CN207490875U - 电压生成器电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电压生成器电路。一种电压生成器电路使用反馈回路来调节输出节点处的输出电压。一对具有相反导电性的源极跟随器晶体管耦合到输出节点。源极跟随器晶体管中的第一个操作以提供用于对电容性负载进行充电的快速电流瞬变，电容性负载被可切换地连接到输出节点。源极跟随器晶体管中的第二个在反馈控制下操作以调节输出节点处的电压水平。

Description

电压生成器电路
技术领域
本实用新型涉及电压生成器电路，并且特别涉及用于驱动电容性负载的具有低输出阻抗、高速高压的电压生成器电路。
背景技术
存在电容性负载必须由具有高电压电平的周期性信号驱动并且高电压电平必须非常快地稳定在调节的电压水平的很多系统应用。换句话说，驱动器必须以非常快的转换速率操作以将电容性负载从低电压驱动到调节后的高电压。这种电容性负载的一个例子是陀螺仪的转子。高速陀螺仪转子激励需要调节后的驱动电压足够快以在小于周期性驱动信号(～10ns)的激励频率的百分之一内将电容性端子(～10pF)充电至所需高电压，以便最小化由转子激励引起的误差贡献。然而，用于驱动电容性负载的现有技术的电压生成器电路表现出差的操作性能。
实用新型内容
本公开的实施例目的在于提供至少部分地解决现有技术的上述缺点的电压生成器电路。
应当理解，上面的一般描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本实用新型的进一步说明。
在一个实施例中，一种电压生成器电路包括：具有接收基准电压的第一输入和接收反馈电压的第二输入的差分放大器；具有耦合到差分放大器的输出的栅极端子并具有漏极端子的第一导电类型的第一晶体管；被配置为源极跟随器的第二导电类型的第二晶体管，其具有耦合到第一晶体管的漏极端子的栅极端子和耦合到电压输出节点的源极端子；被配置为源极跟随器的第一导电类型的第三晶体管，具有耦合到偏置电流节点的栅极端子和耦合到所述电压输出节点的源极端子；和被配置成生成用于施加到所述偏置电流节点的偏置电流的偏置电路。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括：所述第二导电类型的第四晶体管，被配置为二极管连接的器件，具有耦合到所述第一晶体管的漏极端子的栅极端子和漏极端子；和所述第一导电类型的第五晶体管，被配置为二极管连接的器件，具有耦合到偏置电流节点的栅极端子和漏极端子。
在一个实施例中，所述第四晶体管的源极端子在中间节点处耦合到所述第五晶体管的源极端子。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括附加晶体管，具有耦合到所述输出节点的栅极端子和源极端子和耦合到接地基准的漏极端子。
在一个实施例中，所述第二晶体管的漏极端子耦合到接地基准，并且所述第三晶体管的漏极端子耦合到电源电压。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括电压感测电路，所述电压感测电路耦合到所述电压输出并且被配置成根据在所述电压输出处感测的电压生成所述反馈电压。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括：电容性负载；和开关电路，被配置成选择性地将所述电压输出连接到所述电容性负载。
在一个实施例中，响应于周期性控制信号来驱动所述开关电路的选择性连接。
在一个实施例中，一种电压生成器电路包括：电容性输出节点；被配置成将电流引出到电容性输出节点的第一导电类型的第一源极跟随器晶体管；被配置成从电容性输出节点汲取电流的第二导电类型的第二源极跟随器晶体管；差分放大器，其具有接收基准电压的第一输入和接收从电容性输出节点处的电压导出的反馈电压的第二输入；并且其中响应于差分放大器的输出，控制所述第二源极跟随器晶体管。
在一个实施例中，所述第一导电类型是n型，并且所述第二导电类型是p型。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括：第一二极管连接的晶体管，与所述第一源极跟随器晶体管以电流镜配置耦合；和第二二极管连接的晶体管，与所述第二源极跟随器晶体管以电流镜配置耦合。
在一个实施例中，所述第一二极管连接的晶体管和所述第二二极管连接的晶体管具有串联耦合的源极-漏极路径。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括电流引出电路，被配置成将电流引出到所述第一二极管连接的晶体管。
在一个实施例中，电压生成器电路还包括具有与所述第二二极管连接的晶体管的所述源极-漏极路径串联耦合的源极-漏极路径的晶体管，并且其中所述晶体管的控制端子耦合到所述差分放大器的所述输出。
根据本公开的实施例，电压生成器电路可以以低输出阻抗在高速和高电压的情况下来驱动电容性负载。由于低输出阻抗，可以生成快速电流瞬变以对电容性负载快速充电。
附图说明
附图被包括以提供对本实用新型的进一步理解，并且被并入本说明书并构成本说明书的一部分，示出本实用新型的实施例，并与描述一起用于解释本实用新型的原理。
在图中：
图1是电压生成器电路的电路图；和
图2是用于驱动电容性负载的电路的框图。
具体实施方式
图1示出了用于生成输出电压Vout的电压生成器电路10的电路图。电路10包括具有被配置成接收基准电压Vref的非反相(+)输入和被配置成接收反馈电压Vfb的反相(-)输入的差分放大器电路14。差分放大器电路14由低电源电压Vlow供电。优选地，使用带隙基准电压生成器来生成基准电压Vref。差分放大器电路14的输出信号Ve是具有等于Vref与Vfb之间的放大的差值的幅值的电压。输出信号Ve被施加到n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)16的控制端子(栅极)，以在节点18处生成流过晶体管16的源极-漏极路径的电流Ia。第一晶体管16的导电端子(漏极)耦合到节点18。晶体管16的第二导电端子(源极)耦合到节点20。补偿电容器Cc耦合在节点18和放大器14的输出之间。二极管连接的晶体管22耦合在节点20和地(Gnd)节点之间。二极管连接的晶体管22是n沟道MOSFET，其源极耦合到地并且其漏极耦合到节点20和晶体管22的栅极。因此，晶体管22的源极-漏极路径与源极晶体管16的源极-漏极路径在节点20处串联耦合。提供该二极管连接的晶体管22以将晶体管16的栅极处的最小偏置电压设置成2*Vt。
电压生成器电路10还包括在节点18和输出电压Vout节点之间耦合的高电压、低阻抗的输出电路30。电路30包括p沟道MOSFET晶体管32，其具有通过n沟道MOSFET晶体管开关33耦合到节点18的漏极以及耦合到中间节点34的源极。晶体管32的栅极耦合到在节点18处的晶体管32的漏极，因此晶体管32是二极管连接的晶体管。电路30还包括n沟道MOSFET晶体管36，其具有耦合到节点38的漏极和耦合到中间节点34的源极。晶体管36的栅极耦合到在节点38处的晶体管36的漏极，因此晶体管36是二极管连接晶体管。因此，晶体管32和36的源极-漏极路径在中间节点34处串联耦合，并且还与晶体管16和22的源极-漏极路径串联耦合以形成电路30的输入支路(leg)。
晶体管开关33的导通/关断状态由使能信号(EN)控制。晶体管开关33将电路30的高电压器件与低电压器件(晶体管16和晶体管22)分离，从而保护低压器件免受过电压状况的影响。
电路30还包括具有耦合到地节点的漏极和耦合到输出电压Vout节点的源极的p沟道MOSFET晶体管40。晶体管40的栅极耦合到晶体管32的栅极。晶体管40被配置为源极跟随器。电路30还包括具有耦合到高电压电源电压(Vhigh)节点的漏极和耦合到输出电压Vout节点的源极的n沟道MOSFET晶体管42。晶体管42的栅极耦合到晶体管36的栅极。晶体管42被配置为源极跟随器。因此，晶体管40和42的源极-漏极路径在输出电压节点处串联耦合并形成电路30的输出支路。
高电压电源电压(Vhigh)节点大于低电源电压(例如，Vhigh可能是20V，Vlow可能是3V)。在一个实施例中，使用电荷泵电路(未示出)从低电源电压Vlow生成高电压电源电压Vhigh。
偏置电路50操作以引出(source)偏置电流Ib以偏置高电压、低阻抗输出电路30。偏置电路50接收基准偏置电流Ibias，基准偏置电流Ibias由n沟道MOSFET晶体管电流镜52(具有晶体管52a、52b)和p沟道共源共栅MOSFET电流镜54(具有晶体管54a、54b、54c、54d)镜像以输出偏置电流Ib。偏置电路50也耦合到高电压电源电压(Vhigh)节点。在DC操作中，Ia＝Ib。
晶体管32和晶体管40形成nMOS电流镜电路。同样，晶体管36和晶体管42形成pMOS电流镜电路。nMOS和pMOS电流镜电路的连接的栅极端子处的偏置电压由在输出电压节点(Vout)处的电压和电流Ia和Ib来设定。晶体管40和42提供低阻抗输出，并且如下运行：分别响应于电流Ia和Ib，从输出电压节点汲取电流和将电流引出到输出电压节点。因此，在输出电压节点处可以获得对电容性负载快速充电所需的快速电流瞬变。
电压感测电路70被耦合以感测输出电压Vout节点处的输出电压Vout，并且由此生成反馈电压Vfb。电压感测电路70可以例如包括电阻性分压器电路。在一个实施方式中，分压比具有固定值。在另一个实施方式中，分压比是可变的。分压比设定输出电压Vout节点处的调节后的电压值。在一个实施例中，输出电压Vout可以具有大约4V的调节后的值。可以使用分压比的调节来选择例如10V或15V的其他电压电平(假设高电压电源电压Vhigh具有足够高的电压电平)。
现在参考图2，其示出了用于驱动电容性负载11的电路的框图。电压生成器电路10输出该输出电压Vout并且连接到开关电路12的第一端子。开关电路12的第二端子耦合到电容性负载11。开关电路12的打开/闭合状态由周期性控制信号控制。当周期性控制信号被断言(assert)时，开关电路12被闭合，并且电容性负载由来自电压生成器电路10的输出电压Vout充电。电压生成器电路10的输出电压Vout节点由于由晶体管40和晶体管42提供的源极跟随器配置而具有低输出阻抗。由于低输出阻抗，快速电流瞬变被生成以对电容性负载11快速充电。负载Vload处的电压将相应地快速上升。通过电压感测电路70和放大器14的负反馈调节输出电压Vout，从而也调节负载电压Vload。
在操作中，考虑通过开关12将电容性负载11连接到输出电压节点并且电路10需要将电容器充电到期望的输出电压的初始状态。输出电压节点处的电压从0V开始。晶体管42具有大的Vgs，并因此引出高电流以快速地对电容性负载充电。输出电压节点处的电压响应于由晶体管42引出的电流而升高。当电容器上的电压上升到期望的输出电压时，晶体管42的Vgs开始骤降。电路30的快速瞬变响应减小。一旦在输出电压节点处存在足够的电压，通过放大器14和晶体管40的负反馈就使输出电压稳定在期望的输出电压值。由电压感测电路70设定的分压比设定期望的输出电压值。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可以对本实用新型进行各种修改和变化。因此，本实用新型旨在覆盖本实用新型的修改和变化，只要它们在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (14)

1.一种电压生成器电路，其特征在于，包括：
差分放大器，具有接收基准电压的第一输入和接收反馈电压的第二输入；
第一导电类型的第一晶体管，具有耦合到所述差分放大器的输出的栅极端子并且具有漏极端子；
第二导电类型的第二晶体管，被配置为源极跟随器，具有耦合到所述第一晶体管的漏极端子的栅极端子和耦合到电压输出节点的源极端子；
所述第一导电类型的第三晶体管，被配置为源极跟随器，具有耦合到偏置电流节点的栅极端子和耦合到所述电压输出节点的源极端子；和
偏置电路，被配置成生成用于施加到所述偏置电流节点的偏置电流。
2.根据权利要求1所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括：
所述第二导电类型的第四晶体管，被配置为二极管连接的器件，具有耦合到所述第一晶体管的漏极端子的栅极端子和漏极端子；和
所述第一导电类型的第五晶体管，被配置为二极管连接的器件，具有耦合到偏置电流节点的栅极端子和漏极端子。
3.根据权利要求2所述的电压生成器电路，其特征在于，所述第四晶体管的源极端子在中间节点处耦合到所述第五晶体管的源极端子。
4.根据权利要求1所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括附加晶体管，具有耦合到所述输出节点的栅极端子和源极端子和耦合到接地基准的漏极端子。
5.根据权利要求1所述的电压生成器电路，其特征在于，所述第二晶体管的漏极端子耦合到接地基准，并且所述第三晶体管的漏极端子耦合到电源电压。
6.根据权利要求1所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括电压感测电路，所述电压感测电路耦合到所述电压输出并且被配置成根据在所述电压输出处感测的电压生成所述反馈电压。
7.根据权利要求1所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括：
电容性负载；和
开关电路，被配置成选择性地将所述电压输出连接到所述电容性负载。
8.根据权利要求7所述的电压生成器电路，其特征在于，响应于周期性控制信号来驱动所述开关电路的选择性连接。
9.一种电压生成器电路，其特征在于，包括：
电容性输出节点；
第一导电类型的第一源极跟随器晶体管，被配置成将电流引出到所述电容性输出节点；
第二导电类型的第二源极跟随器晶体管，被配置成从所述电容性输出节点汲取电流；
差分放大器，具有接收基准电压的第一输入和接收从所述电容性输出节点处的电压导出的反馈电压的第二输入；并且
其中响应于所述差分放大器的输出，控制所述第二源极跟随器晶体管。
10.根据权利要求9所述的电压生成器电路，其特征在于，所述第一导电类型是n型，并且所述第二导电类型是p型。
11.根据权利要求9所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括：
第一二极管连接的晶体管，与所述第一源极跟随器晶体管以电流镜配置耦合；和
第二二极管连接的晶体管，与所述第二源极跟随器晶体管以电流镜配置耦合。
12.根据权利要求11所述的电压生成器电路，其特征在于，所述第一二极管连接的晶体管和所述第二二极管连接的晶体管具有串联耦合的源极-漏极路径。
13.根据权利要求12所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括电流引出电路，被配置成将电流引出到所述第一二极管连接的晶体管。
14.根据权利要求12所述的电压生成器电路，其特征在于，还包括具有与所述第二二极管连接的晶体管的所述源极-漏极路径串联耦合的源极-漏极路径的晶体管，并且其中所述晶体管的控制端子耦合到所述差分放大器的所述输出。
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