CN114375432A - 稳压器、图像传感器和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种稳压器电路、图像传感器和方法。稳压器电路包括电源端子(401，501、701)和接地端子(402、602)，以及耦合在电源端子(401，501，701)和接地端子(402、602)之间的差分放大器(110、310、410、510、610、710)。稳压器电路还包括输出晶体管(120、320、420、520、620、720)，其包括耦合到差分放大器(110、310、410、510、610、710)的输出节点以接收栅极电压并在输出晶体管(120、320、420、520、620、720)的输出节点处提供经调节的输出电压的栅极节点。差分放大器(110、310、410、510、610、710)被配置为基于参考电压和经调节的输出电压之间的差值来提供栅极电压。稳压器还包括耦合在差分放大器(110、310、410、510、610、710)中的虚拟接地节点与电源端子(401,501、701)或接地端子(402、602)之间的补偿电容和差分放大器(110、310、410、510、610、710)中的虚拟接地节点。

Description

稳压器、图像传感器和方法

背景技术

稳压器、特别是线性稳压器是用于维持稳定电压的器件。低压差或LDO稳压器是一种DC线性稳压器，即使在电源电压非常接近输出电压时也能调节输出电压。这种稳压器具有广泛的适用性。例如，稳压器可以与模数转换器(ADC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他高性能/高功率产品一起使用。即使到稳压器中的输入电压接近输出电压的情况下，稳压器也可以向这些高性能/高功率产品的一个或多个组件提供干净的(例如，平稳的)输出电压。

用于测量线性稳压器性能的参数是PSRR(电源抑制比、电源纹波抑制或电源纹波抑制比)。PSRR描述了线性稳压器避免耦合到LDO输出的不期望的电源噪声/干扰的能力。对于具有合理功耗的LDO，很难在宽频率范围内实现高PSRR。在具有高PSRR的线性稳压器中，电源噪声和干扰不会耦合到敏感输出，以为电路提供无噪声电源。

发明内容

如上所述，高PSRR在包括LDO稳压器的线性稳压器中是期望的。维持PSRR的传统方法通常涉及宽带宽和高增益。然而，这些方法需要大型器件和高功耗。在本发明的实施例中，使用如本文所述的插入到适当位置中的补偿电容，可以实现PSRR的显著提高，而无需大器件尺寸和高功耗。

根据本发明的一些实施例，线性稳压器电路包括电源端子和接地端子；以及差分放大器，耦合在所述电源端子和所述接地端子之间。差分放大器被配置为放大参考电压和经调节的输出电压之间的差值。所述差分放大器包括耦合在电源端子和接地端子之间的一对输入晶体管、一对偏置晶体管和一对电流镜晶体管。所述差分放大器还包括偏置电压，耦合到所述一对偏置晶体管中的每一个偏置晶体管的栅极节点；和虚拟接地节点，位于所述一对偏置晶体管中的一个偏置晶体管的源极节点处。线性稳压器还包括输出晶体管，其包括耦合到差分放大器的栅极节点、耦合到电源端子的源极节点和提供经调节的输出电压的漏极节点。线性稳压器还包括补偿电容器，耦合在电源端子和差分放大器中的虚拟接地节点之间以在电源端子和输出晶体管的栅极节点之间提供电流，以减少耦合到栅极节点的、降低了所述线性稳压器的PSRR(电源抑制比)的电容的影响。

在上述稳压器的一些实施例中，所述一对输入晶体管包括用于接收经调节的输出电压的样本的第一晶体管和用于接收参考电压的第二晶体管。所述一对偏置晶体管包括耦合在所述一对输入晶体管和所述一对电流镜晶体管之间的第三晶体管和第四晶体管。所述偏置电压耦合到第三晶体管和第四晶体管的相应栅极节点。所述一对电流镜晶体管包括第五晶体管和第六晶体管，其各自的栅极节点耦合在一起并耦合到所述第五晶体管的漏极节点。所述虚拟接地节点位于第三晶体管或第四晶体管的源极节点处。

在一些实施例中，第一、第二、第三和第四晶体管是N沟道晶体管，并且第五和第六晶体管是P沟道晶体管。

在一些实施例中，输出晶体管是P沟道晶体管，并且在输出晶体管的漏极节点处提供经调节的输出电压。

在一些实施例中，输出晶体管是N沟道晶体管，并且经调节的输出电压被提供到输出晶体管的源极节点。

根据本发明的一些实施例，稳压器电路包括电源端子和接地端子，以及耦合在电源端子和接地端子之间的差分放大器。稳压器电路还包括输出晶体管，其包括耦合到差分放大器的输出节点以接收栅极电压并在输出晶体管的输出节点处提供经调节的输出电压的栅极节点。差分放大器被配置为基于参考电压和经调节的输出电压之间的差值来提供栅极电压。稳压器还包括耦合在虚拟接地节点与电源端子或接地端子与差分放大器中的虚拟接地节点之间的补偿电容。

在上述稳压器的一些实施例中，补偿电容被配置为减少降低了PSRR(电源抑制比)的电容的影响。

在一些实施例中，差分放大器包括耦合在电源端子和接地端子之间的一对输入晶体管、一对偏置晶体管和一对电流镜晶体管。偏置电压耦合到该对偏置晶体管中的每一个的栅极节点，并且虚拟接地节点位于该对偏置晶体管中的一个的源极节点处。

在一些实施例中，一对输入晶体管包括用于接收经调节的输出电压的样本的第一晶体管和用于接收参考电压的第二晶体管。一对偏置晶体管包括耦合在一对输入晶体管和一对电流镜晶体管之间的第三晶体管和第四晶体管。偏置电压耦合到第三及第四晶体管的各自的栅极节点。该对电流镜晶体管包括第五晶体管和第六晶体管，它们各自的栅极节点耦合在一起并耦合到第五晶体管的漏极节点。虚拟接地节点位于第三或第四晶体管的源极节点处。

在一些实施例中，补偿电容耦合在电源端子和虚拟接地节点之间。在一些实施例中，第一、第二、第三和第四晶体管是N沟道晶体管；并且第五和第六晶体管是P沟道晶体管。

在一些实施例中，输出晶体管是P沟道晶体管，并且输出节点是输出晶体管的漏极节点。

在一些实施例中，输出晶体管是N沟道晶体管，并且输出节点是输出晶体管的源极节点。

在一些实施例中，输出晶体管是N沟道晶体管，并且输出节点是N沟道晶体管的漏极节点。

在一些实施例中，补偿电容耦合在接地端子和虚拟接地节点之间。在一些实施例中，第一、第二、第三和第四晶体管是P沟道晶体管，而第五和第六晶体管是N沟道晶体管。

根据本发明的一些实施例，一种方法包括提供具有耦合到输出晶体管的栅极节点的差分放大器的稳压器，以及在稳压器中提供虚拟接地节点。该方法还包括确定电源端子和虚拟接地节点之间的补偿电容器的最佳电容值，以提高稳压器的PSRR(电源抑制比)。该方法还包括在电源端子和差分放大器中的虚拟接地节点之间耦合具有最佳电容值的补偿电容器。

在一些实施例中，该方法还包括使用具有补偿电容器的稳压器来执行电压调节。

在一些实施例中，差分放大器包括耦合在电源端子和接地端子之间的一对输入晶体管、一对偏置晶体管和一对电流镜晶体管。偏置电压耦合到该对偏置晶体管中的每一个的栅极节点，并且虚拟接地节点位于该对偏置晶体管中的一个的源极节点处。

在一些实施例中，确定电容值包括使用电路仿真技术来确定最佳电容值。

附图说明

可以通过参考以下附图来实现对本发明的本质和优点的进一步理解。在附图中，相似的组件或特征可以具有相同的参考标记。此外，相同类型的各种组件可以通过在参考标记之后附上对相似组件之间进行区分的第二标记来区分。如果在说明书中仅使用了第一参考标记，则该描述可适用于具有相同第一参考标记的任何一个相似组件，而与第二参考标记无关。

图1是示出根据本发明一些实施例的低压差稳压器(LDO)的示例的简化示意图；

图2是示出根据本发明一些实施例的具有栅源电容的LDO的简化示意图；

图3是示出根据本发明一些实施例的具有提高的PSRR的线性稳压器的简化示意图；

图4是示出根据本发明一些实施例的低压差稳压器(LDO)的简化示意图；

图5是示出根据本发明一些实施例的另一低压差稳压器(LDO)的简化示意图；

图6是示出根据本发明一些实施例的又一低压差稳压器(LDO)的简化示意图；

图7是示出根据本发明一些实施例的稳压器的简化示意图；和

图8是示出根据本发明一些实施例的分布式稳压器结构的方法的简化流程图。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对某些发明实施例的透彻理解。然而，显然可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。附图和描述并非旨在是限制性的。在本文中词语“示例性”用于表示“作为示例、实例或说明”。本文被描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为优选于或优于其他实施例或设计。

尽管本公开可以参考基于MOSFET的LDO，但将本文的技术应用于不同配置的稳压器在本公开的范围内，不同配置的稳压器包括双极结晶体管(BJT)LDO、BJT开关晶体管等。

图1是示出根据本发明的一些实施例的低压差稳压器(LDO)的示例的简化示意图。低压差或LDO稳压器是一种DC线性稳压器，其可以调节输出电压。LDO稳压器的主要组件可以包括差分放大器和输出晶体管。图1示出了LDO 100的示例，其中差分放大器110可以是误差放大器，并且输出晶体管120可以是功率FET(场效应晶体管)。差分放大器110被配置为放大参考电压Vref和由电阻器R1和R2形成的分压器所采样的经调节的输出电压Vout之间的差值。差分放大器110的输出耦合到输出晶体管120的栅极节点122。经调节的输出电压Vout在输出晶体管120的输出节点124处被获得。栅极节点122处的栅极电压在图1中被指定为Vg。图1还示出了向LDO 100提供操作功率的电源Vdd。负载器件130接收由LDO 100提供的功率。

图1中所示的低压差稳压器(LDO)是用于维持稳定电压的电子电路中的线性稳压器的示例。如图1所示，差分放大器110的一个输入监视输出Vout，而差分放大器110的第二输入接收控制信号，其在这种情况下为参考电压Vref。如果输出电压相对于参考电压上升太高，则对功率FET的驱动发生变化以保持恒定的输出电压。

图1中的LDO 100具有漏极开路拓扑。输出晶体管120是P沟道MOS(金属氧化物半导体)晶体管，也称为PMOS晶体管，其中源极节点126耦合到电源Vdd，并且漏极节点124用作输出节点，负载器件附接到该输出节点。在这种拓扑中，输出晶体管120可以容易地利用稳压器可用的电压而被驱动到饱和状态。这允许从未经调节电压Vdd到经调节电压Vout的电压降与晶体管两端的饱和电压一样低。

图2是示出根据本发明一些实施例的具有栅源电容的LDO的简化示意图。如图2所示，LDO 200类似于图1的LDO 100。因此，相似的组件用相同的参考数字来标记。一个区别是图2示出了耦合在栅极节点和漏极节点之间的电容Cc。电容Cc可以表示晶体管120的内置栅漏重叠电容或添加到电路中以提高稳定性的密勒电容器。

这些电容可以增加输出晶体管120的输入电容并且降低电路的PSRR。在中高频范围内，尤其是在高于反馈回路的单位增益带宽的频率下，PSRR降低可能是由于从功率晶体管栅极Vg到其他低阻抗节点的不期望的电容耦合。例如，当Vdd上升或下降时，由于从电容Cc汲取的电流，栅极电压Vg不能完全跟随Vdd。因此，AC电流(其等于跨导gm乘以栅源电压Vgs)被注入到Vout并降低了PSRR性能。在此示例中，Cc只是不期望的电容耦合的示例。其他不期望的电容耦合包括耦合到偏置电压或接地等的那些，这也会降低PSRR。

图3是示出根据本发明一些实施例的具有改进的PSRR的线性稳压器的简化示意图。如图3所示，LDO 300类似于图1的LDO 100。LDO 300是低压差(LDO)线性稳压器电路，包括电源端子和接地端子。LDO 300还包括耦合在电源端子和接地端子之间的差分放大器310。输出晶体管320包括栅极节点321，其耦合到差分放大器310的输出节点以接收栅极电压Vg并在输出晶体管的输出节点324处提供经调节的输出电压Vout。差分放大器310被配置为基于参考电压Vref和经调节的输出电压Vout之间的差值来提供栅极电压Vg。图3还示出了负载器件330。

图3中的LDO 300和图1中的LDO 100之间的一个区别是图3中的LDO300包括补偿电容Cpsr，其耦合在电源电压Vdd和差分放大器310中的虚拟接地节点312之间，以向输出晶体管的栅极节点提供电流以提高PSRR(电源抑制比)。补偿电容Cpsr被配置为向输出晶体管的栅极节点提供电流以提高电路的PSRR(电源抑制比)。

虚拟接地节点312是具有非常低阻抗的电路节点，其允许到栅极节点321的电流变化，同时保持基本恒定的电压。作为示例，虚拟接地节点可以位于具有恒定栅极偏置电压的MOS晶体管的源极节点处。MOS晶体管的漏极节点耦合到恒流源和输出晶体管320的栅极节点321。在一些实施例中，恒流源可以由差分放大器中的电流镜提供，如关于图4-7更详细描述的。可替选地，恒流源可以由差分放大器外部的单独电流源提供。

图4是示出根据本发明一些实施例的低压差稳压器(LDO)的简化示意图。在图4中，稳压器400是低压差稳压器(LDO)。LDO 400具有耦合到电源电压Vdd的第一电源端子401和耦合到接地GND的第二电源端子402。

如图4所示，LDO 400具有差分放大器410和输出晶体管420。LDO 400包括一对输入晶体管M1和M2、一对偏置晶体管M3和M4、以及耦合在电源端子401和接地端子402之间的一对电流镜晶体管M5和M6，偏置电压Vbc耦合到偏置晶体管对M3、M4和M7中的每一个的栅极节点。

如图4所示，LDO 400还具有用于Ahuja密勒补偿以用于回路稳定性的电路470。电路470包括晶体管M7、电容器Cc、电流源和提供电流I1的电流吸收器。偏置电压Vbc耦合到有源区中的NMOS晶体管，以增加反馈回路的增益，并与电容器Cc、电流源和提供电流I1的电流吸收器一起实施Ahuja密勒补偿以用于回路稳定性。

差分放大器410包括在第一晶体管Ml的栅极节点处的第一输入411，用于通过由电阻器Rl和R2组成的分压器在输出节点424处接收LDO输出电压Vout的样本。差分放大器410还包括在第二晶体管M2的栅极节点处的第二输入412，用于接收参考电压Vref，其可以例如通过带隙参考电路(未示出)被提供。第一和第二晶体管M1和M2通过提供电流I0的电流吸收器在电源端子402处耦合到接地GND。差分放大器410还包括由两个晶体管M5和M6组成的电流镜。电流镜M5和M6在电源端子401处耦合到Vdd。如图4所示，差分放大器410还包括设置在晶体管M1和M5之间的晶体管M3，以及设置在晶体管M2和M6之间的晶体管M4。晶体管M5和M6的栅极节点耦合在一起，并且这些栅极节点耦合到晶体管M3和M5之间的节点413以形成电流镜。在晶体管M4和M6之间的节点424处提供差分放大器410的输出节点。

在图4的示例中，晶体管M1、M2、M3和M4是N沟道晶体管或NMOS晶体管。晶体管M5和M6是P沟道晶体管。因此，节点413耦合到P沟道晶体管M5的漏极节点和N沟道晶体管M3的漏极节点。节点414耦合到P沟道晶体管M6的漏极节点和N沟道晶体管M4的漏极节点。

如图4所示，晶体管M3和M4的栅极节点耦合到偏置电压Vbc。因此，晶体管M4的源极节点处的节点416处于低于偏置电压Vbc的栅源电压Vgs并且表现得像虚拟接地节点。可替选地，虚拟接地节点可以位于晶体管M3的源极节点。

在图4的示例中，输出晶体管420是P沟道MOS晶体管M8(420)，其源极节点耦合到电源Vdd，栅极节点422处于栅极电压Vg。晶体管M8(420)的栅极节点422耦合到差分放大器410的输出节点414。输出节点424是晶体管420的漏极节点，并且也是LDO 400的输出节点。LDO400的负载由负载电容器CL和负载电流IL表示。

在图4中，电容C2表示晶体管M8中的内置栅漏重叠电容，这会导致LDO 400的PSRR降低。例如，当Vdd上升或下降时，PMOS栅极Vg由于从电容C2汲取的电流而不能完全跟随Vdd。因此，AC电流(gm2*Vgs)被注入到Vout并降低了PSRR性能。在高频下，C2的阻抗较低，并且导致PSRR变差。在此示例中，C2只是不期望的电容耦合的一个示例。其他不期望的电容耦合包括耦合到Vbc、接地等的那些。例如，电容CC表示密勒补偿电容器，其也可能导致LDO400的PSRR降低。此外，可以存在与输出晶体管M8的栅极节点422相关联的寄生的或被设计的其他电容，其可以干扰输出晶体管M8的栅极节点422处的栅极电压Vg跟随电源电压Vdd的变化的能力。这些电容可以包括Vg和Vbc之间、Vg到接地或低阻抗节点之间的电容等。这些电容也可以导致LDO 400的PSRR降低。

在本发明的实施例中，引入补偿电容以减少降低了LDO 400的PSRR的电容。如图4所示，补偿电容器Cpsr耦合在电源端子401和差分放大器中的虚拟接地节点416之间，以在电源端子和输出晶体管的栅极节点之间提供电流路径，以减少降低了LDO的PSRR的电容的影响。例如，如果Vdd下降，Cpsr会导致额外的电流从Vdd流向Vg，以减少不期望的电容对PSRR的影响。

在一些实施例中，补偿电容的电容值可以通过电路仿真或手工计算来确定。例如，对于补偿电容在不同频率下的不同电容值，可以通过电路仿真或手工计算来确定PSRR。可以选择补偿电容的电容值，该值在期望的频率下提供最大的PSRR改进。

为了确认补偿电容的有效性，进行了电路仿真研究。在大约10MHz下在大约3nF的最佳补偿电容值下，可以实现大约25db的PSRR改进。在电路实施方式中，组件失配可以阻碍光学值的实现。然而，即使比最佳电容低约25％的补偿电容值，仍可以实现PSRR提高12db。

图5是示出根据本发明的一些实施例的另一低压差稳压器(LDO)的简化示意图。如图5所示，稳压器500是低压差稳压器(LDO)。LDO 500具有耦合到电源电压Vdd的第一电源端子501和耦合到接地GND的第二电源端子502。

如图5所示，LDO 500具有差分放大器510和输出晶体管520。差分放大器510包括在第一晶体管Ml的栅极节点处的第一输入511，用于通过由电阻器Rl和R2组成的分压器在输出节点524处接收LDO输出电压Vout的样本。差分放大器510还包括在第二晶体管M2的栅极节点处的第二输入512，用于接收参考电压Vref，其可以通过带隙参考电路(未示出)被提供。晶体管M1和M2通过提供电流I0的电流吸收器在电源端子502处耦合到接地GND。差分放大器510还包括由两个晶体管M5和M6组成的电流镜。电流镜M5和M6在电源端子501处耦合到Vdd。如图5所示，差分放大器510还包括设置在晶体管M1和M5之间的晶体管M3，以及设置在晶体管M2和M6之间的晶体管M4。晶体管M5和M6的栅极节点耦合在一起，并且这些栅极节点耦合到晶体管M3和M5之间的节点513以形成电流镜。在晶体管M4和M6之间的节点514处提供差分放大器510的输出节点。

在图5的示例中，晶体管M1、M2、M3和M4是N沟道晶体管或NMOS晶体管。晶体管M5和M6是P沟道晶体管。因此，节点513耦合到P沟道晶体管M5的漏极节点和N沟道晶体管M3的漏极节点。节点514耦合到P沟道晶体管M6的漏极节点和N沟道晶体管M4的漏极节点。

如图5所示，晶体管M3和M4的栅极节点耦合到偏置电压Vbc。因此，晶体管M4的源极节点处的节点516处于低于偏置电压Vbc的栅源电压Vgs并且表现得像虚拟接地节点。

在图5的示例中，输出晶体管520是P沟道MOS晶体管M8(520)，其源极节点耦合到电源Vdd，栅极节点522处于栅极电压Vg。晶体管M8(520)的栅极节点522耦合到差分放大器510的输出节点514。输出节点524是晶体管520的漏极节点，并且也是LDO 500的输出节点。LDO500的负载由负载电容器CL和负载电流IL表示。

在图5中，电容CC表示密勒补偿电容器，其也可以导致LDO 500的PSRR降低，类似于图4中的电容C2。此外，可以存在与输出晶体管M8的栅极节点522相关联的寄生的或被设计的其他电容，其可以干扰输出晶体管M8的栅极节点522处的栅极电压Vg跟随电源电压Vdd的变化的能力。这些电容可以包括Vg和Vbc之间、Vg到接地或低阻抗节点之间的电容等。这些电容也可以导致LDO 500的PSRR降低。

在本发明的实施例中，引入补偿电容以减少降低了LDO 500的PSRR的电容。如图5所示，补偿电容器Cpsr耦合在电源端子501和差分放大器中的虚拟接地节点516之间，以在电源端子和输出晶体管的栅极节点之间提供电流路径，以减少降低了LDO的PSRR的电容的影响。例如，如果Vdd下降，Cpsr会导致额外的电流从Vdd流向Vg，以减少不期望的电容对PSRR的影响。

在一些实施例中，补偿电容的电容值可以通过电路仿真或手工计算来确定。例如，对于补偿电容在不同频率下的不同电容值，可以通过电路仿真或手工计算来确定PSRR。可以选择补偿电容的电容值，该值在期望的频率下提供最大的PSRR改进。

图6是示出根据本发明一些实施例的又一低压差稳压器(LDO)的简化示意图。在6中，稳压器600是低压差稳压器(LDO)。LDO 500具有耦合到电源电压Vdd的第一电源端子501和耦合到接地GND的第二电源端子502。LDO 600类似于图5中的LDO 500。一个不同之处在于LDO 600具有N沟道晶体管作为输出晶体管，并且电路拓扑是图5中LDO 500的N沟道版本。

如图6所示，LDO 600具有差分放大器610和输出晶体管620。差分放大器610包括在第一晶体管Ml的栅极节点处的第一输入611，用于通过由电阻器Rl和R2组成的分压器在输出节点624处接收LDO输出电压Vout的样本。差分放大器610还包括在第二晶体管M2的栅极节点处的第二输入612，用于接收参考电压Vref，其可以通过带隙参考电路(未示出)被提供。晶体管M1和M2通过提供电流I0的电流源在电源端子601处耦合到电源Vdd。差分放大器610还包括由两个晶体管M5和M6组成的电流镜。电流镜M5和M6在电源端子602处耦合到接地节点GND。如图6所示，差分放大器610还包括设置在晶体管M1和M5之间的晶体管M3，以及设置在晶体管M2和M6之间的晶体管M4。晶体管M5和M6的栅极节点耦合在一起，并且这些栅极节点耦合到晶体管M3和M5之间的节点613以形成电流镜。在晶体管M4和M6之间的节点614处提供差分放大器610的输出节点。

在图6的示例中，晶体管M1、M2、M3和M4是P沟道晶体管或NMOS晶体管。晶体管M5和M6是N沟道晶体管。因此，节点613耦合到N沟道晶体管M5的漏极节点和P沟道晶体管M3的漏极节点。节点614耦合到N沟道晶体管M6的漏极节点和P沟道晶体管M4的漏极节点。

如图6所示，晶体管M3和M4的栅极节点耦合到偏置电压Vbc。因此，晶体管M4的源极节点处的节点616处于高于偏置电压Vbc的栅源电压Vgs并且表现得像虚拟接地节点，类似于图1和2中的虚拟接地节点。

在图6的示例中，输出晶体管620是N沟道MOS晶体管M8(520)，其源极节点耦合到接地GND，并且栅极节点622处于栅极电压Vg。晶体管M8(520)的栅极节点622耦合到差分放大器610的输出节点614。输出节点624是晶体管620的漏极节点，并且也是LDO 600的输出节点。节点624通过提供电流IL的电流源而耦合到电源Vdd。LDO 600的负载由负载电容器CL表示。

在图6中，电容CC表示密勒补偿电容器，其也可以导致LDO 600的PSRR降低，类似于图5中的电容CC。此外，可以存在与输出晶体管M8的栅极节点622相关联的寄生的或被设计的其他电容，其可以干扰输出晶体管M8的栅极节点622处的栅极电压Vg跟随电源电压Vdd的变化的能力。这些电容可以包括Vg和Vbc之间、Vg到接地或低阻抗节点之间的电容等。这些电容也可以导致LDO 600的PSRR降低。

在本发明的实施例中，引入补偿电容以减少降低了LDO 600的PSRR的电容。如图6所示，补偿电容器Cpsr耦合在电源端子601和差分放大器中的虚拟接地节点616之间，以在电源端子和输出晶体管的栅极节点之间提供电流路径，以减少降低了LDO的PSRR的电容的影响。

在一些实施例中，补偿电容的电容值可以通过电路仿真或手工计算来确定。例如，对于补偿电容在不同频率下的不同电容值，可以通过电路仿真或手工计算来确定PSRR。可以选择补偿电容的电容值，该值在期望的频率下提供最大的PSRR改进。

图7是示出根据本发明一些实施例的稳压器的简化示意图。在图7中，稳压器700是具有N沟道晶体管作为输出晶体管的源极跟随器拓扑中的电压。稳压器700具有耦合到电源电压Vdd的第一电源端子701和耦合到接地GND的第二电源端子702。

如图7所示，稳压器700具有差分放大器710和输出晶体管720。差分放大器710包括在第一晶体管Ml的栅极节点处的第一输入712，用于通过由电阻器Rl和R2组成的分压器在输出节点724处接收LDO输出电压Vout的样本。差分放大器710还包括在第二晶体管M2的栅极节点处的第二输入711，用于接收参考电压Vref，其可以通过带隙参考电路(未示出)被提供。晶体管M1和M2通过提供电流I0的电流吸收器在电源端子702处耦合到接地GND。差分放大器710还包括由两个晶体管M5和M6组成的电流镜。电流镜M5和M6在电源端子701处耦合到Vdd。如图7所示，差分放大器710还包括设置在晶体管M1和M5之间的晶体管M3，以及设置在晶体管M2和M6之间的晶体管M4。晶体管M5和M6的栅极节点耦合在一起，并且这些栅极节点耦合到晶体管M3和M5之间的节点713以形成电流镜。在晶体管M4和M6之间的节点724处提供差分放大器710的输出节点。

在图7的示例中，晶体管M1、M2、M3和M4是N沟道晶体管或NMOS晶体管。晶体管M5和M6是P沟道晶体管或PMOS晶体管。因此，节点713耦合到P沟道晶体管M5的漏极节点和N沟道晶体管M3的漏极节点。节点714耦合到P沟道晶体管M6的漏极节点和N沟道晶体管M4的漏极节点。

如图7所示，晶体管M3和M4的栅极节点耦合到偏置电压Vbc。因此，晶体管M3的源极节点处的节点716处于低于偏置电压Vbc的栅源电压Vgs并且表现得像虚拟接地节点，类似于图4-6中的虚拟接地节点。

在图7的示例中，输出晶体管720是N沟道MOS晶体管M8(720)，其漏极节点耦合到电源Vdd，栅极节点722处于栅极电压Vg。晶体管M8(720)的栅极节点722耦合到差分放大器710的输出节点714。输出节点724是晶体管720的漏极节点，并且在源极跟随器配置中也是稳压器700的输出节点。稳压器700的负载由负载电容器CL和负载电流IL表示。

在图7中，电容CC表示密勒补偿电容器，其也可以导致稳压器700的PSRR降低，类似于图4中的电容CC。此外，可以存在与输出晶体管M8的栅极节点722相关联的寄生的或被设计的其他电容，其可以干扰输出晶体管M8的栅极节点722处的栅极电压Vg跟随电源电压Vdd的变化的能力。这些电容可以包括Vg和Vbc之间、Vg到接地或低阻抗节点之间的电容等。这些电容也可以导致稳压器700的PSRR降低。

在本发明的实施例中，引入补偿电容以减少降低了稳压器700的PSRR的电容。如图7所示，补偿电容器Cpsr耦合在电源端子701和差分放大器中的虚拟接地节点716之间，以在电源端子和输出晶体管的栅极节点之间提供电流路径，以减少降低了稳压器的PSRR的电容的影响。

在一些实施例中，补偿电容的电容值可以通过电路仿真或手工计算来确定。例如，对于补偿电容在不同频率下的不同电容值，可以通过电路仿真或手工计算来确定PSRR。可以选择补偿电容的电容值，该值在期望的频率下提供最大的PSRR改进。

在一些实施例中，以上结合图1-7描述的稳压器电路可用于CMOS图像传感器。例如，图像传感器可以包括稳压器电路，其包括电源端子和接地端子以及耦合在电源端子和接地端子之间的差分放大器。稳压器电路还可以包括输出晶体管，包括耦合到差分放大器的输出节点以接收栅极电压并在输出晶体管的输出节点处提供经调节的输出电压的栅极节点，其中差分放大器被配置为基于参考电压和经调节的输出电压之间的差值来提供栅极电压。稳压器电路还可以包括耦合在虚拟接地节点和电源端子或接地端子之间的补偿电容，该补偿电容提供到输出晶体管的栅极节点的电流路径。

图8是示出根据本发明的一些实施例的用于分布式稳压器结构的方法的简化流程图。如图8的流程图所示，方法800可以概括如下：

过程810——提供具有耦合到输出晶体管的差分放大器的稳压器；

过程820——在差分放大器中提供虚拟接地节点；

过程830——确定输出晶体管的栅极节点与差分放大器中的虚拟接地节点之间的补偿电容器的电容值，以提高稳压器的PSRR；

过程840——在输出晶体管的栅极节点和差分放大器中的虚拟接地节点之间耦合具有所确定的电容值的补偿电容器；和

过程850——使用具有补偿电容的稳压器来执行电压调节。

在810，该方法包括提供具有耦合到输出晶体管的差分放大器的线性稳压器。线性稳压器的示例在上面结合图3-7进行了描述。差分放大器与输出晶体管在输出晶体管的栅极节点处耦合。稳压器在输出晶体管的输出节点处提供经调节的输出电压。

在820，该方法包括在差分放大器中提供虚拟接地节点。上文结合图3-7描述了各种线性稳压器中的虚拟接地的示例。

在830，该方法包括确定输出晶体管的栅极节点和差分放大器中的虚拟接地节点之间的补偿电容器的最佳电容值，以提高稳压器的PSRR。如上所述，可以使用电路仿真技术来确定最佳电容值。在某些情况下，电容值可以通过手工计算来确定。

在840，该方法包括在输出晶体管的栅极节点和差分放大器中的虚拟接地节点之间耦合具有最佳电容值的补偿电容器。

在850，该方法包括使用具有补偿电容的线性稳压器来执行电压调节。包括补偿电容的各种线性稳压器的示例在上面结合图3-7进行了描述。

本文阐述了许多具体细节以提供对要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，所要求保护的主题可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细描述普通技术人员已知的方法、装置或系统，以免混淆要求保护的主题。

尽管本主题已针对其特定实施例进行了详细描述，但应当理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地产生对这样的实施例的改变、变化和等同物。因此，应当理解，本公开是为了示例而不是限制的目的而呈现的，并且不排除包含对本主题的这样的修改、变化和/或添加，因为这些修改、变化和/或添加对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。实际上，本文描述的方法和系统可以以多种其他形式实施；此外，在不背离本公开的精神的情况下，可以进行以本文描述的方法和系统的形式的各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的此类形式或修改。

除非另有明确说明或在所使用的上下文中以其他方式理解的，本文所使用的条件性语言、诸如“可以”、“会”、“或许”、“可能”等一般旨在传达某些示例包括，而其他示例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件性语言通常并不旨在意味着一个或多个示例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个示例必须包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定是否这些特征、元素和/或步骤被包括或将在任何特定示例中执行的逻辑。

术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放式的方式包容性地使用，并且不排除附加的元素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包容性(而非排他性)使用，使得例如，当用于连接元素列表时，术语“或”表示列表中的元素的一个、一些或全部。本文使用的“适用于”或“配置为”是指开放和包容性的语言，其不排除适用于或配置为执行附加任务或步骤的设备。此外，“基于”的使用是指开放和包容，因为“基于”一个或多个列举的条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可以基于附加条件或超出所列举的值。同样，“至少部分基于”的使用是指开放和包容，因为“至少部分基于”一个或多个所列举的条件或值的过程、步骤、计算或其他行动实际上可以基于所列举的那些之外的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号仅是为了便于解释，并不旨在是限制性的。

上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合旨在落入本公开的范围内。此外，在一些实施例中可以省略某些方法或过程块。本文描述的方法和过程也不限于任何特定的顺序，并且与其相关的块或状态可以以其他适当的顺序来执行。例如，所描述的块或状态可以以除了具体公开的顺序之外的任何顺序执行，或者多个块或状态可以组合在单个块或状态中。示例块或状态可以串行、并行或以某种其他方式执行。可以将块或状态添加到所公开的示例中或从所公开的示例中移除。类似地，本文描述的示例系统和组件可以被配置为与所描述的不同。例如，与所公开的示例相比，元素可以被添加到其、从其移除或重新排列。

Claims (20)

1.一种线性稳压器电路，包括：

电源端子和接地端子；

差分放大器，耦合在所述电源端子和所述接地端子之间，其中所述差分放大器被配置为放大参考电压和经调节的输出电压之间的差值，其中所述差分放大器包括：

一对输入晶体管、一对偏置晶体管和一对电流镜晶体管；

所述一对偏置晶体管中的每一个偏置晶体管的栅极节点，其耦合到偏置电压；和

虚拟接地节点，在所述一对偏置晶体管中的一个偏置晶体管的源极节点处；

输出晶体管，包括耦合到所述差分放大器的栅极节点、耦合到所述电源端子的源极节点和提供经调节的输出电压的漏极节点；和

补偿电容器，耦合在所述电源端子和所述差分放大器中的所述虚拟接地节点之间以在所述电源端子和所述输出晶体管的栅极节点之间提供电流，以减少耦合到所述输出晶体管的栅极节点的、降低了所述线性稳压器的PSRR(电源抑制比)的电容的影响。

2.根据权利要求1所述的线性稳压器电路，其中：

所述一对输入晶体管包括用于接收经调节的输出电压的样本的第一晶体管和用于接收参考电压的第二晶体管；

所述一对偏置晶体管包括耦合在所述一对输入晶体管和所述一对电流镜晶体管之间的第三晶体管和第四晶体管，所述偏置电压耦合到所述第三晶体管和所述第四晶体管的相应栅极节点；和

所述一对电流镜晶体管包括第五晶体管和第六晶体管，其各自的栅极节点耦合在一起并耦合到所述第五晶体管的漏极节点；

其中，所述虚拟接地节点位于所述第三晶体管或所述第四晶体管的源极节点处。

3.根据权利要求2所述的线性稳压器电路，其中：

所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管是N沟道晶体管；和

所述第五晶体管和所述第六晶体管是P沟道晶体管。

4.根据权利要求3所述的线性稳压器电路，其中，所述输出晶体管是P沟道晶体管，并且经调节的输出电压在所述输出晶体管的漏极节点处被提供。

5.根据权利要求3所述的线性稳压器电路，其中，所述输出晶体管是N沟道晶体管，并且经调节的输出电压在所述输出晶体管的源极节点处被提供。

6.一种稳压器电路，包括：

电源端子和接地端子；

差分放大器，耦合在所述电源端子与所述接地端子之间；

输出晶体管，包括栅极节点，所述栅极节点耦合到所述差分放大器的输出节点以接收栅极电压并在所述输出晶体管的输出节点处提供经调节的输出电压，其中所述差分放大器被配置为基于参考电压和经调节的输出电压之间的差值来提供所述栅极电压；和

补偿电容，耦合在虚拟接地节点和所述电源端子或所述接地端子之间，所述补偿电容提供到所述输出晶体管的栅极节点的电流路径。

7.根据权利要求6所述的稳压器电路，其中，所述补偿电容被配置为减少降低了PSRR(电源抑制比)的电容的影响。

8.根据权利要求6所述的稳压器电路，其中：

所述差分放大器包括一对输入晶体管、一对偏置晶体管和一对电流镜晶体管；和

所述虚拟接地节点位于所述一对偏置晶体管中的一个偏置晶体管的源极节点处。

9.根据权利要求8所述的稳压器电路，其中：

所述一对输入晶体管包括用于接收经调节的输出电压的样本的第一晶体管和用于接收参考电压的第二晶体管；

所述一对偏置晶体管包括耦合在所述一对输入晶体管和所述一对电流镜晶体管之间的第三晶体管和第四晶体管，所述偏置电压耦合到所述第三晶体管和所述第四晶体管的相应栅极节点；

所述一对电流镜晶体管包括第五晶体管和第六晶体管，其各自的栅极节点耦合在一起并耦合到所述第五晶体管的漏极节点；

其中，所述虚拟接地节点位于所述第三晶体管或所述第四晶体管的源极节点处。

10.根据权利要求9所述的稳压器电路，其中，所述补偿电容耦合在电源端子和所述虚拟接地节点之间。

11.根据权利要求10所述的稳压器电路，其中：

所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管为是沟道晶体管；和

所述第五晶体管和所述第六晶体管是P沟道晶体管。

12.根据权利要求10所述的稳压器电路，其中，所述输出晶体管是P沟道晶体管，并且所述输出节点是所述输出晶体管的漏极节点。

13.根据权利要求10所述的稳压器电路，其中，所述输出晶体管是N沟道晶体管，并且所述输出节点是所述输出晶体管的源极节点。

14.根据权利要求9所述的稳压器电路，其中所述输出晶体管是N沟道晶体管，并且所述输出节点是所述N沟道晶体管的漏极节点。

15.根据权利要求14所述的稳压器电路，其中，所述补偿电容耦合在接地端子和虚拟接地节点之间。

16.根据权利要求14所述的稳压器电路，其中：

所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管是P沟道晶体管；和

所述第五晶体管和所述第六晶体管是N沟道晶体管。

17.一种图像传感器，包括稳压器电路，所述稳压器电路包括：

电源端子和接地端子；

差分放大器，耦合在所述电源端子与所述接地端子之间；

输出晶体管，包括栅极节点，所述栅极节点耦合到所述差分放大器的输出节点以接收栅极电压并在所述输出晶体管的输出节点处提供经调节的输出电压，其中所述差分放大器被配置为基于参考电压和经调节的输出电压之间的差值来提供所述栅极电压；和

补偿电容，耦合在虚拟接地节点和所述电源端子或所述接地端子之间，所述补偿电容提供到所述输出晶体管的栅极节点的电流路径。

18.一种方法，包括：

提供具有耦合到输出晶体管的栅极节点的差分放大器的稳压器；

在所述稳压器中提供虚拟接地节点；

确定电源端子与所述虚拟接地节点之间的补偿电容器的电容值以用于向所述输出晶体管的栅极节点提供电流，以提高所述稳压器的PSRR(电源抑制比)；和

在所述电源端子和所述差分放大器中的所述虚拟接地节点之间耦合具有所确定的电容值的补偿电容器。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括使用具有所述补偿电容器的稳压器来执行电压调节。

20.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述差分放大器包括耦合在电源端子和接地端子之间的一对输入晶体管、一对偏置晶体管和一对电流镜晶体管；

偏置电压耦合到所述一对偏置晶体管中的每一个偏置晶体管的栅极节点；和

所述虚拟接地节点位于所述一对偏置晶体管中的一个偏置晶体管的源极节点处。

Images