DE102015218656B4

DE102015218656B4 - Linearregler mit verbessertem Versorgungsspannungsdurchgriff

Info

Publication number: DE102015218656B4
Application number: DE102015218656.3A
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: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: DE102015218656A1; US10545521B2; US20170090495A1

Abstract

Linearregler, der umfasst:eine Durchgangsvorrichtung (109) mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Ansteueranschluss, wobei der erste Anschluss der Durchgangsvorrichtung (109) mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt ist, der zweite Anschluss der Durchgangsvorrichtung (109) mit dem Ausgang des Linearreglers gekoppelt ist;eine Treiberstufe (110), die mit der Versorgungsspannung des Linearreglers und dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) gekoppelt ist, um die Durchgangsvorrichtung (109) mit einer Ansteuerspannung anzusteuern; undeine Kompensationsschaltung (215), die dazu konfiguriert ist, eine Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) und der Versorgungsspannung des Linearreglers zu kompensieren, wobei die Treiberstufe (110) einen Ansteuertransistor umfasst, wobei die Kompensationsschaltung (215) mindestens einen weiteren Ansteuertransistor umfasst, wobei:a. der Ansteuertransistor der Treiberstufe (110) sich in einer Stromspiegelkonfiguration mit der Durchgangsvorrichtung (109) befindet; undb. der Ansteuertransistor der Treiberstufe (110) mit dem mindestens einen weiteren Ansteuertransistor der Kompensationsschaltung (215) parallel angeordnet ist; undwobei die Kompensationsschaltung (215) ferner mindestens ein Tiefpassfilter (LPF) umfasst, das zwischen den Ansteuertransistor und den mindestens einen weiteren Ansteuertransistor gekoppelt ist, wobei das mindestens eine LPF mit dem mindestens einen weiteren Ansteuertransistor korrespondiert.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf Linearregler und insbesondere auf Regler mit geringem Spannungsabfall (low dropout regulators - LDOs) mit verbessertem Versorgungsspannungsdurchgriff (power supply reflection ratio - PSRR) bei höheren Frequenzen.
Hintergrund
Linearregler oder Regler mit geringem Spannungsabfall (LDO) werden in einer Vielfalt von Systemen umfangreich verwendet, um eine geregelte Spannung zu anderen Schaltungen im System zu liefern. Im Allgemeinen müssen solche Regler eine konstante Spannung über eine breite Vielfalt von Lasten und/oder Betriebsfrequenzen in elektrischen Anwendungen liefern und aufrechterhalten. Insbesondere ist es erwünscht, eine stabile und genau geregelte Ausgangsspannung von einer ungeregelten und häufig rauschbehafteten Eingangsspannung zu liefern, d. h. typischerweise die Versorgungsspannung des Reglers. Die Fähigkeit eines Reglers, gegen das in der Eingangsspannung eingespeiste Rauschen immun zu sein, wird gewöhnlich PSRR (Versorgungsspannungsdurchgriff) genannt.
Der PSRR beschreibt die Wirksamkeit eines Reglers, die Ausgangswelligkeit zu beseitigen, die durch Eingangs-/Versorgungsvariationen verursacht wird. Mathematisch ist der PSRR die umgekehrte Verstärkung der Ausgangswelligkeit über die Eingangswelligkeit bei einer speziellen Frequenz. Im Allgemeinen kann er auch durch die Menge an Rauschen von einer Leistungsversorgung definiert sein, die der Regler abweisen kann, mit anderen Worten, durch Messen der Menge an Rauschen, das an der Leistungsversorgung für den Regler vorhanden ist und das zum Ausgang des Reglers übertragen wird. Im Fall einer geringen Menge an Rauschübertragung, wird ein hoher PSRR erhalten, wohingegen eine hohe Menge an Rauschübertragung zu einem geringen PSRR führt.
Ein idealer Linearregler sollte einen sehr hohen PSRR-Wert über eine breite Vielfalt von Lasten und/oder Betriebsfrequenzen vorsehen. Insbesondere sind hohe PSRR-Werte über den Frequenzbereich erwünscht, der für den Linearregler kritisch ist, typischerweise 10 Hz bis 10 MHz. Da jedoch ein Signal, das von Vorrichtungen eingespeist wird, die von dem Linearregler versorgt werden, bei hohen Frequenzen eine PSRR-Verschlechterung verursachen kann, ist es schwierig, hohe PSRR-Werte über einen breiten Bereich von Betriebsfrequenzen zu erreichen.
Daher besteht ein Bedarf, den PSRR von linearen Linearreglern über einen höheren Frequenzbereich zu verbessern. Das vorliegende Dokument offenbart einen Linearregler und ein entsprechendes Verfahren, um die PSRR-Verschlechterung bei speziellen höheren Frequenzen zu verbessern.
US 2014 / 0 306 676 A1 bezieht sich auf ein Kompensationsmodul für eine Spannungsregelungseinrichtung mit einer Verstärkungsstufe, einer Ausgangsstufe und einem Miller-Kompensationsmodul, das einen Low-Output-Impedanz-nichtinvertierende Verstärkereinheit umfasst, die mit einem Verstärkungsausgang der Verstärkungsstufe und einem Ausgangsstufen-Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist.
US 2015 / 0 061 772 A1 offenbart eine Schaltung und Verfahren, um die Größe von Ausgangskondensatoren von LDOs oder Verstärkern zu reduzieren. Nichtlineares Spiegeln des Laststroms erlaubt eine Skalierung der Verstärkung oder eine Anpassung von kleiner Signalimpedanz eines Durchlaßtransistors abhängig von anderen Eingaben. Insbesondere wird erlaubt kleine Signalimpedanz am Gate des Durchlasstransistors zu reduzieren, wenn sich der Laststrom erhöht, wodurch eine Reduzierung der Größe eines Ausgangskondensators ermöglicht wird ohne die Stabilität des Systems zu beeinflussen.
US 2005 / 0 225 398 A1 offenbart einen Schwingkreis mit einer Rauschunterdrückungsschaltung. Die Rauschunterdrückungsschaltung ist mit der Stromquelle gekoppelt. Die Rauschunterdrückungsschaltung verringert eine Bias-Rauschkomponente von einem Bias-Strom und eine Versorgungsrauschkomponente von einem Versorgungsstrom. Die Rauschunterdrückungsschaltung wird mit der Stromquelle an einem Gate und einer Versorgung für die Stromquelle gekoppelt. Die Rauschunterdrückungsschaltung umfasst einen Filter, der die Bias-Rauschkomponente reduziert und der mit dem Gate der Stromquelle gekoppelt ist.
Zusammenfassung
Angesichts dieses Bedarfs schlägt das vorliegende Dokument einen Linearregler und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche zum Verbessern des PSRR des Linearreglers bei höheren Frequenzen vor.
Gemäß einem breiten Aspekt der Offenbarung wird ein Linearregler geschaffen. Der Linearregler kann mit einer Versorgungsspannung gekoppelt sein. Der Linearregler kann eine Durchgangsvorrichtung umfassen, um einen Laststrom zu einer Last zu liefern, die mit dem Ausgang des Linearreglers gekoppelt sein kann. Die Durchgangsvorrichtung kann einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen Ansteueranschluss aufweisen. Der erste Anschluss der Durchgangsvorrichtung kann mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt sein und der zweite Anschluss der Durchgangsvorrichtung kann mit dem Ausgang des Linearreglers gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Durchgangsvorrichtung einen PMOS-Transistor umfassen.
Gemäß der Offenbarung kann der Linearregler eine Treiberstufe umfassen. In Ausführungsformen kann die Treiberstufe eine Pufferstufe umfassen. Die Treiberstufe kann mit der Versorgungsspannung des Linearreglers und dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung gekoppelt sein, um die Durchgangsvorrichtung mit einer Ansteuerspannung anzusteuern. Der Linearregler kann ferner eine Kompensationsschaltung umfassen. Es wird angemerkt, dass die Kompensationsschaltung dazu konfiguriert sein kann, eine Änderung einer Spannungsdifferenz zu kompensieren. Die Spannungsdifferenz kann eine Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers sein.
Insbesondere kann die Treiberstufe einen Ansteuertransistor umfassen und die Kompensationsschaltung kann mindestens einen weiteren Ansteuertransistor umfassen. In einer Ausführungsform kann der Ansteuertransistor der Treiberstufe in einer Stromspiegelkonfiguration mit der Durchgangsvorrichtung vorliegen. In einer Ausführungsform kann der Ansteuertransistor der Treiberstufe mit dem mindestens einen weiteren Ansteuertransistor der Kompensationsschaltung parallel angeordnet sein. Vorzugsweise kann jeder des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt sein.
Jeder des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors kann beispielsweise einen ersten Anschluss und einen Ansteueranschluss umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste Anschluss von jedem des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt sein. Überdies kann der Ansteueranschluss des Ansteuertransistors mit dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung gekoppelt sein. Es wird angemerkt, dass der Ansteueranschluss des Ansteuertransistors die Ansteuerspannung zum Ansteuern der Durchgangsvorrichtung liefern kann.
Gemäß der Offenbarung kann die Kompensationsschaltung ferner mindestens ein Tiefpassfilter (LPF) umfassen. In Ausführungsformen kann das mindestens eine LPF zwischen den Ansteuertransistor und den mindestens einen weiteren Ansteuertransistor gekoppelt sein. Das mindestens eine LPF kann dazu konfiguriert sein, die Ansteuerspannung vom Ansteuertransistor der Treiberstufe für den mindestens einen weiteren Ansteuertransistor der Kompensationsschaltung zu filtern. Insbesondere kann das mindestens eine LPF dem mindestens einen weiteren Ansteuertransistor entsprechen.
Ferner kann jeder des mindestens einen LPF einen Eingang und einen Ausgang umfassen. Der Eingang jedes LPF kann mit dem Ansteueranschluss des Ansteuertransistors gekoppelt sein. Der Ausgang jedes LPF kann mit dem Ansteueranschluss eines entsprechenden weiteren Ansteuertransistors des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors gekoppelt sein. So kann die Ansteuerspannung vom Ansteueranschluss des Ansteuertransistors für den mindestens einen weiteren Ansteuertransistor gefiltert werden. In Ausführungsformen kann das mindestens eine LPF eine Übertragungsfunktion mit Polen aufweisen oder alternativ können einige des mindestens einen LPF eine Übertragungsfunktion mit Polen und Nullen aufweisen. Typischerweise weist jedes LPF eine Grenzfrequenz in seiner Übertragungsfunktion auf. Folglich kann die Übertragungsfunktion mit einer korrekten Verteilung von Polen und Nullen bereitgestellt werden, um die Ansteuerspannung für den entsprechenden weiteren Ansteuertransistor zu filtern. Insbesondere kann die Grenzfrequenz (und entsprechend die Pole und Nullen) so ausgelegt sein, dass der Bereich, in dem das Verhältnis zwischen der Ansteuerspannung Pgate der Treiberstufe und der Versorgungsspannung Vin konstant ist, zu höheren Frequenzen erweitert wird.
Folglich kann die Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers durch den Beitrag des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors der Kompensationsschaltung kompensiert werden. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers bleibt folglich für einen breiteren Frequenzbereich konstant, wodurch Einspeisungen von Welligkeiten verringert werden und der Versorgungsspannungsdurchgriff (PSRR) verbessert wird.
Gemäß der Offenbarung kann die Kompensationsschaltung mehrere weitere Ansteuertransistoren umfassen. Daher können mehrere Tiefpassfilter (LPFs) dementsprechend angewendet werden. Insbesondere kann die Kompensationsschaltung N LPFs und N entsprechende weitere Ansteuertransistoren umfassen. Das hier angegebene N kann eine beliebige ganze Zahl sein. Im Allgemeinen kann N einer Anzahl von LPF-Grenzfrequenzen zugeordnet sein, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers kompensiert wird. In Ausführungsformen kann N einer Anzahl von LPF-Grenzfrequenzen entsprechen, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers kompensiert wird.
Gemäß der Offenbarung kann die Treiberstufe ferner einen anderen Transistor umfassen. Vorzugsweise kann jeder des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors mit dem anderen Transistor gekoppelt sein. Jeder des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors kann beispielsweise ferner einen zweiten Anschluss umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Anschluss von jedem des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors mit dem anderen Transistor gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform kann der andere Transistor einen NMOS-Transistor umfassen und der Ansteuertransistor kann einen PMOS-Transistor umfassen, um die Treiberstufe zu bilden, um die Durchgangsvorrichtung anzusteuern. Wenn der Ansteuertransistor einen PMOS-Transistor umfasst, kann der erste Anschluss des Ansteuertransistors einen Source-Anschluss des PMOS-Transistors umfassen und der Ansteueranschluss des Ansteuertransistors kann einen Gate-Anschluss des PMOS-Transistors umfassen. Daher kann die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers einer Spannungsdifferenz zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss des PMOS-Transistors der Treiberstufe zugeordnet sein. Überdies kann der zweite Anschluss des Ansteuertransistors mit der Source des anderen Transistors gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform kann der mindestens eine weitere Ansteuertransistor mindestens einen weiteren PMOS-Transistor umfassen, der in der Kompensationsschaltung angeordnet ist. Wenn der mindestens eine weitere Ansteuertransistor mindestens einen weiteren PMOS-Transistor umfasst, kann der erste Anschluss des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors einen Source-Anschluss des mindestens einen weiteren PMOS-Transistors umfassen und der Ansteueranschluss des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors kann einen Gate-Anschluss des mindestens einen weiteren PMOS-Transistors umfassen. Der Source-Anschluss des mindestens einen weiteren PMOS-Transistors kann mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt sein und der zweite Anschluss des mindestens einen weiteren PMOS-Transistors kann mit dem anderen Transistor der Treiberstufe, z. B. der Source des anderen Transistors, gemäß der Ausführungsform gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform kann der Linearregler ferner eine erste Verstärkerstufe, eine zweite Verstärkerstufe und einen Kondensator umfassen. Die zweite Verstärkerstufe kann zwischen die erste Verstärkerstufe und die Treiberstufe gekoppelt sein. Der Kondensator kann zwischen die erste Verstärkerstufe und den Ausgang des Linearreglers gekoppelt sein, um Pole zum Erhöhen der Stabilität zu teilen.
Der vorgeschlagene Linearregler ermöglicht folglich das Erweitern des Frequenzbereichs, für den die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers konstant bleibt. Es ist zu erkennen, dass die PSRR-Verschlechterung bei speziellen Frequenzen, insbesondere im Hochfrequenzbereich, durch Kompensieren der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers mit der vorstehend erwähnten Kompensationsschaltung gemildert werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Linearreglers vorgeschlagen. Der Linearregler kann konfiguriert sein, wie vorstehend offenbart, und kann eine Durchgangsvorrichtung und eine Treiberstufe umfassen. In Ausführungsformen kann die Treiberstufe eine Pufferstufe umfassen. Die Treiberstufe kann einen Ansteuerzweig umfassen und der Ansteuerzweig kann dazu konfiguriert sein, die Durchgangsvorrichtung mit einer Ansteuerspannung durch einen Ansteueranschluss anzusteuern. In Ausführungsformen kann der Ansteuerzweig in einer Stromspiegelkonfiguration mit der Durchgangsvorrichtung liegen.
Es wird angemerkt, dass der Linearregler ferner eine Kompensationsschaltung umfassen kann. Die Kompensationsschaltung kann mindestens einen weiteren Ansteuerzweig umfassen. Insbesondere kann der mindestens eine weitere Ansteuerzweig dazu konfiguriert sein, eine Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss und der Versorgungsspannung des Linearreglers zu kompensieren. In Ausführungsformen kann jeder des Ansteuerzweigs und des mindestens einen weiteren Zweigs einen Transistor umfassen.
Gemäß der Offenbarung kann das Verfahren das Anlegen der Versorgungsspannung des Linearreglers an den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig umfassen. Ferner kann das Verfahren das Tiefpassfiltern der Ansteuerspannung für den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig umfassen. In Ausführungsformen kann die Tiefpassfilterung der Ansteuerspannung auf einer Übertragungsfunktion mit Polen basieren. In einer Ausführungsform kann die Tiefpassfilterung der Ansteuerspannung auf einer Übertragungsfunktion mit Polen und Nullen basieren. Das Verfahren kann ferner das Versehen des mindestens einen weiteren Ansteuerzweigs mit einer Gate-Spannung auf der Basis der gefilterten Ansteuerspannung umfassen, um den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig zu betreiben.
In Ausführungsformen kann eine Anzahl der weiteren Ansteuerzweige einer Anzahl von Frequenzen zugeordnet sein, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers kompensiert wird. In einer Ausführungsform kann eine Anzahl der weiteren Ansteuerzweige einer Anzahl von Frequenzen entsprechen, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Vorspannung des Linearreglers kompensiert wird.
Ferner kann das Verfahren das Erhalten eines ersten Stroms und mindestens eines zweiten Stroms umfassen. Der mindestens eine zweite Strom kann dem mindestens einen weiteren Zweig entsprechen. Insbesondere kann der erste Strom durch den Ansteuerzweig geliefert werden und der mindestens eine zweite Strom kann durch den entsprechenden weiteren Ansteuerzweig geliefert werden. Das Verfahren kann ferner das Kombinieren des ersten Stroms und des mindestens einen zweiten Stroms umfassen, um die Durchgangsvorrichtung mit der Ansteuerspannung anzusteuern.
Es ist zu erkennen, dass die Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers, die durch eingespeiste Welligkeiten mit hohen Frequenzen verursacht wird, mit dem gemeinsamen Beitrag des Ansteuerzweiges und des mindestens einen weiteren Ansteuerzweiges kompensiert werden kann. Folglich kann die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers in Gegenwart von eingespeisten Welligkeiten für einen größeren Bereich von Frequenzen konstant gehalten werden, wodurch die Auswirkung von eingespeisten Welligkeiten verringert wird und der PSRR des Linearreglers verbessert wird.
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.
Figurenliste
Die Anmeldung wird nachstehend in einer beispielhaften Weise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen

1 einen Schaltplan eines typischen Linearreglers zeigt;
2 eine schematische Implementierung einer Ansteuerschaltungsanordnung für einen Linearregler gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
3 Diagramme des Einspeisungsverhaltens über die Frequenz gemäß der Ausführungsform von 2 zeigt;
4 einen Vergleich des PSRR über die Frequenz für den Linearregler mit und ohne Bandbreitenerweiterung gemäß der Ausführungsform von 2 zeigt;
5 ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens zum Betreiben eines Linearreglers gemäß den Ausführungsformen zeigt;
6(a) eine schematische Implementierung einer N-stufigen Bandbreitenerweiterungs-Schaltungsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung zeigt;
6(b) Diagramme der Gatespannung (oben) und des Drainstroms (unten) der N weiteren Ansteuertransistoren gemäß der Ausführungsform von 6(a) zeigt; und
7 einen Vergleich des PSRR über die Frequenz für den Linearregler mit und ohne Bandbreitenerweiterung gemäß der Ausführungsform von 6 zeigt.

Ausführliche Beschreibung
1 zeigt ein Diagramm eines typischen Linearreglers mit einer Durchgangsvorrichtung. Der Linearregler 100 umfasst eine erste Verstärkerstufe 101, eine zweite Verstärkerstufe 102, eine Treiberstufe 110 und eine Durchgangsvorrichtung 109. Die erste Verstärkerstufe 101 ist eine Differenzverstärkerstufe oder ein Differenzverstärker (auch als Fehlerverstärker bezeichnet) mit einem Referenzeingang 108, der mit einer Referenzspannung Vref gekoppelt ist, und einem Rückkopplungseingang 107, der mit der Reglerausgangsspannung Vout über einen Rückkopplungsfaktor 106 gekoppelt ist. Der Rückkopplungsfaktor 106 wird normalerweise mit einem Widerstandsteiler (nicht dargestellt) implementiert und bestimmt einen Bruchteil der Ausgangsspannung Vout, der am Rückkopplungseingang 107 der ersten Verstärkerstufe 101 geliefert werden soll. Der Referenzeingang 108 der ersten Verstärkerstufe 101 empfängt eine stabile Spannungsreferenz Vref und die Ansteuerspannung für die zweite Verstärkerstufe 102 ändert sich durch einen Rückkopplungsmechanismus, d. h. eine Hauptrückkopplungsschleife, falls sich die Ausgangsspannung Vout relativ zur Referenzspannung Vref ändert, so dass eine konstante Ausgangsspannung Vout aufrechterhalten werden kann. Die zweite Verstärkerstufe 102 kann ein Inverter sein und kann mehrere Unterstufen umfassen.
Am Ausgang des Linearreglers ist eine Last 105 mit einem Ausgangskondensator 104 (auch als Ausgangskondensator oder Stabilisierungskondensator oder Bypasskondensator bezeichnet) gekoppelt, der einen Ersatzreihenwiderstand R_ESR und eine Kapazität C_o umfassen kann. Die Last 105 entnimmt einen Laststrom I_load vom Regler. Der Ausgangskondensator 104 wird verwendet, um die Ausgangsspannung Vout zu stabilisieren, die einer Änderung der Last 105 unterliegt, insbesondere einem Übergang des Laststroms I_load unterliegt. Wenn der Linearregler 100 mit einem variierenden Strom belastet ist, ändert sich die Bandbreite der Durchgangsvorrichtung 109 über verschiedene Betriebsbedingungen. Der Linearregler 100 kann ein Millerkompensierter linearer Versorgungsrückkopplungs-Regler sein und kann außerdem einen Miller-Kondensator 103 mit einer Kapazität C_mil _ler umfassen, der zwischen den Ausgang des Linearreglers 100 und den Knoten zwischen der ersten Verstärkerstufe 101 und der zweiten Verstärkerstufe 102 gekoppelt ist. Die Verwendung des Miller-Kompensationskondensators kann die Polteilungsfähigkeit schaffen, die erforderlich ist, um ein stabiles System über verschiedene Lastbedingungen zu erhalten.
Die Durchgangsvorrichtung 109 wird mit der Treiberstufe 110 angesteuert, die eine Pufferstufe ist. Die Treiberstufe 110 ist durch einen NMOS-Transistor M_N 112 mit gemeinsamer Source und einen Ansteuertransistor M_D 111 gebildet, der ein PMOS-Transistor in Diodenkonfiguration ist. In einer solchen Konfiguration kann die Treiberstufe 110 als P_drive-Stufe betrachtet werden, da der Ansteuertransistor M_D 111 ein PMOS-Transistor ist. Gemäß 1 ist das Gate des Ansteuertransistors 111 mit dem Gate der Durchgangsvorrichtung 109 verbunden, die auch ein PMOS-Transistor ist, wobei beide Transistoren einen Stromspiegel bilden. Die Treiberstufe 110 sieht eine niedrige Ausgangsimpedanz vor, um die relativ große Last anzusteuern, die der Durchgangsvorrichtung 109 präsentiert wird. Ferner ist der Strom, der diesen Puffer vorspannt, zum Laststrom I_load in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen den Größen der Durchgangsvorrichtung 109 und dem Ansteuertransistor M_D 111 proportional.
Aufgrund der niedrigen Ausgangskapazität der Treiberstufe 110 (der Puffer-P_drive-Stufe) kann ein guter Versorgungsspannungsdurchgriff (PSRR) bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, irgendwelche Wechselstromsignale (AC-Signale), die in das Eingangsversorgungssignal des Linearreglers V_IN eingekoppelt werden, sind mit demselben Betrag am Gate-Anschluss der Durchgangsvorrichtung 109 (dem Knoten P_gate) zu sehen, wobei die Spannungsdifferenz zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss der Durchgangsvorrichtung 109 V_gs über einen großen Bereich von Frequenzen konstant gehalten wird. Dies gilt jedoch nicht mehr, wenn die Treiberstufe 110 aufgrund einer schweren kapazitiven Last Bandbreite verliert und nicht mehr die V_gs konstant halten kann. Dies führt zu einer Verschlechterung des PSRR bei hohen Frequenzen aufgrund eines durch die Transkonduktanz der Durchgangsvorrichtung eingespeisten Signals.
Ein Problem bei dieser Linearreglerschaltung des Standes der Technik besteht darin, dass Wechselstromsignale oder Welligkeiten mit höheren Frequenzen die Einspeisung des Ansteuertransistors M_D 111 vom Eingang erhöhen, was zu einem V_gs-Abfall bei hohen Frequenzen führt. Folglich wird der PSRR verschlechtert, was darauf hindeutet, dass die Fähigkeit des Linearreglers, gegen das in der Eingangsspannung eingespeiste Rauschen immun zu sein, verschlechtert wird. Um den PSRR von Linearreglern über einen höheren Frequenzbereich zu verbessern, offenbart das vorliegende Dokument eine Schaltungsanordnung für einen Linearregler, um die Wechselstromeinspeisungen zu kompensieren und die V_gs über die Frequenz konstant zu halten.
2 zeigt eine schematische Implementierung einer Ansteuerschaltungsanordnung für einen Linearregler gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Der Linearregler umfasst eine Treiberstufe 210, die für denselben Zweck wie die Treiberstufe 110 in 1 verwendet werden kann, die mit der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 gekoppelt ist, mit einem ersten Anschluss, der mit der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN gekoppelt ist, einem zweiten Anschluss, der mit dem Ausgang des Linearreglers 100 gekoppelt ist, und einem Ansteueranschluss, der das Gate der PMOS-Durchgangsvorrichtung ist. Ähnlich zur Treiberstufe 110 umfasst die Treiberstufe 210 einen NMOS-Transistor 212 mit gemeinsamer Source und einen Ansteuertransistor M_D1 211, der ein PMOS-Transistor in Diodenkonfiguration ist. Die Treiberstufe 210 ist mit der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN und dem Ansteueranschluss der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 von 1 gekoppelt, um die PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 anzusteuern. In der Ausführungsform ist das Gate des Ansteuertransistors M_D1 211 mit dem Gate der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 verbunden und liefert die Ansteuerspannung (P_gate), um die PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 anzusteuern. Der Ansteuertransistor M_D1 211 liegt folglich in einer Stromspiegelkonfiguration mit der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 und diese Konfiguration kann als Ansteuerung vom P-Typ für einen Linearregler betrachtet werden.
Gemäß der Ausführungsform umfasst der Linearregler ferner eine Kompensationsschaltung 215, die einen weiteren Ansteuertransistor M_D2 213 und ein Tiefpassfilter (LPF) 214 umfasst. In dieser Konfiguration ist der weitere Ansteuertransistor M_D2 213 auch ein PMOS-Transistor und ist parallel mit dem Ansteuertransistor M_D1 211 angeordnet. Das heißt, die Source des Ansteuertransistors M_D1 211 und die Source des weiteren Ansteuertransistors M_D2 213 sind beide mit der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN gekoppelt und der Drain des Ansteuertransistors M_D1 211 und der Drain des weiteren Ansteuertransistors M_D2 213 sind beide mit dem NMOS-Transistor 212 mit gemeinsamer Source gekoppelt, z. B. mit der Source des NMOS-Transistors 212. Ferner ist das LPF 214 zwischen den Ansteuertransistor M_D1 211 und den weiteren Ansteuertransistor M_D2 213 gekoppelt. Insbesondere ist der Eingang des LPF 214 mit dem Gate des Ansteuertransistors M_D1 211 gekoppelt und der Ausgang des LPF 214 ist mit dem Gate des weiteren Ansteuertransistors M_D2 213 gekoppelt. Tatsächlich ist die als Diode verbundene Vorrichtung des Ansteuertransistors M_D 111 von 1 in zwei Teile aufgeteilt, d. h. M_D1 211 und M_D2 213, und das LPF 214 ist angeordnet, um die Gate-Spannung von M_D2 213 aus M_D1 211 zu erzeugen.
Bei niedrigen Frequenzen können beide Spannungen am Gate von M_D2 213 und M_D1 211 gleich sein und durch die Aufteilung des Ansteuertransistors M_D 111 von 1 in M_D1 211 und M_D2 213 wird kein Effekt verursacht. Wenn die Grenzfrequenz des Filters getroffen wird, d. h. die Frequenz der Wechselstromsignale, die in die Eingangsversorgung des Linearreglers V_IN eingekoppelt werden, die Grenzfrequenz des Filters erreicht, kann die Gate-Spannung von M_D2 gedämpft werden, was verursacht, dass die Einspeisung von M_D2 über die Frequenz (wechselstromweise) verstärkt wird und die Phase aufgrund des Filters verschoben wird. Folglich werden die Ströme, die sich aus zwei verschiedenen V_gs über die Frequenz ergeben, I_MD1 und I_MD2, aufsummiert und sie können teilweise einander aufheben, was die Ansteuerspannung P_gate über die Frequenz (wechselstromweise) für einen größeren Bereich von Frequenzen konstant hält, d. h. bis zu höheren Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz des Filters.
3 stellt Diagramme des Einspeisungsverhaltens über die Frequenz unter Verwendung der Treiberstufe 210 mit der Kompensationsschaltung 215 gemäß der Ausführungsform von 2 dar: die Stromamplitude (oben), die Stromphase (mittig) und die Ansteuerspannung (unten). Die Kurven 31 und 32 des oberen Diagramms zeigen jeweils die Stromamplitude des Ansteuertransistors M_D1 211 and des weiteren Ansteuertransistors M_D2 213 über die Frequenz. Bei niedrigen Frequenzen ändern sich die Gate-Spannungen von M_D1 211 und M_D2 213 nicht und daher bleiben die Ströme, die sich aus der entsprechenden Gate-Spannung ergeben, I_MD1 und I_MD2, unverändert. Sobald die Frequenz einen bestimmten Wert erreicht, z. B. die Grenzfrequenz des LPF 214, beginnt die Stromamplitude des weiteren Ansteuertransistors M_D2 213, I_MD2, zuzunehmen, wenn die Gate-Spannung von M_D2 213 aufgrund des LPF 214 signifikant bei dieser Frequenz abzunehmen beginnt, wie durch die Kurve 32 dargestellt. Ohne den Effekt des LPF 214 beginnt dagegen die Stromamplitude des Ansteuertransistors M_D1 211 bei einer Frequenz zuzunehmen, die höher ist als die Grenzfrequenz des LPF 214, wie durch die Kurve 31 dargestellt. Ebenso können Änderungen der Stromphase für I_MD1 und I_MD2 auch bei entsprechenden Frequenzen beobachtet werden, wie durch Kurven 33 bzw. 34 des mittleren Diagramms gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass der gemeinsame Beitrag des Ansteuertransistors M_D1 211 und des weiteren Ansteuertransistors M_D2 213 die Ansteuerspannung P_gate bestimmt, die durch die Kurven 35 und 36 des unteren Diagramms gezeigt ist. Tatsächlich kann zusätzlich der weitere Ansteuertransistor M_D2 213 angewendet werden, um den Effekt von V_gs-Abfällen zu kompensieren, die durch den Ansteuertransistor M_D1 211 verursacht werden. In dem Diagramm wurde die Ansteuerspannung P_gate durch V_IN normiert. Durch Anwenden der Kompensationsschaltung 215, die den weiteren Ansteuertransistor M_D2 213 und das LPF 214 umfasst, kann die Bandbreite, für die die Ansteuerspannung P_gate konstant bleibt, erweitert werden (von der Kurve 35 zur Kurve 36), wodurch die Spannungsdifferenz zwischen dem Gate-/Ansteuer-Anschluss der Durchgangsvorrichtung 109 und der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN, V_gs, über einen großen Bereich von Frequenzen konstant gehalten wird. Daher erreicht die Kompensationsschaltung 215 eine Bandbreitenerweiterung von konstanter V_gs, was ermöglicht, dass die Treiberstufe 210 (P_drive-Stufe) die Durchgangsvorrichtung 109 mit einer stabilen Ansteuerspannung ansteuert und ferner der PSRR des Linearreglers verbessert wird.
4 stellt einen Vergleich des PSRR über die Frequenz für den Linearregler mit und ohne Anwendung der Kompensationsschaltung 215 auf die Treiberstufe 210 dar, um die Bandbreitenerweiterung von konstanter V_gs zu erreichen. Die Kurve 41 stellt den PSRR über die Frequenz ohne Bandbreitenerweiterung dar, während die Kurve 42 den PSRR über die Frequenz mit Bandbreitenerweiterung durch Anwendung der Kompensationsschaltung 215 auf die Treiberstufe 210 darstellt. Es ist deutlich gezeigt, dass der PSRR für Frequenzen oberhalb 400 kHz durch Anwenden der Kompensationsschaltung 215 auf die Treiberstufe 210 erweitert wird, was die Bandbreitenerweiterung von konstanter V_gs erreicht, was angibt, dass Signaleinspeisungen, die durch Welligkeiten mit hohen Frequenzen verursacht werden, verringert wurden.
Folglich kann die Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers durch den Beitrag des weiteren Ansteuertransistors in der Kompensationsschaltung kompensiert werden. Ferner ist zu erkennen, dass der Frequenzbereich, in dem die V_gs der Durchgangsvorrichtung konstant bleibt, wenn ein Signal von V_IN eingespeist wird, durch Anwenden der Kompensationsschaltung erweitert wird, die den weiteren Ansteuertransistor M_D2 und das LPF umfasst, wodurch die Einspeisungen dieses Elements bei höheren Frequenzen verringert werden und der PSRR verbessert wird. Höhere Frequenzen sind insbesondere Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz des LPF.
Gemäß der Ausführungsform wird die PSRR-Verbesserung auf höhere Frequenzen für einen Linearregler mit einer Ansteuerung vom P-Typ erweitert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung auf Linearregler mit einer Ansteuerpufferstufe im Allgemeinen anwendbar ist und die vorgeschlagene Schaltungsanordnung zum Kompensieren der Wechselstromeinspeisungen und Konstanthalten der V_gs-Spannung über die Frequenz auch für eine Durchgangsvorrichtung vom N-Typ für negative Regelung verwendet werden kann.
Es sollte auch beachtet werden, dass, obwohl die vorstehend erwähnte Ausführungsform eine Kompensationsstufe in der Kompensationsschaltung auf die Treiberstufe anwendet, die vorgeschlagene Technik auf die Anwendung von mehr Stufen von weiteren Ansteuertransistoren und LPFs, die parallel gekoppelt sind, erweitert werden kann. Insbesondere werden zwei oder mehr Kompensationsstufen auf die Treiberstufe angewendet, das heißt die Kompensationsschaltung kann zwei oder mehr weitere Ansteuertransistoren und LPFs umfassen.
6(a) zeigt eine schematische Implementierung einer N-stufigen Bandbreitenerweiterungs-Schaltungsanordnung für eine Treiberstufe eines Linearreglers gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung. Der Linearregler umfasst eine Treiberstufe 610, die für denselben Zweck wie die Treiberstufe 110 in 1 verwendet werden kann, die mit der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 gekoppelt ist, mit einem ersten Anschluss, der mit der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN gekoppelt ist, einem zweiten Anschluss, der mit dem Ausgang des Linearreglers 100 gekoppelt ist, und einen Ansteueranschluss, der das Gate der PMOS-Durchgangsvorrichtung ist. Ähnlich zur Treiberstufe 110 umfasst die Treiberstufe 610 einen NNOS-Transistor 612 mit gemeinsamer Source und einen Ansteuertransistor M_D1 611, der ein PMOS-Transistor in Diodenkonfiguration ist. Die Treiberstufe 610 ist mit der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN und dem Ansteueranschluss der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 gekoppelt, um die PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 anzusteuern. In der Ausführungsform ist das Gate des Ansteuertransistors M_D1 611 mit dem Gate der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 verbunden und liefert die Ansteuerspannung (P_gate), um die PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 anzusteuern. Der Ansteuertransistor M_D1 611 liegt folglich in einer Stromspiegelkonfiguration mit der PMOS-Durchgangsvorrichtung 109 vor und diese Konfiguration kann als Ansteuerung vom P-Typ für den Linearregler betrachtet werden.
Gemäß der Ausführungsform umfasst der Linearregler ferner eine Kompensationsschaltung 615, die aus N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N und N Tiefpassfiltern (LPFs) 614₁ , 614₂ , ... 614_N , besteht, wobei N eine beliebige ganze Zahl ist. In dieser Konfiguration sind die N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N auch PMOS-Transistoren und sind parallel mit dem Ansteuertransistor M_D1 611 angeordnet. Das heißt, die Source des Ansteuertransistors M_D1 611 und die Source der N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N sind alle mit der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN gekoppelt, während der Drain des Ansteuertransistors M_D1 611 und der Drain der N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N alle mit dem NMOS-Transistor 612 mit gemeinsamer Source gekoppelt sind, z. B. mit der Source des NMOS-Transistors 612. Ferner ist jeder der N LPFs 614₁ , 614₂ , ... 614_N zwischen den Ansteuertransistor M_D1 611 und den entsprechenden weiteren Ansteuertransistor 613₁ , 613₂ , ... 613_N gekoppelt. Insbesondere ist der Eingang von jedem der LPF 614₁ , 614₂ , ... 614_N mit dem Gate des Ansteuertransistors M_D1 611 gekoppelt und der Ausgang von jedem der LPF 614₁ , 614₂ , ... 614_N ist mit dem Gate ihres entsprechenden weiteren Ansteuertransistors 613₁ , 613₂ , ..., 613_N gekoppelt.
Tatsächlich ist die als Diode verbundene Vorrichtung des Ansteuertransistors M_D 111 von 1 in (N+1) Teile aufgeteilt, d. h. M_D1 611 und die N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N , und die LPF 614₁ , 614₂ , ... 614_N sind angeordnet, um die Gate-Spannungen der weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N von M_D1 611 zu erzeugen. Bei niedrigen Frequenzen können die Spannungen am Gate der N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N und M_D1 611 gleich sein und es wird kein Effekt durch die Aufteilung des Ansteuertransistors M_D 111 von 1 in M_D1 611 und die N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N verursacht. Wenn die Grenzfrequenz des Filters getroffen wird, d. h. die Frequenz der Wechselstromsignale, die in die Eingangsversorgung des Linearreglers V_IN eingekoppelt werden, die Grenzfrequenz des Filters erreicht, können die Gate-Spannungen der weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N gedämpft werden, was verursacht, dass die Einspeisung der weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N über die Frequenz (wechselstromweise) verstärkt wird und die Phase aufgrund des Filters verschoben wird. Folglich kompensiert der Beitrag der Ströme, die sich aus verschiedener V_gs über die Frequenz ergeben, I_MD1, I_MD2, ... I_MDN, den Effekt, der durch Einspeisungen von M_D1 bei höheren Frequenzen verursacht wird, was die Ansteuerspannung P_gate über die Frequenz (wechselstromweise) für einen größeren Bereich von Frequenzen konstant hält.
In der Ausführungsform wurden die Pole der Übertragungsfunktion für die LPFs 614₁ , 614₂ , ... 614_N auf R₁C₁ < R₂C₂<...<R_NC_N gesetzt, um Wechselstromeinspeisungen bei verschiedenen Frequenzen zu kompensieren. Für die Filter, die niedrigere Grenzfrequenzen aufweisen, wie z. B. für die Filterstufe 614i mit größerem i, ist es erforderlich, auch eine Null zur Übertragungsfunktion zu addieren, um die Einspeisung bei höheren Frequenzen zu begrenzen, um den Vorteil von verschiedenen Stufen bei verschiedenen Frequenzen zu sehen. R_ziC_zi wird beispielsweise für die LPF-Stufe 614_i so gewählt, um den V_gs -Abfall der Niederfrequenzstufe bei höheren Frequenzen zu kompensieren, um eine übermäßige Einspeisung von dieser Stufe zu vermeiden, was im unteren Diagramm von 6(b) dargestellt ist.
6(b) zeigt Diagramme der Gate-Spannung (oben) und des DrainStroms (unten) der N weiteren Ansteuertransistoren 613₁ , 613₂ , ... 613_N gemäß der Ausführungsform von 6(a). Die Kurve 61 stellt die Gate-Spannung V_gMD1 des ersten weiteren Ansteuertransistors 613₁ dar, die Kurve 62 stellt die Gate-Spannung V_gMD2 des zweiten weiteren Ansteuertransistors 613₂ dar und die Kurve 63 stellt die Gate-Spannung V_GMDN des N-ten weiteren Ansteuertransistors 613_N dar. Aufgrund der LPF-Stufe 614i mit niedrigerer Grenzfrequenz (wobei i relativ groß ist), die mit dem Gate gekoppelt ist, beginnt die Gate-Spannung V_gMDi des entsprechenden weiteren Ansteuertransistors 613i bei einer niedrigeren Frequenz signifikant abzunehmen im Vergleich zu jener, die von der LPF-Stufe mit höherer Grenzfrequenz bereitgestellt wird (i ist kleiner). Dagegen beginnt der Drain-Strom I_MDi des entsprechenden weiteren Ansteuertransistors 613i, der durch die LPF-Stufe mit niedrigerer Grenzfrequenz erzeugt wird, bei einer niedrigeren Frequenz signifikant zuzunehmen im Vergleich zu jener, die durch die LPF-Stufe mit höherer Grenzfrequenz erzeugt wird, wie im unteren Diagramm von 6(b) gezeigt, wobei die Kurve 61' den Drain-Strom I_MD1 des ersten weiteren Ansteuertransistors 613₁ darstellt, die Kurve 62' den Drain-Strom I_MD2 des zweiten weiteren Ansteuertransistors 613₂ darstellt und die Kurve 63' den Drain-Strom I_MDN des N-ten weiteren Ansteuertransistors 613_N darstellt.
7 stellt einen Vergleich des PSRR über die Frequenz für den Linearregler ohne (Anwenden von 0 Kompensationsstufe) und mit Bandbreitenerweiterung (Anwenden von 1 oder 2 Kompensationsstufe auf die Treiberstufe 610) gemäß der Ausführungsform von 6 dar. Für Einfachheitszwecke werden bis zu zwei Kompensationsstufen auf die Treiberstufe 610 in diesem Beispiel angewendet, d. h. die Kompensationsschaltung 615 umfasst bis zu zwei weitere Ansteuertransistoren (613₁ , 613₂ ) und bis zu zwei LPFs (614₁ , 614₂ ) zum Kompensieren bei zwei verschiedenen Frequenzen. Die Kurve 70 stellt den PSRR über die Frequenz ohne Bandbreitenerweiterung dar, während die Kurven 71 und 72 den PSRR über die Frequenz mit Bandbreitenerweiterung durch Anwenden von jeweils einer und zwei Kompensationsstufen auf die Treiberstufe 610 darstellen. Aus dem Diagramm ist zu sehen, dass der PSRR durch Anwenden von Kompensationsstufe(n) der weiteren Ansteuertransistoren und LPFs auf die Treiberstufe 610 verbessert werden kann. Insbesondere wenn zwei Stufen der weiteren Ansteuertransistoren und LPFs auf die Treiberstufe 610 angewendet werden, können zwei Täler beobachtet werden, die den zwei verschiedenen Grenzfrequenzen der zwei jeweiligen Kompensationsstufen entsprechen. Im Allgemeinen sollte beachtet werden, dass eine Anzahl von Kompensationsstufen N einer Anzahl von LPF-Grenzfrequenzen entsprechen kann, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers kompensiert wird.
Folglich verbessert die vorgeschlagene Schaltungsanordnung für Linearregler den PSRR (insbesondere bei hohen Lastströmen) durch Erweitern des Frequenzbereichs, für den die V_gs der Durchgangsvorrichtung konstant bleibt. Es wird erkannt, dass die PSRR-Verschlechterung bei speziellen Frequenzen, insbesondere im höheren Frequenzbereich, durch Kompensieren der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers mit der vorstehend erwähnten Kompensationsschaltung gemildert werden kann, wodurch Linearregler mit hohem PSRR geschaffen werden, während ein geringer Ruhestromverbrauch aufrechterhalten wird.
Gemäß der Ausführungsform wird die PSRR-Verbesserung zu höheren Frequenzen für einen Linearregler mit einer Ansteuerung vom P-Typ erweitert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung auf Linearregler mit einer Ansteuerpufferstufe im Allgemeinen anwendbar ist und die vorgeschlagene Schaltungsanordnung zum Kompensieren der Wechselstromeinspeisungen und Konstanthalten der V_gs-Spannung über die Frequenz auch für eine Durchgangsvorrichtung vom N-Typ für negative Regelung verwendet werden kann.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens 500 zum Betreiben eines Linearreglers gemäß den Ausführungsformen. Der Linearregler ist konfiguriert, wie vorstehend offenbart, und umfasst eine Durchgangsvorrichtung 109 und eine Treiberstufe 210, 610. Die Treiberstufe 210, 610 umfasst einen Ansteuerzweig und der Ansteuerzweig ist dazu konfiguriert, die Durchgangsvorrichtung 109 mit einer Ansteuerspannung P_gate durch einen Ansteueranschluss anzusteuern. Der Linearregler umfasst ferner mindestens einen weiteren Ansteuerzweig. Das Verfahren 500 umfasst den Schritt des Anlegens 501 der Versorgungsspannung des Linearreglers V_IN an den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig. Ferner umfasst das Verfahren 500 das Tiefpassfiltern 502 der Ansteuerspannung P_gate für den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig. Wie vorstehend erwähnt, kann das Tiefpassfiltern der Ansteuerspannung P_gate auf einer Übertragungsfunktion mit Polen basieren. In einigen Ausführungsformen, in denen Filterstufen mit niedrigeren Grenzfrequenzen angewendet werden, kann das Tiefpassfiltern der Ansteuerspannung P_gate auf einer Übertragungsfunktion mit Polen und Nullen basieren, um die Leistung der V_gs -Abfallkompensation bei hohen Frequenzen zu verbessern. Das Verfahren 500 umfasst ferner das Versehen 503 des mindestens einen weiteren Ansteuerzweigs mit einer Gate-Spannung auf der Basis der gefilterten Ansteuerspannung, um den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig zu betreiben.
Ferner umfasst das Verfahren das Erhalten 504 eines ersten Stroms und mindestens eines zweiten Stroms, der dem mindestens einen weiteren Zweig entspricht. Der erste Strom wird durch den Ansteuerzweig geliefert und der mindestens eine zweite Strom wird durch den entsprechenden weiteren Ansteuerzweig geliefert. Das Verfahren umfasst ferner das Kombinieren 505 des ersten Stroms und des mindestens einen zweiten Stroms, um die Durchgangsvorrichtung 109 mit der Ansteuerspannung P_gate anzusteuern.
Auf diese Weise kann durch den gemeinsamen Beitrag des Ansteuerzweigs und des mindestens einen weiteren Ansteuerzweigs die Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers, die durch eingespeiste Welligkeiten mit hohen Frequenzen verursacht wird, kompensiert werden. Es ist zu erkennen, dass die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung und der Versorgungsspannung des Linearreglers V_gs in Gegenwart von eingespeisten Welligkeiten für einen größeren Bereich von Frequenzen konstant bleibt, so dass die Auswirkung von eingespeisten Welligkeiten verringert werden kann und der PSRR des Linearreglers verbessert werden kann.
In der vorliegenden Offenbarung wurden ein Linearregler, der Kompensationsstufen auf eine Treiberstufe davon anwendet, und ein entsprechendes Verfahren, um die Bandbreite von verbessertem PSRR zu erweitern, beschrieben. Insbesondere können die Wechselstromeinspeisungen durch die vorgeschlagene Kompensationsschaltung kompensiert werden und die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss und der Versorgungsspannung des Linearreglers V_gs bleibt über die Frequenz konstant. Daher kann der PSRR bei höheren Frequenzen verbessert werden, was die Auswirkung des in die Eingangsversorgungsspannung des Linearreglers eingespeisten Rauschens verringert.
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

Linearregler, der umfasst: eine Durchgangsvorrichtung (109) mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Ansteueranschluss, wobei der erste Anschluss der Durchgangsvorrichtung (109) mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt ist, der zweite Anschluss der Durchgangsvorrichtung (109) mit dem Ausgang des Linearreglers gekoppelt ist; eine Treiberstufe (110), die mit der Versorgungsspannung des Linearreglers und dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) gekoppelt ist, um die Durchgangsvorrichtung (109) mit einer Ansteuerspannung anzusteuern; und eine Kompensationsschaltung (215), die dazu konfiguriert ist, eine Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) und der Versorgungsspannung des Linearreglers zu kompensieren, wobei die Treiberstufe (110) einen Ansteuertransistor umfasst, wobei die Kompensationsschaltung (215) mindestens einen weiteren Ansteuertransistor umfasst, wobei: a. der Ansteuertransistor der Treiberstufe (110) sich in einer Stromspiegelkonfiguration mit der Durchgangsvorrichtung (109) befindet; und b. der Ansteuertransistor der Treiberstufe (110) mit dem mindestens einen weiteren Ansteuertransistor der Kompensationsschaltung (215) parallel angeordnet ist; und wobei die Kompensationsschaltung (215) ferner mindestens ein Tiefpassfilter (LPF) umfasst, das zwischen den Ansteuertransistor und den mindestens einen weiteren Ansteuertransistor gekoppelt ist, wobei das mindestens eine LPF mit dem mindestens einen weiteren Ansteuertransistor korrespondiert.
Linearregler nach Anspruch 1, wobei: a. jeder des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors einen ersten Anschluss und einen Ansteueranschluss umfasst; b. der erste Anschluss von jedem des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors mit der Versorgungsspannung des Linearreglers gekoppelt ist; und c. der Ansteueranschluss des Ansteuertransistors mit dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) gekoppelt ist, wobei der Ansteueranschluss des Ansteuertransistors die Ansteuerspannung liefert, um die Durchgangsvorrichtung (109) anzusteuern.
Linearregler nach Anspruch 2, wobei jedes des mindestens einen LPF einen Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der Eingang jedes LPF mit dem Ansteueranschluss des Ansteuertransistors gekoppelt ist, wobei der Ausgang jedes LPF mit dem Ansteueranschluss des entsprechenden weiteren Ansteuertransistors gekoppelt ist.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, wobei das mindestens eine LPF eine Übertragungsfunktion mit Polen aufweist.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, wobei einige des mindestens einen LPF eine Übertragungsfunktion mit Polen und Nullen aufweisen.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Kompensationsschaltung (215) N Tiefpassfilter (LPFs) und N weitere Ansteuertransistoren umfasst, wobei N eine beliebige ganze Zahl ist.
Linearregler nach Anspruch 6, wobei N einer Anzahl von LPF-Grenzfrequenzen entspricht, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) und der Versorgungsspannung des Linearreglers kompensiert wird.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Treiberstufe (110) ferner einen anderen Transistor umfasst, wobei jeder des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors ferner einen zweiten Anschluss umfasst, wobei der zweite Anschluss von jedem des Ansteuertransistors und des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors mit dem anderen Transistor gekoppelt ist.
Linearregler nach Anspruch 8, wobei: a. der andere Transistor einen NMOS-Transistor umfasst; b. der Ansteuertransistor einen PMOS-Transistor umfasst, wobei der erste Anschluss des Ansteuertransistors einen Source-Anschluss des PMOS-Transistors umfasst, wobei der Ansteueranschluss des Ansteuertransistors einen Gate-Anschluss des PMOS-Transistors umfasst; c. wobei der mindestens eine weitere Ansteuertransistor mindestens einen weiteren PMOS-Transistor umfasst, wobei der erste Anschluss des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors einen Source-Anschluss des mindestens einen weiteren PMOS-Transistors umfasst, wobei der Ansteueranschluss des mindestens einen weiteren Ansteuertransistors einen Gate-Anschluss des mindestens einen weiteren PMOS-Transistors umfasst; und d. die Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) und der Versorgungsspannung des Linearreglers einer Spannungsdifferenz zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss des PMOS-Transistors der Treiberstufe (110) zugeordnet ist.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Durchgangsvorrichtung (109) einen PMOS-Transistor umfasst.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, der ferner umfasst: a. eine erste Verstärkerstufe; b. eine zweite Verstärkerstufe, die zwischen die erste Verstärkerstufe und die Treiberstufe (110) gekoppelt ist; und c. einen Kondensator, der zwischen die erste Verstärkerstufe und den Ausgang des Linearreglers gekoppelt ist.
Linearregler nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Treiberstufe (110) eine Pufferstufe umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Linearreglers mit einer Durchgangsvorrichtung (109); einer Treiberstufe (110) mit einem Ansteuerzweig, um die Durchgangsvorrichtung (109) mit einer Ansteuerspannung durch einen Ansteueranschluss anzusteuern; und einer Kompensationsschaltung (215) mit mindestens einem weiteren Ansteuerzweig, um eine Änderung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss und der Versorgungsspannung des Linearreglers zu kompensieren, durch die Schritte: a. Anlegen der Versorgungsspannung des Linearreglers an den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig; b. Tiefpassfiltern der Ansteuerspannung für den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig; c. Versehen des mindestens einen weiteren Ansteuerzweigs mit einer Gate-Spannung auf der Basis der gefilterten Ansteuerspannung, um den mindestens einen weiteren Ansteuerzweig zu betreiben; d. Erhalten eines ersten Stroms und mindestens eines zweiten Stroms, wobei der mindestens eine zweite Strom dem mindestens einen weiteren Zweig entspricht, wobei der erste Strom durch den Ansteuerzweig geliefert wird, wobei der mindestens eine zweite Strom durch den entsprechenden weiteren Ansteuerzweig geliefert wird; und e. Kombinieren des ersten Stroms und des mindestens einen zweiten Stroms, um die Durchgangsvorrichtung (109) mit der Ansteuerspannung anzusteuern.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei jeder des Ansteuerzweigs und des mindestens einen weiteren Zweigs einen Transistor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Ansteuerzweig sich in einer Stromspiegelkonfiguration mit der Durchgangsvorrichtung (109) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Tiefpassfiltern der Ansteuerspannung auf einer Übertragungsfunktion mit Polen basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Tiefpassfiltern der Ansteuerspannung auf einer Übertragungsfunktion mit Polen und Nullen basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei eine Anzahl der weiteren Ansteuerzweige einer Anzahl von Frequenzen entspricht, bei denen die Änderung der Spannungsdifferenz zwischen dem Ansteueranschluss der Durchgangsvorrichtung (109) und der Versorgungsspannung des Linearreglers kompensiert wird.