CN112346507A - 电压发生器 - Google Patents

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Abstract

电压发生器电路可以被构造为通过使用具有晶体管和电阻器的电路回路来提供具有基本平坦的温度系数的输出电压，该电阻器被布置为使得在操作中，通过电阻器的电流具有符号温度系数。电流行为可以由耦合到另一个晶体管的输出晶体管控制，该另一个晶体管耦合到电路回路，该另一个晶体管的尺寸为在操作中该另一个晶体管的电压的符号温度系数的符号和通过电阻器的电流的符号温度系数的符号相反。电压发生器电路的实施方案还可以包括附加组件以修整输出电压，以提供无条件的稳定性，或者为各个电压发生器电路提供其他特征。在各种实施方案中，电压发生器电路可以实现为低压差(LDO)稳压器。

Description

电压发生器
技术领域
本发明涉及电压发生器，尤其涉及稳压器。
背景技术
越来越多的应用程序，包括智能传感器、医疗可穿戴设备、便携式仪器或基础设施监控系统，其中包括依靠电池供电的组件。当此类电池供电的应用配备具有高线性度和动态范围、低失调和热漂移以及非常低的功耗的电子设备时，可以具有增强的性能。
发明内容
电压发生器电路可以被构造为通过使用具有晶体管和电阻器的电路回路来提供具有基本平坦的温度系数的输出电压，该电阻器被布置为使得在操作中，通过电阻器的电流具有符号温度系数。电流行为可以由耦合到另一个晶体管的输出晶体管控制，该另一个晶体管耦合到电路回路，该另一个晶体管的尺寸为在操作中该另一个晶体管的电压的符号温度系数的符号和通过电阻器的电流的符号温度系数的符号相反。可以包括附加组件以修整输出电压，以提供无条件的稳定性，或者为各个电压发生器电路提供其他特征。电压发生器电路可以实现为低压差(LDO)稳压器。
例如，可以提供电压发生器电路，可包括：电路回路，具有晶体管和第一电阻器，其中所述第一电阻器耦合到所述晶体管的第一晶体管，并且被布置为使得在操作中，通过所述第一电阻器的电流具有第一符号温度系数；输出晶体管，耦合到所述电压发生器电路的输出节点；和通过第二电阻器耦合到所述输出晶体管的晶体管，该晶体管耦合到所述第一晶体管，所述晶体管的尺寸使得在操作中，所述晶体管的电压具有第二符号温度系数，所述第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸可以布置为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
可以提供一种电压产生方法，可包括：例如基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸可以为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
在各种实施方案中，提供电压发生器电路，可包括：构件，用于基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和构件，用于产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
在各种实施方案中，提供电压发生器电路，可包括：第一电压发生器电路，基于晶体管之间电流密度的差异产生具有第一符号温度系数的第一电压；和第二电压发生器电路，提供和第一符号温度系数的符号相反的第二符号温度系数，其中第一电压和第二电压彼此串联配置以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
在各种实施方案中，提供电压发生器电路，可包括：第一电压发生器电路，基于晶体管之间电流密度的差异提供具有第一符号温度系数的第一电压；第二电压发生器电路，提供具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反；和第三电压发生器电路，提供具有第三符号温度系数的第三电压，所述第三符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反，其中第三电压发生器电路包括独立可调的温度相关和温度稳定组件，其中第一电压、第二电压和第三电压彼此串联配置以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
在各种实施方案中，提供一种电压产生方法，可包括：基于晶体管之间电流密度的差异产生具有第一符号温度系数的第一电压；产生具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反；和提供彼此串联的第一电压和第二电压以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
在各种实施方案中，提供一种电压产生方法，可包括：基于晶体管之间电流密度的差异产生具有第一符号温度系数的第一电压；产生具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反；产生具有第三符号温度系数的第三电压，所述第三符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反，其中从独立可调的温度相关和温度稳定组件产生第三电压，和提供第一电压、第二电压和第三电压彼此串联以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
附图说明
不一定按比例绘制的附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本公开中讨论的各种实施例。
图1示出了根据各种实施例的具有电路回路和晶体管的电压发生器的示例，该晶体管控制通过回路的电阻器的具有正温度系数的电流的产生，以提供来自电压发生器的调节输出。
图2示出了根据各种实施例的具有电路回路和晶体管的电压发生器的示例，该晶体管控制通过回路的电阻器的具有正温度系数的电流的产生，以提供来自电压发生器的调节输出。
图3示出了根据各种实施例的电压发生器的示例，该电压发生器包括被添加以实现更高的输出电压的一个或多个晶体管。
图4示出了根据各种实施例的电压发生器的示例，该电压发生器包括被添加以实现更高的输出电压的一个或多个晶体管。
图5示出了根据各种实施例的包括被添加以实现更高的输出电压的晶体管的电压发生器的示例。
图6示出了根据各种实施例的电压发生器的示例，该电压发生器包括被添加以实现更高的输出电压的晶体管。
图7示出了根据各种实施例的包括启动电路的电压发生器的示例。
图8示出了根据各种实施例的包括启动电路的电压发生器的示例。
图9示出了根据各种实施例的包括微调方案的电压发生器的示例。
图10示出了根据各种实施例的包括微调方案的电压发生器的示例。
图11示出了根据各种实施例的包括修整方案的电压发生器的示例，该方案将温度系数与电压发生器的输出处的绝对值解耦。
图12示出了根据各种实施例的包括修整方案的电压发生器的示例，该方案使温度系数与电压发生器的输出处的绝对值解耦。
图13A-13C示出了根据各种实施例的可以在图11和12的电压发生器中使用的电阻器的实施方式的示例，示出了包括修整方案的示例电压发生器。
图14A至图14C示出了根据各种实施例的可在图11和图12的电压发生器中使用的电阻器的实施方式的示例。
图15示出了根据各种实施例的包括对输出负载电容和输出负载电阻进行补偿的电压发生器的示例。
图16示出了根据各种实施例的包括对输出负载电容和输出负载电阻进行补偿的电压发生器的示例。
图17示出了根据各种实施例的包括用于输出负载电容和输出负载电阻的补偿的发电机的示例电压，其可以被实现以提供无条件的稳定性补偿。
图18示出了根据各种实施例的电压发生器的示例，该电压发生器包括放置在图17的电压发生器中的补偿电阻，用于输出负载电容和输出负载电阻。
图19示出了根据各种实施例的电压发生器的示例的示意图，该电压发生器包括具有附加组件的图1的电压发生器的架构。
图20示出了根据各种实施例的电压发生器的示例，该电压发生器包括具有附加组件的图2的电压发生器的架构。
图21示出了根据各种实施例的图19的电压发生器的四个节点的电压相对于温度的计算机仿真图。
图22示出了根据各种实施例的，针对各种温度系数修整码的图19的电压发生器的输出电压随温度的计算机仿真图。
图23示出了根据各种实施例的，针对各种绝对值修整码的图19的电压发生器的输出电压随温度的计算机仿真图。
图24A-24B示出了根据各种实施例的，图19的电压发生器的开环增益和相位裕度相对于输出电流的计算机仿真图。
图25A-25B示出了根据各种实施例的，图19的电压发生器的输出电容器上的开环增益和相位裕度的计算机模拟图。
图26是根据各个实施例的电压产生方法的示例的特征的流程图。
具体实施方式
在超低功耗应用中，处于活动和待机阶段的集成电路(IC)功耗是延长电池寿命的重要参数。在许多应用中，系统在大多数时间内都处于低功耗模式，并且仅在短时间内打开电源并处于活动状态，以便获取信号并将转换传输到微控制器。在长时间的低功耗模式下，全状态保留是一项重要功能，可以避免每次从待机状态进入工作状态时都必须重新配置器件。通过提供完整的状态保留，功耗也得以最小化。为了实现这种功率性能，可以实现超低功率LDO稳压器。
稳压器可用于提供稳定的电源电压，而不受许多因素的影响，例如负载阻抗、输入电压变化、温度和时间。LDO稳压器可通过维持电源电压和负载电压之间的微小差异来帮助维持稳压。低压降是指输入电压与输出电压之间的最小差，可使IC维持对其输出电压的调节。较低的辍学率可提供更高的效率。在各种实施方案中，超低功耗LDO稳压器可以在数百纳安的范围内工作。
图1示出了具有电路回路105和晶体管的电压发生器100的示例，该晶体管控制通过电路回路105的电阻器R0产生具有正温度系数(tempco)的电流，从而从电压提供经调节的输出参考电压。电压发生器100可以被构造为LDO调节器。在图1中，使用了n沟道场效应晶体管(NMOS)器件和p沟道场效应晶体管(PMOS)器件。NMOS和PMOS器件是可以包括至少三个端子的器件，这些端子被称为漏极、源极和控制栅极，其中栅极与由漏极和源极提供的导电端子之间的沟道绝缘。尽管在图1的示例体系结构和图2-20的示例体系结构中使用了NMOS和PMOS器件，但是其他器件，例如但不限于可以使用双极结型晶体管(BJT)器件、其他类型的场效应晶体管或其他类似器件我这边。此类其他设备的实现可能包括对这些体系结构的修改，以解决此类设备与NMOS和PMOS设备之间的差异。
电路回路105包括NMOS器件(MN0和MN1)、PMOS器件(MP0和MP1)以及电阻器R0。MP0被布置为二极管连接的设备，以与MP1一起从电源Vcc向电路回路105提供电流。电路回路105也可以耦合到NMOS器件MN2，其中MN0、MN1和MN2的栅极耦合在一起。电阻器R0与MN0和MN2可以耦合到电源Vss。Vss可以是地面。可以提供输出晶体管器件MP2作为PMOS器件。
电压发生器100可以使用构造为具有不同电流密度的MN0和MN1来实现。MN1可以被构造成具有比MN0的电流密度小N倍的电流密度。例如，MN1的结构可以是MN0的N倍。附加地或替代地，MN1可以被构造为尺寸与MN1类似的NMOS晶体管，但是与多个这种复制的NMOS晶体管并联布置。可以实现MN1和MN0之间的其他差异，例如但不限于MN1和MN0设备的长度差异，以提供电流密度的差异。电流密度的差异会在其栅极至源极电压(VGSs)之间产生电压差。MN0的栅极-源极电压为VGS0，而MN1的栅极-源极电压为VGS1，该电压比VGS0小，因为它实际上是一个更宽的器件。电压差VGS1-VGS0被强制通过电阻R0，从而产生一个具有正温度系数的电流。可以通过由MN0、MN1、R0、MP0和MP1以及其他设备(例如MP2和MN2)形成的电路环路105来控制此行为。
连接到MN1和MP1的漏极的节点可以被构造为可以调节MP2的栅极电压的高阻抗节点，从而电路回路105是稳定的。在这种情况下，R0两端产生的正温度系数电流与流经MN2和耦合至MN2的电阻器R1相同。MN2的大小可以设置为使其栅极至源极电压(VGS2)的温度系数为负。MN2与输出的耦合为R1，R1两端的电流如上所述具有正的温度系数。因此，R1(VR1)两端的电压也具有正温度系数。具有图1的架构的电压发生器100的MOS器件和电阻器的尺寸可以确定为使得VGS2加上电阻器R1两端的电压具有平坦的温度系数。该电压实质上是电压发生器100的输出参考电压，VOUT＝VGS2+VR1，可实现为LDO输出电压。
借助于驱动输出装置MP2的栅极的高阻抗节点，电路回路105还可以适应于在存在输出电阻性负载的情况下保持调节。换句话说，设备MP2可以提供电流以保持电路环路105稳定，并且还可以将电流提供给输出负载。输出设备MP2是用于低压差稳压的PMOS设备，但是NMOS设备(MN7)也可以用作输出设备，如图2所示。
图2示出了电压发生器200的示例，该电压发生器200具有电路环路205和晶体管，该晶体管控制通过电路环路205的电阻器R0产生具有正温度系数的电流，以提供来自电压发生器的稳定输出。图2的电压发生器200可以被实现为图1的电压发生器100，其中输出晶体管器件MP2被NMOS器件MN7代替。为了保持电路环路205稳定，可以将MN7连接到PMOS器件MP0的漏极，并且二极管连接的器件现在是MP1而不是MP0。
图3示出了电压发生器300的示例，该电压发生器300包括一个或多个晶体管以实现更高的输出电压。电压发生器300可以通过添加耦合到具有PMOS输出器件的图1的电压发生器100的MN2的晶体管器件来实现。如图4所示，还可以通过添加耦合到具有NMOS输出装置的图2的电压发生器200的MN2的晶体管装置来实现电压发生器400。NMOS晶体管器件MN5可以耦合在MN2和R1之间，以将电压发生器300的输出的电压移位到比电压发生器100的输出更高的电平。MN5可以被布置在电压发生器300中以相对于其VGS具有负温度系数，类似于MN2。可以添加具有耦合至MN5栅极的栅极的其他NMOS晶体管器件。在图3和4中，增加了一行共源共栅NMOS器件MN3、MN4和MN5。在这种情况下，输出电压变为VOUT＝VGS2+VGS5+VR1，其中VGS5是MN5的栅极至源极电压。与图1的电压发生器100和图2的电压发生器200相比，图3和图4中的这些布置可以帮助改善输出阻抗并获得更高的LDO电压。
图5示出了电压发生器500，其包括被添加以实现更高的输出电压的晶体管。电压发生器500可以通过添加耦合到具有PMOS输出器件的图1的电压发生器100的输出晶体管器件MP2的晶体管器件来实现。PMOS晶体管器件MP5可以与其源极耦合到MP1的漏极，并且其漏极耦合到MP2的栅极和MN1的漏极。可以向MP5的栅极施加电压偏置。在图5中，在电路环路的PMOS侧添加了PMOS共源共栅，以提高环路增益。更高的环路增益可以改善负载调节。
图6示出了电压发生器600，其包括被添加以实现更高的输出电压的晶体管。电压发生器600可以通过添加耦合到具有NMOS输出器件的图2的电压发生器200的输出晶体管器件MN7的晶体管器件来实现。PMOS晶体管器件MP5可以与其源极耦合到MP0的漏极，并且其漏极耦合到MN7的栅极和MN0的漏极。可以向MP5的栅极施加电压偏置。在图6中，在电路环路的PMOS侧添加了PMOS共源共栅，以提高环路增益。更高的环路增益可以改善负载调节。
图7示出了电压发生器700的示例，该电压发生器包括增加的启动电路，以确保环路启动并且不保持在断开状态。可以通过添加耦合到具有PMOS输出设备的图1的电压发生器100的启动电路来实现电压发生器700。如图8所示，还可以通过添加耦合到具有NMOS输出设备的图2的电压发生器200的启动电路来实现电压发生器800。该启动电路可以包括PMOS器件、MP3和MP4以及电流源Istart。MP3的源极耦合到VCC，其栅极耦合到MP0和MP1的栅极，其漏极耦合到MP4的栅极和Istart。MP4的源极耦合至Vcc，其漏极耦合至MN0、MN1和MN2的栅极。对于这种配置，在启动电路中存在始终导通的下拉电流Istart，它将启动设备MP4的栅极拉低。该启动设备将MN0、MN1和MN2的栅极拉高，直到电路环路开始。当电路环路开始时，环路电流通过MP0和MP3进行镜像，从而将MP4的栅极拉高，并关闭启动设备MP4。该启动电路也可以用上拉Istart电流和NMOS启动设备代替PMOS MP4来实现。在这种情况下，环路电流将从MN2镜像到启动电路。
图9示出了包括修整方案的电压发生器900的示例。电压发生器900可以被实现为具有PMOS输出设备的图1的电压发生器100，其中在输出处的R1被实现为可变电阻器。图10所示的电压发生器1000也可以被实现为图2的电压发生器200，其具有NMOS输出装置，并且在输出处的R1被实现为可变电阻器。在图1的电压发生器100和图2的电压发生器100中，输出电压VOUT等于MN2的栅极到源极电压，即VGS2，它是整个温度范围内的负电压，再加上R1两端的压降，即超过温度的正电压。这两个实体的总和使输出电压在整个温度范围内保持平坦。为了进行微调，输出电压可以补偿工艺和零件间的差异，R1可以制成可调微调电阻。通过更改R1的值，室温下的输出电压将发生变化，但其温度系数也将发生变化。这种方法提供了一种微调电压发生器输出的简单方法，该电压发生器可以是LDO稳压器，其中绝对输出电压和温度系数具有很强的依赖性。此特性意味着针对给定温度系数的微调将改变绝对输出电压，反之亦然。
图11示出了包括修整方案的电压发生器1100，该修整方案使温度系数与电压发生器的输出处的绝对值解耦。电压发生器1100可以被实现为具有PMOS输出装置的图1的电压发生器100，或者如图12所示，电压发生器1200可以被实现为具有NMOS输出装置的图2的电压发生器200，具有实现为可变电阻器的R1，并带有附加的修整组件。为了使温度系数修整与绝对电压修整解耦，可以引入另一个可以实现为可变电阻器的修整电阻器R2，以及NMOS器件MN6和电阻器R3的布置。MN6可以通过R3耦合到Vss，并且可以包括其栅极耦合到MN2、MN1和MN0的栅极。器件MN6可以被构造为具有与电压发生器1100或电压发生器1200的其他NMOS器件不同的阈值电压VTH2。每个其他NMOS器件的阈值电压可以具有阈值电压VTH1。例如，MN2可以是3V器件，而MN6可以是1.8V器件。
MN6可以被构造成具有比MN2更低的阈值电压。阈值电压的这种差异VTH2-VTH1在整个温度范围内相对平坦。可以选择MN6和MN2的几何形状，以使它们的栅源电压在整个温度范围内也保持平坦。VGS2是MN2的栅极-源极电压，而VGS6是MN6的栅极-源极电压，增量VGS2-VGS6被迫跨过电阻R3，并产生恒定的过热电流，该电流流经MN6的漏极进入电阻结构R1和R2。MN6进入电阻结构R1和R2。由于这种布置，有一个正的温度系数电流流过R1和R2，而一个恒定的温度系数电流只流过R2。
可以通过调节电阻R1+R2的总和来修整电压发生器1100的输出电压温度系数和电压发生器1200的输出电压温度系数(可以是LDO调节器)。一旦选择了平坦的温度系数，就可以保持R1和R2的总值，这样温度系数就不会改变，但是可以调节R2/R1的比例以在室温下调整绝对电压而不影响温度系数。因此，该方案将温度系数微调与绝对值微调完全解耦。其他等效实施方式也是可能的，例如在整个温度范围内在电阻R2两端的不同抽头处注入恒定电流。
尽管可以用除NMOS和PMOS之外的BJT或晶体管器件来实现电压发生器1100和电压发生器1200，但是将修改这些电路以生成MN6和R3提供的电流。由于来自电压发生器1100和电压发生器1200中的MN6和R3的操作的电流基于增量VTH，因此将进行修改，这在BJT中不会发生，并且可能在其他可以使用的设备中发生。
图13A-C示出了用于图11的电压发生器1100和图12的电压发生器1200的R1、R2和R3的实现。图13A显示了具有电阻器单元的R1的实现，并切换到短路电阻器单元，以根据短路的电阻器单元的数量增加或减少总的R1最终值。开关可以区分开或关。由于R1承载着与绝对温度成比例的电流(PTAT)，因此该方案可用于温度系数调整，例如与图9和图10关联的调整。
图13B和图13C显示了具有电阻器单元和开关的R2的实现方式，该开关用于选择可以注入分接点偏移温度系数(OTC)电流的位置。图13B显示提供OTC电流源的电流源，图13C显示提供电流的MN6和R3，可以是图11的电压发生器1100和图12的电压发生器1200的设备。根据所选的修整代码，只能启用一个开关。在图13B和图13C所示的配置中，最终的总R2值始终相同，但可以选择注入OTC电流的抽头点。选择的抽头点越低，OTC电流将通过该抽头点顶部的电阻器元件产生的压降越大，因此，这样配置的电压发生器的最终输出电压将是更高。该方案可用于对R1进行温度系数微调后的绝对值微调。
图14A-C示出了在图11的电压发生器1100和图12的电压发生器1200中使用的R1、R2和R3的实现。图14B示出了提供OTC电流的电流源，图14C示出了提供电流的MN6和R3，其可以是图11的电压发生器1100和图12的电压发生器1200的装置。图14A-C提供了R1和R2的替代实现，以替代图13A-C所示的实现。如图13A中所示，对图14A中的R1进行温度系数调整，可以将其与图9和图10结合使用。
图14B和14C示出了并联使用的成对的电阻器和开关。使用图14B和14C的配置，当将R2调整为绝对值时，对于在R2中接通或断开的每个电阻器单元，R1中对应的电阻器单元以相反的功能进行切入或断开操作，以使整个R1+R2值保留。以这种方式，温度斜率修整不受绝对值修整的影响。因此，在该方案中，将R2修剪为绝对值还意味着再次修剪R1，以便保留总体R1+R2值。
图15示出了电压发生器1500的示例，其包括对任何输出负载电容和输出负载电阻的补偿。电压发生器1500可以被实现为具有补偿的PMOS输出装置的图1的电压发生器100，或者如图16所示，电压发生器1600可以被实现为具有补偿的NMOS输出装置的图2的电压发生器200。为了稳定可配置为LDO稳压器的电压发生器，对于任何输出负载电容和输出负载电阻，可以在输出节点与MN0、MN1和MN2的栅极之间放置补偿电容器C0耦合在一起。这种布置产生一个零，该零使电路环路相对较小的输出电流稳定。例如，C0可以为20pF，并且电路环路对于高达100μA的输出电流是稳定的，对于1.8V输出电压的负载ROUT而言，这相当于18kOhms。
图17示出了电压发生器1700的示例，该电压发生器1700包括可实现以提供无条件稳定性补偿的任何输出负载电容和输出负载电阻的补偿。电压发生器1700可以实现为具有补偿的PMOS输出设备的图1的电压发生器100，或者具有补偿的具有NMOS输出设备的图2的电压发生器200。为了稳定可配置为LDO稳压器的这种电压发生器，对于任何输出电阻性和电容性负载，可以在MP2栅极处的高阻抗节点与耦合在一起的MN0、MN1和MN2的栅极之间放置另一个电容器C1。该电容器有助于减小或消除增益，并且还引入了另一个零，以进一步帮助稳定任何电容性和电阻性负载的电路环路。在这样的架构中，相位裕度不会超过180度。在各种实施方案中，C0和C1的结构可以使C0与C1之比等于十。例如，在C0为20pF的情况下，可以选择C1为2pF。可以实现C0、C1的其他值以及C0与C1的比率。
图18示出了电压发生器1800的示例，该电压发生器1800包括放置在图17的电压发生器1700中的用于任何输出负载电容和输出负载电阻的补偿电阻器。通过将补偿电阻与补偿电容器串联，也可以增强图17的电压发生器1700中的补偿效果。如图18所示，电阻器R5可以与C0串联放置在输出节点与耦合在一起的MN0、MN1和MN2的栅极之间。电阻器R4可以与C1串联放置在MP2的栅极与耦合在一起的MN0、MN1和MN2的栅极之间。
图19示出了电压发生器1900的示例的示意图，该电压发生器1900包括图1的电压发生器100的基本架构，具有提供增强的输出电压的附加组件、启动电路、输出修整和无条件的稳定性补偿。可以诸如相对于图1-18中的组件所讨论的那样来实现图19中所示的组件。电压发生器1900可以被实现为LDO调节器。通过使用低功耗设计来最大限度地减少LDO稳压器中配置的支路数量，可以将LDO稳压器实现为超低功耗LDO稳压器，这样做还可以使工作功率最小。如本文中所教导的，电压发生器1900的组件可以被构造为提供125nA的总供应电流加上电压发生器1900的负载可以采取的任何额外电流。电压发生器1900的架构可以提供用于以下目的的稳定性：任何容性和阻性负载。例如，电容性负载的范围可以但不限于约1pF至约10μF及以上，而电阻性负载的范围可以但不限于约1nA至约10mA及以上，而可以设置为LDO的电压发生器1900的磁芯本身在任何负载条件下仅需125nA。该架构还允许采用一种将输出电压温度系数与绝对电压微调解耦的微调方案。
电压发生器1900的体系结构显示了MP2设备提供的PMOS输出级的实现。该PMOS输出级通常用于低压差稳压，因为它可以实现为仅使用与其饱和漏源电压相等的裕量，该裕量通常约为100mV。
图20示出了电压发生器2000的示例，该电压发生器2000包括图2的电压发生器200的基本架构，该附加组件用于提供增强的输出电压、启动电路、输出修整和无条件的稳定性补偿。图20所示的组件可以如关于图1-18中的组件所讨论的那样实现。由MN7器件提供的NMOS输出级的使用使电压发生器2000成为图19的电压发生器1900的对应物。尽管通常不将NMOS输出级调节器视为低压降，但输出设备仍可以是低阈值电压设备或本机NMOS设备，其操作可能与图19的电压发生器1900的低压差模式下的PMOS相当相似。
图21示出了针对图19的电压发生器1900的四个节点的电压随温度的计算机仿真图。在小于-50℃到大于130℃的温度范围内，电压发生器1900的输出节点处的电压相对恒定，因此受到调节。在该温度范围内，用于修整的MN6栅极节点处的电压降低。在此温度范围内，用于实现更高输出电压的MN5栅极节点上的电压降低。在此温度范围内，用于为VGS提供负温度系数的MN2栅极节点上的电压下降。
图22示出了针对各种温度系数修整码的图19的电压发生器1900的输出电压随温度的计算机仿真图。图23示出了针对各种绝对值修整码的图19的电压发生器1900的输出电压随温度的曲线图。
图24A示出了图19的电压发生器1900的开环增益相对于输出电流的计算机仿真图。该图是以分贝为单位的增益相对于频率的图。图24B示出了针对图19的电压发生器1900的输出电流上的相位裕度。该图是度对频率的图。对于这些图，输出电容器为100nF，输出电流从10nA扫至10mA。这些结果始终稳定，相位裕度不超过180度。
图25A示出了用于图19的电压发生器1900的输出电容器上的开环增益的计算机仿真图。该图是以分贝为单位的增益与频率的关系图。图24B示出了针对图19的电压发生器1900的输出电流上的相位裕度。该图是度对频率的图。对于这些图，输出电流为100μA，输出电容从10pF扫至10μF。这些结果始终稳定，相位裕度不超过180度。
在各种实施方案中，电压发生器电路可包括：电路回路，具有晶体管和第一电阻器，其中所述第一电阻器耦合到所述晶体管的第一晶体管，并且被布置为使得在操作中，通过所述第一电阻器的电流具有第一符号温度系数；输出晶体管，耦合到所述电压发生器电路的输出节点；和通过第二电阻器耦合到所述输出晶体管的晶体管，该晶体管耦合到所述第一晶体管，所述晶体管的尺寸使得在操作中，所述晶体管的电压具有第二符号温度系数，所述第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反。所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。所述回路的晶体管的晶体管结构可以与所述第一晶体管耦合，其中所述第一晶体管的结构的电流密度与所述晶体管结构不同，以通过第一电阻器提供具有所述第一符号温度系数的电流。
这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路的变体可以包括许多不同的实施例，可以根据这种电压发生器电路的应用和/或在其中实现这种电压发生器电路的系统的体系结构来组合。这样的电压发生器电路可以包括耦合在晶体管和第二电阻器之间的第二晶体管，其中第二晶体管被实现为比没有第二晶体管时实现更高的输出电压。
这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路的变体可以包括修整组件，其中修整组件包括结构为可变电阻器的第二电阻器。这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路可以包括：修整组件，其中修整组件包括结构为可变电阻器的第二电阻器；第三电阻器，耦合在所述输出晶体管和所述第二电阻器之间，所述第三电阻器结构为可变电阻器；和调整晶体管，耦合至将第三电阻器耦合至第二电阻器的节点，使得在操作中，恒定温度系数的电流流过调整晶体管而进入第三电阻器。
这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路的变体可以包括耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的电容器。这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路的变体可以包括：第一电容器，耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间；和第二电容器，耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间。
在各种实施方案中，电压发生器电路可包括：构件，用于基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和构件，用于产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反。所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路可以包括构件，用于晶体管结构，耦合到第一晶体管，其中第一晶体管被构造成具有与晶体管结构不同的电流密度，以提供通过第一电阻器的电流具有第一符号温度系数。
这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路的变体可以包括构件，用于使用结构为可变电阻器的第二电阻器来补偿过程和零件之间的变化。这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路可以包括：构件，用于在所述输出节点处将温度系数调整与绝对电压调整解耦。这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路可以包括构件，用于稳定输出电压。这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路可以包括构件，用于在所述输出节点的电压调节期间，在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性。
图26是示例电压产生方法2600的实施例的特征的流程图。在2610，基于电路回路中的晶体管之间的电流密度之差，产生通过第一电阻器的电流以具有第一符号温度系数。产生通过第一电阻器的电流以具有第一符号号温度系数的步骤可以包括：使用耦合到第一晶体管的晶体管结构，其中第一晶体管被构造为具有与晶体管结构不同的电流密度。
在2620处，产生晶体管的电压，其中该晶体管通过第二电阻器耦合到输出晶体管，该第二电阻器的尺寸为使得电压具有第二符号温度系数，和第一符号温度系数的符号相反。所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
方法2600或类似于方法2600的方法的变型可以包括许多不同的实施例，其可以根据这样的方法的应用和/或在其中实现这些方法的系统的体系结构来组合。这样的方法可以包括基于耦合在晶体管和第二电阻器之间的第二晶体管来提供输出电压的电平。这样的方法可以包括使用构造为可变电阻器的第二电阻器来补偿工艺和零件之间的变化。
方法2600或类似于方法2600的方法的变体可以包括独立调整结构为可变电阻器的第二电阻器以及耦合在所述输出晶体管和所述第二电阻器之间的第三电阻器，所述第三电阻器结构为可变电阻器，以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。方法2600或类似于方法2600的方法的变型可以包括提供恒定温度系数的电流以流过调整晶体管进入第三电阻器，其中调整晶体管耦合到将第三电阻器耦合到第二电阻器的节点。
方法2600或类似于方法2600的方法的变体可以包括使用耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的电容器来稳定输出电压。方法2600或类似于方法2600的方法的变体可以包括使用耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的第一电容器以及耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间的第二电容器来在所述输出节点的电压调节期间，在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性。
在与图1-26相关联的各种实施例中，可以被实现为LDO调节器的电压发生器电路的组件布置有为电压发生器电路提供选择的温度系数以提供稳定的输出的结构。可以基于其组件的温度系数来实现电压发生器电路。在各种实施方案中，电压发生器电路包括：第一电压发生器电路，基于晶体管之间电流密度的差异提供具有第一符号温度系数的第一电压；和第二电压发生器电路，提供具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反，其中第一电压和第二电压彼此串联配置以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
在各种实施方案中，电压发生器电路包括：第一电压发生器电路，基于晶体管之间电流密度的差异提供具有第一符号温度系数的第一电压；第二电压发生器电路，提供具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反；和第三电压发生器电路，提供具有第三符号温度系数的第三电压，所述第三符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反，第三电压发生器电路包括独立可调的温度相关和温度稳定组件，其中第一电压、第二电压和第三电压彼此串联配置以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
基于其组件的温度系数构造的这种电压发生器电路或类似的电压发生器电路的变体可以包括许多不同的实施例，这些实施例可以根据这样的电压发生器电路的应用和/或其中实现了这样的电压发生器电路的系统的体系结构来组合。这样的电压发生器电路可以包括第一补偿电容器，位于输出电压节点和所述晶体管的控制端子之间；第二补偿电容器，位于所述晶体管的导通端与控制端之间，其中，第一和第二补偿电容器被配置为在输出节点处的电压调节期间在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性。这样的电压发生器电路可以包括偏置晶体管的电流镜电路；输出晶体管，由电流镜驱动，并耦合以调节输出节点上温度稳定的输出电压。
在各种实施方案中，一种电压产生方法包括：基于晶体管之间电流密度的差异产生具有第一符号温度系数的第一电压；产生具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反；和提供彼此串联的第一电压和第二电压以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
在各种实施方案中，提供一种电压产生方法，包括：基于晶体管之间电流密度的差异产生具有第一符号温度系数的第一电压；产生具有第二符号温度系数的第二电压，所述第二符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反；产生具有第三符号温度系数的第三电压，所述第三符号温度系数和第一符号温度系数的符号相反，其中从独立可调的温度相关和温度稳定组件产生第三电压；和提供第一电压、第二电压和第三电压彼此串联以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
根据本文的教导，以下是电压发生器电路的示例实施例。
示例电压发生器电路1可包括：电路回路，具有晶体管和第一电阻器，其中所述第一电阻器耦合到所述晶体管的第一晶体管，并且被布置为使得在操作中，通过所述第一电阻器的电流具有第一符号温度系数；输出晶体管，耦合到所述电压发生器电路的输出节点；和通过第二电阻器耦合到所述输出晶体管的晶体管，该晶体管耦合到所述第一晶体管，所述晶体管的尺寸使得在操作中，所述晶体管的电压具有第二符号温度系数，所述第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
示例电压发生器电路2可包括示例电压发生器电路1的特征并且可包括：所述回路的晶体管的晶体管结构与所述第一晶体管耦合，其中所述第一晶体管的结构的电流密度与所述晶体管结构不同，以通过第一电阻器提供具有所述第一符号温度系数的电流。
示例电压发生器电路3可包括前述示例电压发生器电路中任一项的特征并且可包括：耦合在所述晶体管和所述第二电阻器之间的第二晶体管。
示例电压发生器电路4可包括前述示例电压发生器电路中任一项的特征并且可包括：修整组件，修整组件包括结构为可变电阻器的第二电阻器。
示例电压发生器电路5可包括前述示例电压发生器电路中任一项的特征并且可包括：修整组件，修整组件包括：结构为可变电阻器的第二电阻器；第三电阻器，耦合在所述输出晶体管和所述第二电阻器之间，所述第三电阻器结构为可变电阻器；和用于修整的第二晶体管，耦合到将所述第三电阻器耦合到所述第二电阻器的节点，使得在操作中，恒定温度系数的电流流过所述第二晶体管进入所述第三电阻器。
示例电压发生器电路6可包括前述示例系统中任一项的特征并且可包括：耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的电容器。
示例电压发生器电路7可包括前述示例系统中任一项的特征并且可包括：第一电容器，耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间；和第二电容器，耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间。
示例电压发生器电路8可包括前述示例系统中任一项的特征并且可包括：所述第一电容器通过第三电阻器耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间，并且所述第二电容器通过第四电阻器耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间。
示例电压发生器电路9可包括：构件，用于基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和构件，用于产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
示例电压发生器电路10可包括示例电压发生器电路9的特征并且可包括：构件，用于使用结构为可变电阻器的第二电阻器来补偿过程和零件之间的变化。
示例电压发生器电路11可包括前述示例电压发生器电路9和10中任一项的特征并且可包括：构件，用于在所述输出节点处将温度系数调整与绝对电压调整解耦。
示例电压发生器电路12可包括前述示例电压发生器电路9-11中任一项的特征并且可包括：构件，用于稳定输出电压。
示例电压发生器电路13可包括前述示例电压发生器电路9-12中任一项的特征并且可包括：构件，用于在所述输出节点的电压调节期间，在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性。
示例电压产生方法1可包括：基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
示例电压产生方法2可包括示例电压产生方法1的特征并且可包括：通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数包括使用耦合到所述第一晶体管的晶体管结构，其中所述第一晶体管的结构为具有与晶体管结构不同的电流密度。
示例电压产生方法3可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：基于耦合在所述晶体管和所述第二电阻器之间的第二晶体管来提供输出电压的电平。
示例电压产生方法4可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：使用结构为可变电阻器的第二电阻器来补偿过程和零件之间的变化。
示例电压产生方法5可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：独立调整结构为可变电阻器的第二电阻器以及耦合在所述输出晶体管和所述第二电阻器之间的第三电阻器，所述第三电阻器结构为可变电阻器，以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
示例电压产生方法6可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：提供恒定温度系数的电流以流过第二晶体管进入第三电阻器，所述第二晶体管耦合到将所述第三电阻器耦合到所述第二电阻器的节点.
示例电压产生方法7可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：使用耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的电容器来稳定输出电压。
示例电压产生方法8可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：使用耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的第一电容器以及耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间的第二电容器来在所述输出节点的电压调节期间，在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性.
示例电压产生方法9可包括前述示例电压产生方法中任一项的特征并且可包括：执行与示例电压发生器电路1-13的任何特征以及与本文的附图相关联的示例电压发生器电路的任何特征相关的功能。
上面的详细描述参考附图，该附图以说明而非限制的方式示出了可以实践的各种实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践这些以及其他实施例。可以利用其他实施例，并且可以对这些实施例进行结构、逻辑、机械和电气上的改变。各个实施例不必互相排斥，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例结合以形成新的实施例。因此，以上详细描述不应被视为限制性的。
尽管这里已经图示和描述了特定的实施例，但是本领域的普通技术人员将意识到，可以将为实现相同目的而设计的任何布置替换为所示的特定实施例。各种实施例使用本文描述的实施例的排列和/或组合。应当理解，以上描述旨在说明而非限制，并且本文采用的措词或术语是出于描述的目的。

Claims (20)

1.电压发生器电路，包括：
电路回路，具有晶体管和第一电阻器，其中所述第一电阻器耦合到所述晶体管的第一晶体管，并且被布置为使得在操作中，通过所述第一电阻器的电流具有第一符号温度系数；
输出晶体管，耦合到所述电压发生器电路的输出节点；和
通过第二电阻器耦合到所述输出晶体管的晶体管，该晶体管耦合到所述第一晶体管，所述晶体管的尺寸使得在操作中，所述晶体管的电压具有第二符号温度系数，所述第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
2.权利要求1所述的电压发生器电路，其中所述回路的晶体管的晶体管结构与所述第一晶体管耦合，其中所述第一晶体管的结构的电流密度与所述晶体管结构不同，以通过第一电阻器提供具有所述第一符号温度系数的电流。
3.权利要求2所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括耦合在所述晶体管和所述第二电阻器之间的第二晶体管。
4.权利要求2所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括修整组件，该修整组件包括结构为可变电阻器的第二电阻器。
5.权利要求2所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括修整组件，所述修整组件包括：
结构为可变电阻器的第二电阻器；
第三电阻器，耦合在所述输出晶体管和所述第二电阻器之间，所述第三电阻器结构为可变电阻器；和
第二晶体管，耦合到将所述第三电阻器耦合到所述第二电阻器的节点，使得在操作中，恒定温度系数的电流流过所述第二晶体管进入所述第三电阻器。
6.权利要求1所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的电容器。
7.权利要求1所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括:
第一电容器，耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间；和
第二电容器，耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间。
8.权利要求7所述的电压发生器电路，其中所述第一电容器通过第三电阻器耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间，并且所述第二电容器通过第四电阻器耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间。
9.一种电压产生方法，包括：
基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和
产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
10.权利要求9所述的电压产生方法，其中通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数包括使用耦合到所述第一晶体管的晶体管结构，其中所述第一晶体管的结构为具有与晶体管结构不同的电流密度。
11.权利要求10所述的电压产生方法，其中该方法包括基于耦合在所述晶体管和所述第二电阻器之间的第二晶体管来提供输出电压的电平。
12.权利要求10所述的电压产生方法，其中该方法包括使用结构为可变电阻器的第二电阻器来补偿过程和零件之间的变化。
13.权利要求10所述的电压产生方法，其中该方法包括独立调整结构为可变电阻器的第二电阻器以及耦合在所述输出晶体管和所述第二电阻器之间的第三电阻器，所述第三电阻器结构为可变电阻器，以在输出节点处产生温度稳定的输出电压。
14.权利要求13所述的电压产生方法，其中该方法包括提供恒定温度系数的电流以流过第二晶体管进入第三电阻器，所述第二晶体管耦合到将所述第三电阻器耦合到所述第二电阻器的节点。
15.权利要求9所述的电压产生方法，其中该方法包括使用耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的电容器来稳定输出电压。
16.权利要求9所述的电压产生方法，其中该方法包括使用耦合在所述输出节点和所述第一晶体管之间的第一电容器以及耦合在所述输出晶体管和所述第一晶体管之间的第二电容器来在所述输出节点的电压调节期间，在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性。
17.电压发生器电路，包括：
构件，用于基于电路回路中晶体管之间电流密度的差异，通过第一电阻器产生电流以具有第一符号温度系数；和
构件，用于产生通过第二电阻器耦合到输出晶体管的晶体管的电压，该晶体管的尺寸为使得该电压具有第二符号温度系数，该第二符号温度系数的符号与所述第一符号温度系数相反，其中所述电路回路的晶体管、输出晶体管、耦合到所述输出晶体管的晶体管、所述第一电阻器和所述第二电阻器的尺寸为在具有基本上平坦的温度系数的输出节点处提供输出电压。
18.权利要求17所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括构件，用于使用结构为可变电阻器的第二电阻器来补偿过程和零件之间的变化。
19.权利要求17所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括构件，用于在所述输出节点处将温度系数调整与绝对电压调整解耦。
20.权利要求17所述的电压发生器电路，其中所述电压发生器电路包括构件，用于在所述输出节点的电压调节期间，在负载电流和负载阻抗上提供无条件的稳定性。
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