开是否在权利要求中明确记载。权利要求不得根据35U.S.C.§112，第六段的规定解释，除非使用短语“用于...的装置”明确叙述元素，或者在方法权利要求的情况下使用短语“步骤”叙述元素。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”、“具有”等而言，该术语旨在以与术语“包含”类似的方式是包含性的，因为“包含”在用作过渡词时用于解释权利要求。

Claims (20)

1.一种用于并联线性电压调节器之间的无损耗电流共享的设备，包括：
用于以第一输出电压驱动负载的第一线性电压调节器电路；
一个或多个第二线性电压调节器电路，与所述第一线性电压调节器电路并联耦合，并被配置为以相应的第二输出电压驱动负载；和
一个或多个比较器电路，耦合到所述第一线性电压调节器电路和所述一个或多个第二线性电压调节器电路，所述一个或多个比较器电路被配置为：
比较所述第一输出电压与所述相应的第二输出电压中的每个，以确定所述第一线性电压调节器电路和一个或多个第二线性电压调节器电路中的每个的偏移电压；和
基于确定的偏移电压将各自的信号提供给所述一个或多个第二线性电压调节器电路，以使得所述一个或多个第二线性电压调节器电路调节相应的第二输出电压，使得所述一个或多个第二线性电压调节器电路的相应的第二输出电流对应于所述第一线性电压调节器电路的第一输出电流。
2.权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个比较器电路包括：
第一误差放大器电路，被配置为将第一参考电压信号与第一反馈电压信号进行比较并产生第一误差信号；
第一功率开关元件，被配置为基于来自所述第一误差放大器电路的第一误差信号选择性地将电源电压传递给所述负载；和
第一电流感测电路，被配置为测量所述负载处的第一输出电流。
3.权利要求2所述的设备，其中所述第一电流感测电路包括：
第一反馈开关元件，被配置为镜像所述第一输出电流并测量所述第一输出电流；和
耦合在所述第一反馈开关元件和将所述第一功率开关元件耦合到负载的节点之间的第一等效串联电阻电路元件。
4.权利要求3所述的设备，其中所述一个或多个比较器电路包括：
第二误差放大器电路，被配置为将第二参考电压信号与第二反馈电压信号进行比较并产生第二误差信号；
第二功率开关元件，被配置为基于来自所述第二误差放大器电路的第二误差信号选择性地将电源电压传递给所述负载；和
第二电流感测电路，被配置为测量所述负载处相应的第二输出电流中的一个。
5.权利要求4所述的设备，其中所述第二电流感测电路包括：
第二反馈开关元件，被配置为镜像所述第二输出电流并测量所述第二输出电流；和
耦合在所述第二反馈开关元件和将所述第二功率开关元件耦合到负载的节点之间的第二等效串联电阻电路元件。
6.权利要求5所述的设备，其中所述第一和第二误差放大器电路的反相输入使用输入参考电压偏置，其中所述第一和第二误差放大器电路的非反相输入分别使用所述第一反馈电压信号和所述第二反馈电压信号偏置。
7.权利要求6所述的设备，其中所述一个或多个比较器电路包括第三误差放大器、电阻电路元件和电阻电路元件。
8.权利要求7所述的设备，其中所述第一电流感测电路测量所述第一反馈开关元件与所述第一等效串联电阻电路元件之间的节点处的第一输出电流，并将第一输出电压馈送到所述第三误差放大器的非反相输入。
9.权利要求7所述的设备，其中所述第二电流感测电路测量所述第二反馈开关元件和第二等效串联电阻电路元件之间的节点处的相应的第二输出电流中的一个，并将相应的第二输出电压中的一个馈送到所述第三误差放大器的反相输入。
10.权利要求7所述的设备，其中所述第三误差放大器将第一输出电压与相应的第二输出电压中的一个进行比较以产生第三误差信号。
11.权利要求10所述的设备，其中所述电阻电路元件使用所述第三误差信号偏置以将输出电压增加到电源电压轨或将输出电压降低到地。
12.权利要求11所述的设备，其中所述电阻电路元件产生所需值的输出电压，并且其中产生的输出电压有助于产生第二反馈电压信号到所述第二误差放大器电路中。
13.权利要求7所述的设备，其中所述第一电流感测电路测量所述第一反馈开关元件与所述第一等效串联电阻电路元件之间的节点处的第一输出电流，并且将所述第一输出电压馈送到全差分放大器的非反相输入。
14.权利要求13所述的设备，其中所述第二电流感测电路测量所述第二反馈开关元件和第二等效串联电阻电路元件之间的节点处的相应的第二输出电流中的一个，并将相应的第二输出电压中的一个馈送到所述全差分放大器的反相输入，其中所述全差分放大器将非反相输出信号驱动至差式差分放大器的非反相输入，并将反相输出信号驱动至所述差式差分放大器的反相输入。
15.一种用于并联电压调节器之间的电流共享的设备，包括：
第一线性电压调节器；和
耦合到所述第一线性电压调节器的相对端子的第二线性电压调节器，
其中所述第二线性电压调节器被配置为：
比较所述第一线性电压调节器的第一输出电压与所述第二线性电压调节器的第二输出电压；
基于所述比较产生偏移信号；和
使用所述偏移信号偏置所述第二线性电压调节器以消除所述第一线性电压调节器和所述第二线性电压调节器之间的电压偏移。
16.权利要求15所述的设备，还包括耦合到所述第一线性电压调节器和所述第二线性电压调节器的偏移发生器电路，其中所述偏移发生器电路包括全差分放大器和差式差分放大器。
17.权利要求16所述的设备，其中所述全差分放大器将所述第一输出电压与所述第二输出电压进行比较以产生差分误差信号，并且其中所述差分误差信号的正极性从所述全差分放大器的非反相输出输出，并且所述差分误差信号的负极性从所述全差分放大器的反相输出输出。
18.权利要求17所述的设备，其中所述差分误差信号的正极性被馈送到所述差式差分放大器的第一跨导元件的非反相输出，并且所述差分误差信号的负极性被馈送到所述差式差分放大器的第一跨导元件的反相输入。
19.权利要求18所述的设备，其中所述差式差分放大器的第二跨导元件的反相输入使用输入参考电压偏置，并且所述差式差分放大器的第二跨导元件的非反相输出使用来自所述第二线性电压调节器的反馈电压信号偏置。
20.一种用于并联线性电压调节器之间的无损耗电流共享的系统，包括：
构件，用于测量第一线性电压调节器的第一输出电流；
构件，用于测量第二线性电压调节器的第二输出电流；
构件，用于将对应于所述第一输出电流的第一输出电压与对应于所述第二输出电流的第二输出电压进行比较；
构件，用于基于所述比较产生偏移信号；和
构件，用于使用所述偏移信号偏置所述第二线性电压调节器以消除所述第一线性电压调节器和所述第二线性电压调节器之间的电压偏移。
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