DE102015218648A1

DE102015218648A1 - Mehrstufiger Verstärker mit verbesserter Betriebseffiziens

Info

Publication number: DE102015218648A1
Application number: DE102015218648.2A
Authority: DE
Inventors: Carlos Zamarreno Ramos; Ambreesh Bhattad; Frank Kronmüller
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-03-30
Also published as: US20170093350A1; US9887674B2

Abstract

Es wird ein mehrstufiger Verstärker vorgeschlagen, der eine erste Verstärkerstufe mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang der ersten Verstärkerstufe mit einem ersten Anschluss eines Kondensators mit einer steuerbaren Kapazität gekoppelt ist; eine zweite Verstärkerstufe mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der zweiten Verstärkerstufe mit dem Ausgang der ersten Verstärkerstufe und dem ersten Anschluss des Kondensators gekoppelt ist, wobei der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe mit einem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt ist; eine Stromerfassungsschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der Stromerfassungsschaltung mit dem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt ist; und einen Steuersignalgenerator, der zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung und einen Steueranschluss des Kondensators gekoppelt ist, umfasst, wobei der Steuersignalgenerator ein Steuersignal zum Kondensator liefert, wobei die Kapazität des Kondensators durch das Steuersignal gesteuert wird.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf mehrstufige Verstärker und insbesondere auf mehrstufige Verstärker, die die Miller-Kompensation verwenden, um die Stabilität und Robustheit der Schaltungen durch Verbessern ihrer Hochfrequenzleistung zu verbessern.
Hintergrund
Mehrstufige Verstärker wurden beispielsweise für lineare Regulierer oder Regulierer mit geringem Spannungsabfall (LDO) umfangreich verwendet, die dazu konfiguriert sind, eine stetige und genau regulierte Ausgangsspannung zu liefern. Eine herkömmliche Reguliererkonstruktion erfordert, dass die Ausgangsstromlast gut definiert ist. Schaltungen für LDO-Regulierer müssen jedoch von keinem oder einem niedrigen Laststrom bis zu einem festgelegten maximalen Laststrom stabil sein. Diese Anforderung ändert signifikant die Übertragungsfunktion von LDO-Schaltungen und macht es zu einer Entwurfsherausforderung, eine stabile Versorgung über eine Vielfalt der Lastbedingungen für die festgelegte Genauigkeit und den Leistungsverbrauch zu schaffen. Ferner weisen Schaltungen für einen typischen linearen Regulierer mit einer mehrstufigen Verstärkerstruktur mehrere interne Pole auf und sind gewöhnlich instabil, wenn sie in einer Konfiguration in geschlossener Schleife verwendet werden.
Eine gut bekannte Technik, um die Stabilität von mehrstufigen Verstärkern zu erhöhen, ist die Miller-Kompensation. Die internen Pole, d. h. der dominante und der nicht dominante Pol, werden aufgrund der Anwesenheit einer Miller-Kompensationskapazität aufgeteilt, um eine gute Phasentoleranz mit minimalem Overhead zu erreichen, wodurch veranlasst wird, dass der Regulierer stabil arbeitet. 1 stellt einen typischen linearen Versorgungsrückkopplungsregulierer unter Verwendung eines Miller-kompensierten mehrstufigen Verstärkers dar. Der lineare Regulierer 100 umfasst eine erste Verstärkerstufe 101, die eine Differenzverstärkerstufe oder ein Differenzverstärker (auch als Fehlerverstärker bezeichnet) sein kann, am Eingang und eine zweite Verstärkerstufe 102 am Ausgang, die eine einzelne Verstärkerstufe oder eine Kaskade von mehreren von ihnen und/oder Puffern sein kann. Der Rückkopplungseingang 107 der ersten Verstärkerstufe 101 empfängt einen Bruchteil der Ausgangsspannung V_out, die durch den Rückkopplungsfaktor 106 normalerweise durch Anwenden eines Widerstandsteilers (nicht dargestellt) bestimmt wird. Der Referenzeingang 108 der ersten Verstärkerstufe 101 empfängt eine stabile Spannungsreferenz V_ref und die Ansteuerspannung für die zweite Verstärkerstufe 102 ändert sich durch einen Rückkopplungsmechanismus, d. h. eine Hauptrückkopplungsschleife, falls die Ausgangsspannung V_out sich relativ zur Referenzspannung V_ref ändert, so dass eine konstante Ausgangsspannung V_out aufrechterhalten werden kann.
Am Ausgang kann der lineare Regulierer 100 eine Ausgangskapazität C_o (auch als Ausgangskondensator oder Stabilisierungskondensator oder Überbrückungskondensator bezeichnet) 104 parallel zur Last 105 umfassen. Der Ausgangskondensator 104 wird verwendet, um die Ausgangsspannung V_out zu stabilisieren, die einer Änderung der Last 105 unterliegt, insbesondere einem Übergang des Laststroms I_load unterliegt. Der lineare Regulieret 100, der einen solchen mehrstufigen Verstärker verwendet, ist mit einem bestimmten Strom belastet, was die Bandbreite einer letzten Verstärkungs- oder Pufferstufe (z. B. einer Durchgangsvorrichtung, nicht gezeigt) über verschiedene Betriebsbedingungen ändert.
Außerdem umfasst der lineare Regulierer 100 einen Miller-Kondensator 103 mit einer Kapazität C_miller, der zwischen den Ausgang der ersten Verstärkerstufe 101 (der mit dem Eingang der zweiten Verstärkerstufe 102 gekoppelt ist) und den Ausgang der zweiten Verstärkerstufe 102 (der auch der Ausgang des linearen Regulierers 100 ist) gekoppelt ist. Gemäß der Schaltungsanordnung des linearen Regulierers 101, der in 1 gezeigt ist, ist die Ersatzkapazität, die von der ersten Verstärkerstufe 101 gesehen wird, daher die Miller-Kapazität C_miller, multipliziert mit der Verstärkung aller Stufen über diese, d. h. die zweite Verstärkerstufe 102, wie hier gezeigt. Die Verwendung des Miller-Kompensationskondensators kann folglich die Polteilungsfähigkeit schaffen, die erforderlich ist, um ein stabiles System über verschiedene Lastbedingungen zu erhalten.
Im Stand der Technik weist C_miller einen konstanten Wert unabhängig von den Lastbedingungen auf und der konstante Wert wird durch Stabilitätserwägungen bei niedrigen Lastströmen festgelegt. Ein solcher großer Kondensator ist jedoch bei großen Lastströmen nicht erforderlich, wobei die Pole korrekt geteilt werden, da der Ausgangspol auf höhere Frequenzen geht. Um einen stabilen Betrieb des mehrstufigen Verstärkers über verschiedene Lastbedingungen aufrechtzuerhalten, muss die Bandbreite am Ausgang der ersten Verstärkerstufe auch bei relativ hohen Lastströmen maximiert werden.
Daher besteht ein Bedarf, den Vorteil der Polteilung, der durch die Miller-Kapazität verursacht wird, zu erweitern, um einen breiten Bereich von Lasten am Ausgang des linearen Regulierers abzudecken. Insbesondere besteht ein Bedarf, ein adaptiv kompensierendes Schema zu schaffen, das die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe für jeden Laststrom maximiert, während der mehrstufige Verstärker stabil am Arbeiten gehalten wird.
Zusammenfassung
Angesichts dieses Bedarfs schlägt das vorliegende Dokument einen mehrstufigen Verstärker und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche zum Aufrechterhalten eines stabilen Betriebs des mehrstufigen Verstärkers über verschiedene Lastbedingungen vor.
Gemäß einem breiten Aspekt dieser Offenbarung wird ein mehrstufiger Verstärker geschaffen. Der mehrstufige Verstärker kann mehrere Verstärkerstufen umfassen. Der mehrstufige Verstärker kann beispielsweise eine erste Verstärkerstufe wie z. B. eine Differenzverstärkerstufe umfassen. Die erste Verstärkerstufe kann einen Eingang und einen Ausgang aufweisen. Der Ausgang der ersten Verstärkerstufe kann mit einem Kondensator gekoppelt sein. Der Kondensator kann als Miller-Kondensator wirken, um Pole zum Erhöhen der Stabilität zu teilen. Der Kondensator kann eine steuerbare Kapazität aufweisen, das heißt die Kapazität des Kondensators kann durch ein Steuersignal steuerbar sein. Der Kondensator kann einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss umfassen. Der Ausgang der ersten Verstärkerstufe kann mit dem ersten Anschluss des Kondensators gekoppelt sein. Insbesondere kann der Steueranschluss des Kondensators dazu konfiguriert sein, die Kapazität des Kondensators auf der Basis des Steuersignals zu steuern. Der Kondensator kann beispielsweise einen Varaktor oder einen spannungsgesteuerten Kondensator umfassen. Der Kondensator kann dann ein konfigurierbarer Miller-Kondensator sein.
Der mehrstufige Verstärker kann eine zweite Verstärkerstufe umfassen. Die zweite Verstärkerstufe kann auch einen Eingang und einen Ausgang aufweisen. Der Eingang der zweiten Verstärkerstufe kann mit dem Ausgang der ersten Verstärkerstufe und dem ersten Anschluss des Kondensators gekoppelt sein. Der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe kann mit dem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt sein. Die zweite Verstärkerstufe kann auch als Zwischenverstärkerstufe bezeichnet werden und kann eine einzelne Verstärkerstufe oder eine Kaskade von mehreren Verstärkerstufen sein. Der Ausgang des mehrstufigen Verstärkers kann mit einer Last gekoppelt sein, durch die ein Laststrom fließt. In Ausführungsformen ist eine Pufferstufe oder Durchgangsvorrichtung zwischen den Ausgang der zweiten Verstärkerstufe und den Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt, um den Laststrom zur Last zu liefern. Alternativ kann die Pufferstufe oder Durchgangsvorrichtung als Teil der zweiten Verstärkerstufe betrachtet werden. Der Laststrom kann die Bandbreite der Pufferstufe oder Durchgangsvorrichtung über verschiedene Betriebsbedingungen ändern. Überdies kann der Ausgang des mehrstufigen Verstärkers mit einem der Eingänge der ersten Verstärkerstufe durch einen Rückkopplungsfaktor gekoppelt sein, um eine Hauptrückkopplungsschleife vorzusehen.
Der mehrstufige Verstärker kann ferner eine Stromerfassungsschaltung umfassen. Die Stromerfassungsschaltung kann einen Eingang und einen Ausgang aufweisen. Der Eingang der Stromerfassungsschaltung kann mit dem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt sein. Der Eingang der Stromerfassungsschaltung kann auch mit der Last am Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt sein. Die Stromerfassungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, den Laststrom durch die Last zu erfassen. Somit kann die Stromerfassungsschaltung einen Erfassungsstrom auf der Basis des Laststroms durch die Last liefern. Da die Stromerfassungsschaltung mit der Last am Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt sein kann, kann der Erfassungsstrom vom Laststrom abhängen. Der Erfassungsstrom kann beispielsweise zum Laststrom proportional sein.
Ferner kann der mehrstufige Verstärker einen Steuersignalgenerator umfassen. Der Steuersignalgenerator kann zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung und den Steueranschluss des Kondensators gekoppelt sein. Der Steuersignalgenerator kann ein Steuersignal zum Kondensator durch den Steueranschluss des Kondensators liefern. Die Kapazität des Kondensators kann durch das Steuersignal gesteuert werden. Der Steuersignalgenerator kann beispielsweise ein Strom-Spannungs-Umsetzer sein, der eine Steuerspannung liefert. Die Steuerspannung kann die Kapazität des Kondensators in einer solchen Weise steuern, dass die Kapazität des Kondensators abnehmen kann, wenn die Steuerspannung abnimmt.
Das obige Konzept zum Aufrechterhalten eines stabilen Betriebs gilt für eine beliebige Art von mehrstufigem Verstärker, der mit einem variablen Strom belastet ist, beispielsweise lineare Regulierer und insbesondere LDOs.
Der Strom-Spannungs-Umsetzer kann die Steuerspannung auf der Basis des Erfassungsstroms liefern. Die Steuerspannung kann beispielsweise abnehmen, wenn der Erfassungsstrom zunimmt. In diesem Fall kann die Kapazität des Kondensators auch gemäß der abnehmenden Steuerspannung abnehmen. Somit kann die Kapazität des Kondensators in einer solchen Weise gesteuert werden, dass die Kapazität des Kondensators von der Last abhängt und abnehmen kann, wenn der Laststrom zunimmt. Die Kapazität des Kondensators und der Laststrom können beispielsweise eine umgekehrte Beziehung aufweisen.
In Ausführungsformen kann der Steuersignalgenerator vorzugsweise einen Stromspiegel umfassen. Der Stromspiegel kann zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung und den Steueranschluss des Kondensators gekoppelt sein. Der Stromspiegel kann den Erfassungsstrom vom Ausgang der Stromerfassungsschaltung empfangen. Der Stromspiegel kann den Erfassungsstrom empfangen, der zum Laststrom proportional sein kann, und eine entsprechende Steuerspannung erzeugen. Außerdem kann der Stromspiegel die Steuerspannung durch den Steueranschluss zum Kondensator liefern. Der Stromspiegel kann wahlweise einen NMOS-Stromspiegel umfassen. Insbesondere kann der NMOS-Stromspiegel durch den Erfassungsstrom angesteuert werden. Aufgrund des Stromspiegels kann der Laststrom von verschiedenen Lastbedingungen erfasst werden und die Steuerspannung kann dementsprechend geliefert werden.
Gemäß der Offenbarung kann der Steuersignalgenerator ferner eine Stromquelle umfassen. Die Stromquelle kann mit dem Stromspiegel gekoppelt sein. Die Stromquelle kann einen konstanten Strom liefern. In einer Ausführungsform kann der Steuersignalgenerator eine Steuerspannung auf der Basis des Erfassungsstroms und des konstanten Stroms von der Stromquelle liefern. Das heißt, der Erfassungsstrom kann mit dem konstanten Strom verglichen werden, um die Steuerspannung zu bestimmen. Ein Vorspannungsstrom kann beispielsweise unter einer niedrigen Laststrombedingung größer sein und kann zu einer hohen Steuerspannung führen, wohingegen die Steuerspannung abfallen kann, wenn der Laststrom eine Grenze überschreitet.
Alternativ kann der Steuersignalgenerator eine Diode umfassen. Die Diode kann mit dem Stromspiegel gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Diode dazu konfiguriert sein, den Erfassungsstrom in die Steuerspannung umzusetzen. Somit kann der Steuersignalgenerator eine Steuerspannung durch Umsetzen des Erfassungsstroms in die Steuerspannung liefern. In Gegenwart der Diode kann die Steuerspannung beispielsweise abnehmen, wenn der Erfassungsstrom oder der Laststrom zunimmt. Die Diode kann wahlweise einen als Diode gekoppelten PMOS-Transistor umfassen.
Der vorgeschlagene mehrstufige Verstärker ermöglicht folglich das dynamische Ändern der Kapazität des Miller-Kondensators gemäß dem Laststrom des mehrstufigen Verstärkers. Es ist zu erkennen, dass das Ausmaß der Miller-Kompensation für jeden Laststrom angepasst werden kann, wodurch die Bandbreite am Ausgang der ersten Verstärkerstufe maximiert wird, während ein stabiler Betrieb des mehrstufigen Verstärkers aufrechterhalten wird. Der vorgeschlagene mehrstufige Verstärker kann für lineare Regulierer verwendet werden und eine adaptive Miller-Kompensation und/oder einen variablen dominanten Pol über die Frequenz schaffen, wodurch der Versorgungsspannungsdurchgriff (PSRR) verbessert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines mehrstufigen Verstärkers vorgeschlagen. Der mehrstufige Verstärker kann eine erste Verstärkerstufe, eine zweite Verstärkerstufe und einen Miller-Kondensator umfassen. Der mehrstufige Verstärker kann konfiguriert sein, wie vorstehend offenbart. Das heißt, ein Ausgang der ersten Verstärkerstufe kann mit einem Eingang der zweiten Verstärkerstufe gekoppelt sein. Der Miller-Kondensator kann zwischen den Eingang der zweiten Verstärkerstufe und einen Ausgang der zweiten Verstärkerstufe gekoppelt sein. Insbesondere kann der Miller-Kondensator konfigurierbar sein, d. h. die Kapazität des Miller-Kondensators kann durch ein Steuersignal, z. B. eine Steuerspannung, steuerbar sein. Der konfigurierbare Miller-Kondensator kann beispielsweise mit einem Varaktor oder einem spannungsgesteuerten Kondensator implementiert werden.
Gemäß der Offenbarung kann das Verfahren das Erfassen eines Laststroms durch eine Last umfassen. Die Last kann mit einem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt sein. Ferner kann das Verfahren das Liefern eines Erfassungsstroms auf der Basis des Laststroms umfassen. Der Erfassungsstrom kann beispielsweise zum Laststrom proportional sein. Das Verfahren kann ferner das Liefern einer Steuerspannung zum Miller-Kondensator auf der Basis des Erfassungsstroms umfassen. Die Steuerspannung kann in einer Weise geliefert werden, so dass die Steuerspannung abnehmen kann, wenn der Erfassungsstrom zunimmt. Somit kann die gelieferte Steuerspannung abnehmen, wenn der Laststrom zunimmt.
Ferner kann das Verfahren das Steuern der Kapazität des Miller-Kondensators auf der Basis der Steuerspannung umfassen. Folglich kann die Kapazität des Miller-Kondensators gemäß dem Laststrom gesteuert werden. Die Kapazität des Miller-Kondensators kann beispielsweise abnehmen, wenn der Laststrom zunimmt. In einem bevorzugten Beispiel kann die Kapazität des Miller-Kondensators umgekehrt proportional zum Laststrom gesteuert werden.
Um eine geeignete Steuerspannung zu liefern, kann das Verfahren ferner das Umsetzen des Erfassungsstroms in die Steuerspannung und insbesondere das Vergleichen des Erfassungsstroms mit einem konstanten Strom umfassen.
Durch dynamisches Steuern der Kapazität des Miller-Kondensators im mehrstufigen Verstärker gemäß dem Laststrom kann an sich die Kompensationsleistung des Miller-Kondensators für verschiedene Stromlastbedingungen angepasst werden. Folglich kann die Bandbreite am Ausgang der ersten Verstärkerstufe maximiert werden, ohne die Stabilität des mehrstufigen Verstärkers zu verlieren. Das vorgeschlagene Verfahren kann zum Verbessern des Versorgungsspannungsdurchgriffs (PSRR) des mehrstufigen Verstärkers verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Verfahren und Systeme, einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen, wie im vorliegenden Dokument umrissen, eigenständig oder in Kombination mit den anderen Verfahren und Systemen, die in diesem Dokument offenbart sind, verwendet werden können. Außerdem sind die im Zusammenhang mit einem System umrissenen Merkmale auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Ferner können alle Aspekte der Verfahren und Systeme, die im vorliegenden Dokument umrissen sind, beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im vorliegenden Dokument beziehen sich die Begriffe ”koppeln”, ”gekoppelt”, ”verbinden” und ”verbunden” auf Elemente, die miteinander in elektrischer Kommunikation stehen, ob sie direkt, z. B. über Drähte, oder in irgendeiner anderen Weise verbunden sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Anmeldung wird nachstehend in beispielhafter Weise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen
1 einen typischen linearen Versorgungsrückkopplungsregulierer unter Verwendung eines Miller-kompensierten mehrstufigen Verstärkers zeigt;
2 einen mehrstufigen Verstärker zeigt, der ein Beispiel für das adaptive Miller-Kompensationsschema verkörpert;
3(a) Diagramme des Verhaltens über den Laststrom der verschiedenen Elemente der adaptiven Miller-Kompensation gemäß der Ausführungsform zeigt;
3(b) eine Übertragungsfunktion des Ausgangsknotens der ersten Verstärkerstufe zeigt;
3(c) den Versorgungsspannungsdurchgriff (PSRR) über die Frequenz für die Verwendung der vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kapazität und die Verwendung der festen Miller-Kapazität des Standes der Technik zeigt;
4 potentielle Transistorebenen-Implementierungen zeigt, die ein Beispiel für den mehrstufigen Verstärker unter Verwendung des adaptiven Miller-Kompensationsschemas, unter Verwendung einer Stromquelle (4(a)) oder einer Diode (4(b)), verkörpern;
5 ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens zum Betreiben des mehrstufigen Verstärkers mit dem adaptiven Miller-Kompensationsschema zeigt;
6 Ergebnisse für die von der Frequenz abhängige Übertragungsfunktion der Ausgangsspannung der ersten Verstärkerstufe in einem realen mehrstufigen Verstärker zeigt; und
7 einen Vergleich des Versorgungsspannungsdurchgriffs (PSRR) über die Frequenz zwischen adaptiver Miller-Kompensation und festem Miller-Kondensator zeigt.
Ausführliche Beschreibung
2 zeigt einen mehrstufigen Verstärker, der ein Beispiel für das adaptive Miller-Kompensationsschema verkörpert. Der mehrstufige Verstärker 200 umfasst eine erste Verstärkerstufe 201, eine zweite Verstärkerstufe 202 und einen Miller-Kondensator 203. Die erste Verstärkerstufe 201 ist ein Differenzverstärker (auch als Fehlerverstärker bezeichnet), wobei ein Eingang, ein Referenzeingang 208, mit einer Referenzspannung V_ref gekoppelt ist, und der andere Eingang, ein Rückkopplungseingang 207, mit der Ausgangsspannung V_out des mehrstufigen Verstärkers über einen Rückkopplungsfaktor 206 gekoppelt ist. Eine Last 205 ist mit dem mehrstufigen Verstärker 200 parallel mit einer Ausgangskapazität C_o 204 gekoppelt. Die Last 205 entnimmt einen Laststrom I_load vom mehrstufigen Verstärker 200. Die zweite Verstärkerstufe 202 kann ein Inverter sein und kann eine einzelne Verstärkerstufe oder mehrere Unterstufen, z. B. eine Kaskade von mehreren Verstärkerstufen und/oder Puffern, umfassen. Der Rückkopplungseingang 207 der ersten Verstärkerstufe 201 empfängt einen Bruchteil der Ausgangsspannung V_out des mehrstufigen Verstärkers, die durch den Rückkopplungsfaktor 206 bestimmt wird. Im Allgemeinen kann der Rückkopplungsfaktor 206 durch Anwenden eines Widerstandsteilers (nicht dargestellt) bestimmt werden. Der Referenzeingang 208 der ersten Verstärkerstufe 201 empfängt eine stabile Spannungsreferenz V_ref und die Ausgangsspannung der ersten Verstärkerstufe V₁ ändert sich durch einen Rückkopplungsmechanismus, d. h. eine Hauptrückkopplungsschleife, falls die Ausgangsspannung V_out des mehrstufigen Verstärkers sich relativ zur Referenzspannung V_ref ändert, wodurch eine konstante Ausgangsspannung V_out des mehrstufigen Verstärkers 200 aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen kann die Gesamtverstärkung des mehrstufigen Verstärkers 200 durch Multiplizieren der Verstärkung der ersten Verstärkerstufe A₁ mit der Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe A₂ erhalten werden.
Die Ausgangskapazität C_o 204, die auch als Ausgangskondensator oder Stabilisierungskondensator oder Überbrückungskondensator bezeichnet wird, wird verwendet, um die Ausgangsspannung V_out des mehrstufigen Verstärkers zu stabilisieren, die einer Änderung der Last 205 unterliegt, insbesondere einem Übergang des Laststroms I_load unterliegt. In einer Ausführungsform ist eine Durchgangsvorrichtung (nicht dargestellt) zwischen den Ausgang der zweiten Verstärkerstufe und den Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt, um den Laststrom zur Last zu liefern. Wenn der mehrstufige Verstärker 200 mit einem variierenden Strom belastet ist, ändert sich die Bandbreite der Durchgangsvorrichtung gemäß verschiedenen Betriebsbedingungen.
Ähnlich zum typischen linearen Versorgungsrückkopplungsregulierer 100, der in 1 gezeigt ist, umfasst der mehrstufige Verstärker 200 zusätzlich einen Miller-Kondensator 203 mit einer Kapazität C_miller. Der Miller-Kondensator 203 ist zwischen den Ausgang des mehrstufigen Verstärkers und den Knoten zwischen der ersten Verstärkerstufe 201 und der zweiten Verstärkerstufe 202 gekoppelt. Gemäß der Schaltungsanordnung des mehrstufigen Verstärkers 200, der in 2 gezeigt ist, ist die Ersatzkapazität, die von der ersten Verstärkerstufe 201 gesehen wird, daher die Miller-Kapazität C_miller multipliziert mit der Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe 202, A₂. Folglich sind interne Pole im Verstärkerfrequenzgang aufgeteilt und eine gute Phasentoleranz kann folglich erreicht werden, um den Verstärker zu stabilisieren. Gemäß der Ausführungsform wird die vorliegende Offenbarung im Zusammenhang mit einem linearen Regulierer beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Offenbarung auf mehrstufige Verstärker im Allgemeinen anwendbar ist.
Gemäß der Offenbarung weist der Miller-Kondensator 203 eine steuerbare Kapazität auf, d. h. die Kapazität des Kondensators C_miller ist durch ein Steuersignal, z. B. eine Steuerspannung, steuerbar. Der Miller-Kondensator 203 umfasst einen ersten Anschluss 203a, einen zweiten Anschluss 203b und einen Steueranschluss 203c. Der erste Anschluss des Miller-Kondensators 203a ist mit dem Knoten V₁ zwischen der ersten Verstärkerstufe 201 und der zweiten Verstärkerstufe 202 gekoppelt. Der zweite Anschluss des Miller-Kondensators 203b ist mit dem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers 200 gekoppelt. Insbesondere steuert der Steueranschluss des Miller-Kondensators 203c die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller mit dem Steuersignal. In einer Ausführungsform kann eine Steuerspannung V_miller als Steuersignal angelegt werden, um die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller zu steuern. Es wird angemerkt, dass der Miller-Kondensator 203 vielmehr konfigurierbar ist, als dass er eine konstante Kapazität aufweist, und beispielsweise mit einem Varaktor oder einem spannungsgesteuerten Kondensator implementiert werden kann, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
Außerdem umfasst der mehrstufige Verstärker 200 eine Stromerfassungsschaltung 209. Die Stromerfassungsschaltung 209 ist mit dem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers 200 gekoppelt, um den Laststrom I_load zu erfassen, der durch die Last 205 fließt. Anschließend erzeugt und liefert die Stromerfassungsschaltung 209 eine skalierte Kopie des Laststroms I_load, d. h. einen Erfassungsstrom I_sense. Üblicherweise hängt der Erfassungsstrom I_sense vom Laststrom I_load ab und daher kann der Laststrom I_load durch den Erfassungsstrom I_sense erfasst werden und/oder vom Erfassungsstrom abgeleitet werden. In einem typischen Beispiel ist der Erfassungsstrom I_sense proportional zum Laststrom I_load.
Gemäß der Offenbarung umfasst der mehrstufige Verstärker 200 ferner einen Steuersignalgenerator 210. Der Steuersignalgenerator 210 ist zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung 209 und den Steueranschluss des Kondensators 203c gekoppelt und versieht den Miller-Kondensator 203 mit einem Steuersignal, um die Kapazität des Miller-Kondensators 203 zu steuern. In einer Ausführungsform ist der Steuersignalgenerator ein Strom-Spannungs-Umsetzer 210 und der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 liefert eine Steuerspannung V_miller als Steuersignal zum Miller-Kondensator 203 durch den Steueranschluss des Miller-Kondensators 203c. Folglich wird die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller durch die Steuerspannung V_miller gesteuert. Die Steuerspannung V_miller steuert die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller in einer solchen Weise, dass die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller abnimmt, wenn die Steuerspannung V_miller abnimmt. Ein spannungsgesteuerter Kondensator oder eine schaltbare Gruppe von Kondensatoren kann beispielsweise für diesen Zweck verwendet werden, wobei die Kondensatoren mit der Spannung V_miller von Schiene zu Schiene ausgewählt werden.
Gemäß der Ausführungsform liefert der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 die Steuerspannung V_miller auf der Basis des Erfassungsstroms I_sense. Die Steuerspannung V_miller nimmt beispielsweise ab, wenn der Erfassungsstrom I_sense zunimmt. Folglich nimmt die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller auch gemäß der abnehmenden Steuerspannung V_miller ab. Daher kann die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller in einer solchem Weise gesteuert werden, dass die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller abnimmt, wenn der Laststrom I_load zunimmt. In einem bevorzugten Beispiel weisen die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller und der Laststrom I_load eine umgekehrte Beziehung auf.
3(a) stellt Diagramme des Verhaltens über den Laststrom I_load der verschiedenen Elemente der adaptiven Miller-Kompensation gemäß der Ausführungsform dar: den erfassten Strom, der von der Stromerfassungsschaltung 209 geliefert wird (das obere Diagramm, Kurve 31), die Ausgangsspannung des Strom-Spannungs-Umsetzers 210, d. h. die Steuerspannung V_miller (das mittlere Diagramm, Kurve 32) und die gesamte Miller-Ersatzkapazität (das untere Diagramm, Kurve 33) über Lastbedingungen. Wie aus dem oberen Diagramm (Kurve 31) zu sehen ist, nimmt der Erfassungsstrom I_sense proportional zum Laststrom I_load zu. Dagegen nehmen die Steuerspannung V_miller und die gesamte Miller-Ersatzkapazität C_miller ab, wenn der Laststrom I_load zunimmt, wie im mittleren und unteren Diagramm, Kurve 32 bzw. Kurve 33, gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform nehmen die Steuerspannung V_miller und die gesamte Miller-Ersatzkapazität C_miller umgekehrt proportional zum Laststrom I_load ab, wie durch die gestrichelte Kurve 32' bzw. die gestrichelte Kurve 33' der Diagramme angegeben.
Wenn der Miller-Kondensator 203 umgekehrt proportional zum Laststrom I_load gesteuert wird, wird die kapazitive Belastung am Ausgang der ersten Verstärkerstufe 201, d. h. ein Wert von C_miller·A₂, wobei A₂ die Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe ist, verringert und die Bandbreite dieses Knotens (V₁) wird erweitert. Dies kann aus 3(b) beobachtet werden, die die Übertragungsfunktion des Ausgangsknotens der ersten Verstärkerstufe 201, d. h. den Frequenzgang des Knotens V₁, für eine konstante Miller-Kapazität und für eine adaptive Miller-Kapazität darstellt. Die Kurve 34 stellt den Frequenzgang des Knotens V₁ für die konstante Miller-Kapazität dar, während die Kurve 35 den Frequenzgang des Knotens V₁ für die adaptive Miller-Kapazität darstellt. Das Diagramm 3(b) zeigt deutlich, dass die Übertragungsfunktion in Richtung einer höheren Frequenz unter Verwendung der adaptiven Miller-Kapazität verschoben werden kann, was darauf hinweist, dass die Bandbreitenerweiterung mit dem adaptiven Miller-Kompensationsschema erreicht werden kann.
3(c) zeigt, wie der Versorgungsspannungsdurchgriff (PSRR) über die Frequenz unter Verwendung der adaptiven Miller-Kapazität modifiziert wird. Der PSRR kann hier durch das Verhältnis der Ausgangsspannung des mehrstufigen Verstärkers 200, V_LDO, zur Eingangsspannung des mehrstufigen Verstärkers 200, V_in, berechnet werden. Aufgrund der größeren Bandbreite bei niedriger Frequenz kann der PSRR signifikant verbessert werden. Die Kurve 36 stellt den PSRR über die Frequenz für eine konstante Miller-Kapazität dar, während die Kurve 37 den PSRR über die Frequenz für die adaptive Miller-Kapazität darstellt. Das Diagramm 3(c) zeigt deutlich, dass der PSRR in Richtung einer höheren Frequenz unter Verwendung der adaptiven Miller-Kapazität verschoben werden kann, was darauf hinweist, dass der PSRR bei mittleren Frequenzen mit dem adaptiven Miller-Kompensationsschema verbessert werden kann.
Somit ermöglicht der vorgeschlagene mehrstufige Verstärker die dynamische Änderung der Kapazität des Miller-Kondensators gemäß dem Laststrom des mehrstufigen Verstärkers. Es ist zu erkennen, dass die Bandbreite am Ausgang der ersten Verstärkerstufe durch Anpassen des Ausmaßes der Miller-Kompensation für jeden Laststrom erhöht werden kann, während ein stabiler Betrieb des mehrstufigen Verstärkers immer noch aufrechterhalten wird. Der vorgeschlagene mehrstufige Verstärker kann für lineare Regulierer verwendet werden, die eine adaptive Miller-Kompensation und/oder einen variablen dominanten Pol über die Frequenz erfordern, wodurch der PSRR der linearen Regulierer verbessert wird.
4 zeigt zwei potentielle Transistorebenen-Implementierungen für einen mehrstufigen Verstärker unter Verwendung des adaptiven Miller-Kompensationsschemas gemäß Ausführungsformen. In den Ausführungsformen wird der Laststrom I_sense erfasst. Der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 von 2 umfasst einen Stromspiegel 42. Der Stromspiegel 42 ist zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung 209 und den Steueranschluss des Miller-Kondensators 203 gekoppelt. Der Stromspiegel 42 empfängt den Erfassungsstrom I_sense vom Ausgang der Stromerfassungsschaltung 209. Obwohl es nicht gezeigt ist, sollte beachtet werden, dass das von der Stromerfassungsschaltung 209 bereitgestellte Stromerfassungsschema von der Implementierung der Ausgangsstufe des Verstärkers abhängen kann.
Ferner wird angemerkt, dass der Erfassungsstrom I_sense, der vom Stromspiegel 42 empfangen wird, zum Laststrom I_load proportional sein kann. Außerdem liefert der Stromspiegel 42 die Steuerspannung V_miller zum Miller-Kondensator 203 durch den Steueranschluss 203c, um die Kapazität des Miller-Kondensators 203 zu steuern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Stromspiegel 42 wahlweise mit einem NMOS-Stromspiegel implementiert. Insbesondere wird der Erfassungsstrom I_sense zum NMOS-Stromspiegel getrieben. Aufgrund des Stromspiegels 42 kann der Laststrom von verschiedenen Lastbedingungen erfasst werden und die Steuerspannung V_miller kann dementsprechend geliefert werden.
Wie vorstehend angegeben, kann der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 von 2 ferner eine Stromquelle 41 umfassen, wie in 4(a) gezeigt. Die Stromquelle 41 ist mit dem Stromspiegel 42 gekoppelt. Gemäß der Ausführungsform liefert die Stromquelle 41 einen konstanten Strom und der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 liefert die Steuerspannung V_miller auf der Basis des Erfassungsstroms I_sense und des konstanten Stroms, der von der Stromquelle 41 erhalten wird. Das heißt, ein zum Erfassungsstrom I_sense proportionaler Strom (wie durch das Stromspiegelverhältnis gegeben) wird mit dem konstanten Strom verglichen und die Steuerspannung V_miller kann dann bestimmt werden. Wenn der Erfassungsstrom I_sense klein ist, liefert der Stromspiegel 42 eine hohe Steuerspannung V_miller aufgrund des konstanten Stroms von der Stromquelle 41. Dagegen liefert der Stromspiegel 42 eine niedrige Steuerspannung V_miller, wenn der Erfassungsstrom I_sense groß ist.
Somit ist für niedrige Lastströme ein Vorspannungsstrom größer und die Spannung ist hoch, während die Spannung abfällt, wenn der Laststrom I_load eine Grenze überschreitet. In einem Beispiel kann ein Vorspannungsstrom unter einer Bedingung eines niedrigen Laststroms größer sein und kann zu einer hohen Steuerspannung führen, wohingegen die Steuerspannung V_miller abfallen kann, wenn der Laststrom I_load einen Schwellenwert überschreitet. Dies ist aus den Diagrammen von 3(a) zu sehen. Die Kurve 32 gibt an, dass die Steuerspannung V_miller signifikant abfällt, nachdem der Laststrom I_load einen bestimmten Wert (den Schwellenwert) erreicht hat. Ebenso fällt die Miller-Kapazität C_miller signifikant ab, nachdem der Laststrom I_load den Schwellenwert erreicht hat, wie durch die Kurve 33 dargestellt. In dieser Ausführungsform tritt der Übergang zwischen diesen zwei Zuständen, d. h. ”V_miller/C_miller ist hoch” und ”V_miller/C_miller ist niedrig”, für einen schmalen Bereich von Lastströmen auf.
Als Alternative umfasst der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 ferner eine Diode 43, wie in 4(b) gezeigt. Die Diode 43 ist mit dem Stromspiegel 42 gekoppelt und setzt den Erfassungsstrom I_sense, der vom Stromspiegel 42 empfangen wird, in die Steuerspannung V_miller um. Wenn der Erfassungsstrom klein ist, bleibt die Steuerspannung aufgrund des niedrigen Spannungsabfalls über der Diode hoch. Dagegen wird die Steuerspannung aufgrund des hohen Spannungsabfalls über der Diode für einen großen Erfassungsstrom niedrig.
Der Strom-Spannungs-Umsetzer 210 liefert folglich die Steuerspannung V_miller, die aus dem Erfassungsstrom I_sense umgesetzt wird, von dem die Steuerspannung V_miller abhängt: die Steuerspannung V_miller nimmt ab, wenn der Erfassungsstrom I_sense oder der Laststrom I_load in Gegenwart der Diode 43 zunimmt. In einem Beispiel kann die Diode 43 optional mit einem als Diode gekoppelten PMOS-Transistor implementiert werden. Wenn eine PMOS-Diode verwendet wird, um den Strom in eine Spannung umzusetzen, können Diagramme für V_miller und C_miller ähnlich zur Verwendung des Implementierungsaufbaus von 4(a) erhalten werden, aber ein sanfterer Übergang zwischen den zwei Zuständen, d. h. ”V_miller/C_miller ist hoch” und ”V_miller/C_miller ist niedrig”, der durch die PMOS-Diode verursacht wird, kann auftreten. Mit anderen Worten, eine inverse Beziehung zwischen der Steuerspannung (V_miller)/Miller-Kapazität (C_miller) und dem Laststrom I_load ist deutlicher zu sehen, wie durch die gestrichelten Kurven 32' und 33' in 3(a) dargestellt. Folglich fallen die Kurven 32' und 33' sanfter in Richtung großer Lastströme ab, wenn der adaptive Miller-Kompensationskondensator mit dem Aufbau von 4(b) implementiert wird.
In einer Ausführungsform umfasst der Steuersignalgenerator wahlweise einen Laststromdetektor (nicht dargestellt). Der Laststromdetektor erzeugt eine Steuerspannung, um den konfigurierbaren Miller-Kondensator 203 zu steuern.
6 zeigt Ergebnisse für die von der Frequenz abhängige Übertragungsfunktion der Ausgangsspannung der ersten Verstärkerstufe (d. h. des Differenzverstärkers) V₁ in einem realen mehrstufigen Verstärker. Die Ergebnisse der Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas und der Verwendung einer konstanten Miller-Kapazität des Standes der Technik werden verglichen. Die Kurve 60 zeigt den Frequenzgang von V₁ unter Verwendung der konstanten Miller-Kapazität und die Kurve 62 stellt den Frequenzgang des Knotens V₁ unter Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas dar. Wie aus dem Diagramm zu sehen ist, wird die Übertragungsfunktion in Richtung einer höheren Frequenz unter Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas verschoben. Daher kann die Bandbreitenerweiterung der ersten Verstärkerstufe V₁ mit dem vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschema erreicht werden.
7 zeigt einen Vergleich des Versorgungsspannungsdurchgriffs (PSRR) über die Frequenz zwischen der Verwendung der adaptiven Miller-Kompensation und der Verwendung des festen Miller-Kondensators. Der in 7 gezeigte PSRR wurde in derselben Weise wie in 3(c) berechnet. Änderungen des PSRR über einen Frequenzbereich (10 Hz–10 MHz) der Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas und der Verwendung einer konstanten Miller-Kapazität des Standes der Technik werden verglichen. Die Kurve 70 stellt den PSRR über die Frequenz unter Verwendung eines festen Miller-Kondensators, d. h. einer konstanten Miller-Kapazität, dar, während die Kurve 72 den PSRR über die Frequenz unter Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas darstellt, d. h. mit Steuern der Miller-Kapazität C_miller gemäß dem Laststrom I_load. Da die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe durch die Verwendung der adaptiven Miller-Kapazität zu höheren Frequenzen geschoben wurde, wird der PSRR unter Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas in Richtung höherer Frequenzen verschoben, wie durch den Pfeil 74 in 7 angegeben. Ferner ist eine signifikante Verbesserung des PSRR für Zwischenfrequenzen (mehr als 10 dB bei 100 kHz) unter Verwendung des vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas zu sehen, wie durch den Pfeil 76 in 7 angegeben.
Somit schaffen die vorgeschlagenen adaptiv kompensierten mehrstufigen Verstärker lineare Regulierer mit variablen dominanten Polen über die Frequenz. Es ist zu erkennen, dass die erweiterte Bandbreite der ersten Verstärkerstufe bei relativ hohen Lastströmen durch Steuern des Werts des Miller-Kondensators über die Last erreicht werden kann. Ferner ist zu erkennen, dass die größere Bandbreite bei niedriger Frequenz den PSRR signifikant verbessert, wodurch lineare Regulierer mit hohem PSRR mit einem niedrigen Ruhestromverbrauch geschaffen werden.
Unter Verwendung der vorgeschlagenen mehrstufigen Verstärker, deren Dynamik an die Lastbedingungen der Schaltung angepasst wird, wird ferner der dominante Pol zu höheren Frequenzen verschoben und die Schaltung kann schneller auf Änderungen der Referenzspannung V_ref reagieren. Mit anderen Worten, die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe ändert sich mit der Lastbedingung unter Verwendung der vorgeschlagenen Technik. Dieser Effekt kann im Allgemeinen durch ein Durchfahren des Laststroms zum Überwachen der Übertragungsfunktion mit Polen und/oder Nullen der adaptiven Miller-Kompensation beobachtet werden, die sich über den Laststrom ändern kann.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens 500 zum Betreiben eines mehrstufigen Verstärkers 200 mit dem adaptiven Miller-Kompensationsschema. Das Verfahren 500 umfasst den Schritt der Erfassung 501 eines Laststroms I_load durch eine Last 205 am Ausgang des mehrstufigen Verstärkers 200, wobei die Last 205 mit einem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers 200 gekoppelt ist. Ferner umfasst das Verfahren 500 das Liefern 502 eines Erfassungsstroms I_sense am Ausgang einer Stromerfassungsschaltung 209 auf der Basis des Laststroms I_load. Wie vorstehend erwähnt, kann der Erfassungsstrom I_sense zum Laststrom I_load proportional sein. Das Verfahren 500 umfasst ferner das Liefern 503 einer Steuerspannung V_miller zum Miller-Kondensator 203 am Ausgang eines Steuersignalgenerators, z. B. eines Strom-Spannungs-Umsetzers 210, auf der Basis des Erfassungsstroms I_sense, so dass die Steuerspannung V_miller abnimmt, wenn der Erfassungsstrom I_sense zunimmt. Folglich nimmt die gelieferte Steuerspannung ab, wenn der Laststrom I_load zunimmt.
Ferner umfasst das Verfahren 500 das Steuern 504 der Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller auf der Basis der Steuerspannung V_miller. Folglich kann die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller gemäß dem Laststrom I_load gesteuert werden. Wie vorstehend erwähnt, nimmt die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller ab, wenn der Laststrom I_load zunimmt, oder vorzugsweise wird die Kapazität des Miller-Kondensators 203 C_miller umgekehrt proportional zum Laststrom I_load gesteuert, wenn der adaptive Miller-Kompensationskondensator 203 mit dem Aufbau von 4(b) implementiert wird.
Daher wird die Dynamik von mehrstufigen Verstärkern an die Lastbedingungen der Schaltung angepasst, wodurch der dominante Pol, d. h. der Pol der ersten Verstärkerstufe, zu höheren Frequenzen verschoben wird und die Schaltung schneller auf Änderungen der Referenzspannung V_ref reagieren kann. An sich wird der PSRR für große Lasten bei mittleren Frequenzen aufgrund der größeren Bandbreite der ersten Verstärkerstufe verbessert.
Somit kann die Kompensationsleistung des Miller-Kondensators für verschiedene Stromlastbedingungen durch dynamisches Steuern der Kapazität des Miller-Kondensators im mehrstufigen Verstärker gemäß dem Laststrom angepasst werden. Es ist zu erkennen, dass die Bandbreite am Ausgang der ersten Verstärkerstufe maximiert werden kann, ohne die Stabilität des mehrstufigen Verstärkers zu verlieren. Das vorgeschlagene Verfahren 500 kann auch zum Verbessern des PSRR des mehrstufigen Verstärkers verwendet werden.
In der Offenbarung wurden ein mehrstufiger Verstärker unter Verwendung des adaptiven Miller-Kompensationsschemas und ein entsprechendes Verfahren beschrieben, die dazu konfiguriert sind, die Bandbreite der ersten Verstärkerstufe für große Lastbedingungen zu erweitern. Mit anderen Worten, die kapazitive Belastung am Ausgang der ersten Verstärkerstufe wird gemäß der Last optimiert, ohne die Verstärkerstabilität zu opfern. Folglich wird der PSRR für große Lasten bei mittleren Frequenzen aufgrund der größeren Bandbreite der ersten Verstärkerstufe verbessert. Ferner kann eine Lastfreigabewiederherstellung vom maximalen Strom auf keinen/einen kleinen Strom in einem mehrstufigen Verstärker durch Anwenden dieses vorgeschlagenen adaptiven Miller-Kompensationsschemas verbessert werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme erläutern. Der Fachmann auf dem Gebiet kann verschiedene Anordnungen implementieren, die, obwohl sie nicht hier explizit beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und innerhalb ihres Gedankens und Schutzbereichs enthalten sind.
Ferner sind alle im vorliegenden Dokument umrissenen Beispiele und Ausführungsformen prinzipiell ausdrücklich nur für Erläuterungszwecke bestimmt, um dem Leser beim Verstehen der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu helfen. Ferner sollen alle Aussagen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung sowie spezielle Beispiele davon bereitstellen, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Mehrstufiger Verstärker, der umfasst: eine erste Verstärkerstufe mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang der ersten Verstärkerstufe mit einem ersten Anschluss eines Kondensators mit einer steuerbaren Kapazität gekoppelt ist; eine zweite Verstärkerstufe mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der zweiten Verstärkerstufe mit dem Ausgang der ersten Verstärkerstufe und dem ersten Anschluss des Kondensators gekoppelt ist, wobei der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe mit einem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt ist; eine Stromerfassungsschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der Stromerfassungsschaltung mit dem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt ist; und einen Steuersignalgenerator, der zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung und einen Steueranschluss des Kondensators gekoppelt ist, wobei der Steuersignalgenerator ein Steuersignal zum Kondensator liefert, wobei die Kapazität des Kondensators durch das Steuersignal gesteuert wird.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Stromerfassungsschaltung einen Erfassungsstrom auf der Basis eines Laststroms durch eine Last liefert, wobei die Last mit dem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt ist.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 2, wobei der Erfassungsstrom zum Laststrom proportional ist.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 2, wobei der Steuersignalgenerator ein Strom-Spannungs-Umsetzer ist, der eine Steuerspannung auf der Basis des Erfassungsstroms liefert, wobei die Steuerspannung abnimmt, wenn der Erfassungsstrom zunimmt.
Mehrstufiger Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Kapazität des Kondensators und der Laststrom eine umgekehrte Beziehung aufweisen, insbesondere die Kapazität des Kondensators abnimmt, wenn der Laststrom zunimmt.
Mehrstufiger Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Steuersignalgenerator einen Stromspiegel umfasst, der zwischen den Ausgang der Stromerfassungsschaltung und den Steueranschluss des Kondensators gekoppelt ist, wobei der Stromspiegel den Erfassungsstrom vom Ausgang der Stromerfassungsschaltung empfängt.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 6, wobei der Steuersignalgenerator ferner eine Stromquelle umfasst, die mit dem Stromspiegel gekoppelt ist, wobei der Steuersignalgenerator eine Steuerspannung auf der Basis des Erfassungsstroms und eines konstanten Stroms von der Stromquelle liefert.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 6, wobei der Steuersignalgenerator ferner eine Diode umfasst, die mit dem Stromspiegel gekoppelt ist, um den Erfassungsstrom in eine Steuerspannung umzusetzen.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 6, wobei der Stromspiegel einen NMOS-Stromspiegel umfasst.
Mehrstufiger Verstärker nach Anspruch 8, wobei die Diode einen als Diode gekoppelten PMOS-Transistor umfasst.
Mehrstufiger Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Kondensator als Miller-Kondensator wirkt, um Pole zum Erhöhen der Stabilität zu teilen.
Mehrstufiger Verstärker nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Kondensator einen Varaktor oder einen spannungsgesteuerten Kondensator umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines mehrstufigen Verstärkers mit einer ersten Verstärkerstufe; einer zweiten Verstärkerstufe; und einem Miller-Kondensator, wobei ein Ausgang der ersten Verstärkerstufe mit einem Eingang der zweiten Verstärkerstufe gekoppelt ist, wobei der Miller-Kondensator zwischen den Eingang der zweiten Verstärkerstufe und einen Ausgang der zweiten Verstärkerstufe gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines Laststroms durch eine Last, wobei die Last mit einem Ausgang des mehrstufigen Verstärkers gekoppelt ist; Liefern eines Erfassungsstroms auf der Basis des Laststroms; Liefern einer Steuerspannung zum Miller-Kondensator auf der Basis des Erfassungsstroms; und Steuern der Kapazität des Miller-Kondensators auf der Basis der Steuerspannung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Erfassungsstrom zum Laststrom proportional ist, wobei die Steuerspannung abnimmt, wenn der Erfassungsstrom zunimmt, wobei die Kapazität des Miller-Kondensators abnimmt, wenn der Laststrom zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Kapazität des Miller-Kondensators umgekehrt proportional zum Laststrom gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Steuerspannung durch Umsetzen des Erfassungsstroms in die Steuerspannung, insbesondere durch Vergleichen des Erfassungsstroms mit einem konstanten Strom geliefert wird.