DE102016204571B4

DE102016204571B4 - Ladungsinjektion zur ultraschnellen spannungssteuerung in spannungsregler

Info

Publication number: DE102016204571B4
Application number: DE102016204571.7A
Authority: DE
Inventors: Dan Ciomaga; Mihail Jefremow; Stephan Drebinger; Fabio Rigoni
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2036-03-19
Also published as: US20170269619A1; DE102016204571A1; US10152071B2

Abstract

Schaltung (400) zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (V) und Regelung der Ausgangsspannung (V) auf eine Zielspannung, die Schaltung (400) aufweisend:eine schaltbare Spannungsteilerschaltung (10), die konfiguriert ist, eine Spannung zu erzeugen, die ein variabler Anteil (V) der Ausgangsspannung (V) ist;eine Fehlerverstärkerstufe, die konfiguriert ist, eine Steuerspannung (V) auf Grundlage einer Bezugsspannung (V) und des variablen Anteils (V) der Ausgangsspannung (V) zu erzeugen;eine Pufferstufe (30), die konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (V) auf Grundlage der Steuerspannung (V) zu erzeugen;eine Ladungsinjektionsschaltung (70), die konfiguriert ist, Ladung an einem Zwischenknoten (25) zwischen der Fehlerverstärkerstufe und der Pufferstufe (30) einzubringen, um dadurch die durch die Fehlerverstärkerstufe erzeugte Steuerspannung (V) zu modifizieren,wobei die Ladungsinjektionsschaltung (70) aufweist:ein kapazitives Element (80); undeinen Schaltstromkreis (91, 92, 93, 94), der konfiguriert ist, in eine erste Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element (80) von dem Zwischenknoten (25) getrennt und zwischen die Ausgangsspannung (V) und einen ersten Spannungspegel unterhalb der Ausgangsspannung (V) gekoppelt ist, und in eine zweite Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element (80) zwischen den Zwischenknoten (25) und einen zweiten Spannungspegel (V) oberhalb des ersten Spannungspegels gekoppelt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Anmeldung betrifft Schaltungen und Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und zur Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung. Die Anmeldung betrifft insbesondere solche Schaltungen und Verfahren, die eine schnelle und genaue Steuerung einer digital gesteuerten Ausgangsspannung gestatten, z.B. in Low-Drop-Spannungsreglern (LDOs).
Hintergrund
Aus dem Stand der Technik bekannte integrierte Powermanagement-Schaltungen (PMICs) umfassen üblicherweise Spannungsregler, beispielsweise Low-Drop-Spannungsregler (LDOs), zur Bereitstellung einer stabilen und genau geregelten Spannungsversorgung. Diese Spannungsregler senken eine Eingangsspannung durch eine Durchlassvorrichtung auf eine Ausgangsspannung V_out, um eine geregelte Spannungsversorgung ohne Rauschen bereitzustellen. Zusätzlich zur Bereitstellung von statischen Versorgungsspannungen kann es wünschenswert sein, dynamisch steuerbare Reglerausgangsspannungen verfügbar zu haben, d.h. Spannungsregler verfügbar zu haben, die eine Spannungssteuerung bzw. Regelung unterstützen, beispielsweise Digitalspannungsregelung (DVC). Eine solche dynamische Steuerung der Reglerausgangsspannungen kann dazu eingesetzt werden, um Vorteile bei der Verringerung des Stromverbrauchs des Gesamtsystems zu erzielen, welche die PMIC beinhaltet.
Aus der Druckschrift US 2007 / 0 241 728 A1 beispielsweise ist ein LDO bekannt. Der LDO beinhaltet eine Anlaufschaltung, einen Fehlerverstärker, eine Bandlückenschaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung für den Fehlerverstärker, einen MOS Ausgangstransistor, und eine Transienten-Reaktionsschaltung zur Steigerung der Spannungsanstiegsrate. Der MOS Ausgangstransistor umfasst ein Gate-Terminal das mit dem Ausgang des Fehlerverstärkers verbunden ist, sowie ein Drain-Terminal zum Erzeugen der Ausgangsspannung. Das Gate-Terminal des MOS Ausgangstransistors ist weiterhin über eine Spannungsteilerschaltung mit festem Teilungsverhältnis mit Masse verbunden. Eine an einem ersten Punkt der Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannung wird dem Fehlerverstärker zugeführt. Eine an einem zweiten Punkt der Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannung wird der Transienten-Reaktionsschaltung zugeführt. Die Transienten-Reaktionsschaltung beaufschlagt das Gate-Terminal des MOS Ausgangstransistors mit einer Spannung, um die Rektionszeit des Fehlerverstärkers zu verkürzen, so dass der LDO die endgültige regulierte Ausgangspannung im Falle eines Spannungsabfalles im LDO eher erreicht.
Die Druckschrift US 2014 / 0 266 100 A1 beschreibt eine Vorladungsschaltung für elektronische Schaltkreise mit Miller-Kompensation und nennenswerter Ausgangskapazität, wie beispielsweise LDOs. Die Vorladungsschaltung begrenzt einen zufließenden Strom unmittelbar nach der Aktivierung des elektronischen Schaltkreises. Die Vorladungsschaltung begrenzt ein schnelles Laden des Millerkondensators. Eine Verzögerungsschaltung deaktiviert die Vorladungsschaltung sobald die Vorspannungsbedingungen des Millerkondensators sich normalen Vorspannungsbedingungen annähern.
Weitere Spannungsregler sind aus den Druckschriften US 2014 / 0 354 249 A1 und US 2016 / 0 062 376 A1 bekannt.
Typische, steuerbare Spannungsregler (z.B. Low-Drop-Spannungsregler, LDOs) umfassen eine Fehlerverstärkerstufe mit einem Fehlerverstärker und einer Pufferstufe, die in Reihe geschaltet (z.B. verbunden) sind. Die Fehlerverstärkerstufe erzeugt eine Steuerspannung, die von einer feststehenden Bezugsspannung V_REF und einer variablen Rückkopplungsspannung abhängt, die zur Steuerung der Ausgangsspannung des Spannungsreglers eingestellt bzw. angepasst werden können. Die Pufferstufe nimmt die Steuerspannung als Eingabe auf und wird somit von der Fehlerverstärkerstufe gesteuert. Die Pufferstufe erzeugt, als Ausgangsspannung des Spannungsreglers, eine Spannung, die von der Steuerspannung abhängt.
Die Pufferstufe in solchen Spannungsreglern besitzt typischerweise eine sehr hohe Bandbreite und eine niedrige Ausgangsimpedanz, um in der Lage zu sein, hohe kapazitive Lasten zu treiben und schnell auf Veränderungen der Ausgangslast zu reagieren. Auf der anderen Seite ist die Hauptschleife, welche die Fehlerverstärkungsstufe beinhaltet, typischerweise für niedrige Bandbreite ausgebildet, um so den dominanten bzw. vorherrschenden Pol an dem System zu beteiligen. Die Ausgangsspannung des Spannungsreglers kann durch Einstellen bzw. Anpassen der variablen Rückkopplungsspannung gesteuert werden, die dem Fehlerverstärker zum Vergleich mit der feststehenden Bezugsspannung zugeführt wird. Da die Pufferstufe eine sehr hohe Bandbreite aufweist, wird die Ausgangsspannung fast augenblickblich der Steuerspannung folgen. Die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung angepasst bzw. eingestellt werden kann, wird somit durch die Bandbreite der Hauptschleife beinhaltend die Fehlerverstärkerstufe bestimmt. Da die Fehlerverstärkerstufe der Hauptschleife typischerweise eine niedrige Bandbreite besitzt, wird die Änderungsrate für die Ausgangsspannung gleichfalls niedrig sein.
Die Änderungsrate der Ausgangsspannung kann beim Steuern der Ausgangsspannung durch Hinzufügen einer feststehenden Last zur Ausgabe erhöht werden. Das Hinzufügen einer solchen feststehenden Last würde den Vorstrom in dem Fehlerverstärker der Fehlerverstärkerstufe erhöhen und somit zu einer höheren Bandbreite der Hauptschleife führen. Da jedoch die Stabilität des Spannungsreglers von dem Vorstrom des Fehlerverstärkers abhängt, kann die Bandbreite der Hauptschleife nicht auf Werte erhöht werden, die für eine befriedigende Änderungsrate der Ausgangsspannung erforderlich wären. Darüber hinaus würde das Hinzufügen der feststehenden Last zur Ausgabe ebenfalls den Stromverbrauch des Spannungsreglers erhöhen und somit die Effizienz des Spannungsreglers verringern.
Somit besteht Bedarf an einer verbesserten Schaltung bzw. einem verbesserten Schaltkreis zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung, und für ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und zur Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung. Ferner besteht ein Bedarf für eine derartige Schaltung und ein derartiges Verfahren, welche die stabile und genaue Regelung der Ausgangsspannung und die schnelle Reaktion auf Veränderungen der gewünschten Zielspannung ermöglichen. Ferner besteht Bedarf an einer derartigen Schaltung und einem derartiges Verfahren, welche die Abnahme der Effizienz der Spannungserzeugung verhindern.
Zusammenfassung
Angesichts dieses Bedarfs oder all dieser Bedarfe schlägt die vorliegende Schrift eine Schaltung bzw. einen Schaltkreis zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung vor sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung, mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Ansprüche.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine (gewünschte) Zielspannung. Bei der Schaltung kann es sich um einen LDO handeln. Die Schaltung umfasst eine schaltbare Spannungsteilerschaltung, die konfiguriert ist, eine Spannung (Rückkopplungsspannung) zu erzeugen, die ein variabler Anteil der Ausgangsspannung ist. Mit anderen Worten können die Spannung und die Ausgangsspannung in einem gegebenen (variablen) Verhältnis zueinander stehen, wobei das gegebene Verhältnis von dem variablen Anteil (bzw. dem numerischen Wert) abhängt. Die Zielspannung kann eine steuerbare Zielspannung sein und kann durch die Referenzspannung und den variablen Anteil (bzw. dessen numerischen Wert) bestimmt sein bzw. werden. Zum Beispiel kann die Zielspannung von der Bezugsspannung dividiert durch den variablen Anteil (d.h. dessen numerischen Wert) abhängen bzw. dieser Bezugsspannung im Wesentlichen entsprechen. Zu diesem Zweck kann der schaltbare Spannungsteiler gemäß einem digitalen Steuersignal schaltbar sein, welches die jeweilige gewünschte Zielspannung aufzeigt. Die Schaltung umfasst ferner eine Fehlerverstärkerstufe, die konfiguriert ist, eine Steuerspannung auf Grundlage einer Bezugsspannung und des variablen Anteils der Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Fehlerverstärkerstufe kann einen Fehlerverstärker umfassen, wie zum Beispiel einen operationellen Transkonduktanzverstärker (OTA). Die Schaltung bzw. der Schaltkreis beinhaltet ferner eine Pufferstufe, die konfiguriert ist, die Ausgangsspannung auf Grundlage der Steuerspannung zu erzeugen. Die Pufferstufe kann einen Pufferverstärker umfassen, wie zum Beispiel einen Spannungsumsetzer (z.B. einen Spannungsumsetzer mit Offset). Die Pufferstufe kann ferner eine Durchlassvorrichtung (z.B. einen Durchlasstransistor) zum Durchleiten eines Ausgabestroms umfassen. Die Pufferstufe kann eine Rückkopplungsschleife umfassen. Zum Beispiel kann die Pufferstufe die Steuerspannung und die Ausgangsspannung als Eingaben bzw. Eingänge aufnehmen. Die Schaltung umfasst darüber hinaus eine Ladungsinjektionsschaltung, die konfiguriert ist, Ladung an einem Zwischenknoten zwischen der Fehlerverstärkerstufe (z.B. dem Fehlerverstärker) und der Pufferstufe zu injizieren bzw. einzubringen, um dadurch die von der Fehlerverstärkungsstufe erzeugte Steuerspannung zu modifizieren. Hierbei kann sich Ladungsinjektion auf die Injektion bzw. Einbringung einer negativen Ladung oder (virtuell) die Injektion bzw. Einbringung einer positiven Ladung beziehen, wobei Letztere der Entnahme negativer Ladung entspricht. Die Ladungsinjektionsschaltung umfasst ein (erstes) kapazitives Element. Die Ladungsinjektionsschaltung umfasst ferner einen Schaltstromkreis, der konfiguriert ist, in eine erste Konfiguration geschaltet zu werden, bei dem das kapazitive Element von dem Zwischenknoten getrennt ist und zwischen die Ausgangsspannung und einen ersten Spannungspegel unterhalb der Ausgangsspannung gekoppelt ist. Der Schaltstromkreis ist ferner in eine zweite Konfiguration schaltbar, bei der das kapazitive Element zwischen den Zwischenknoten und einen zweiten Spannungspegel oberhalb des ersten Spannungspegels gekoppelt ist (z.B. verbunden). Der erste Spannungspegel kann an Masse liegen. Der zweite Spannungspegel kann durch die schaltbare Spannungsteilerschaltung erzeugt werden. Alternativ kann der zweite Spannungspegel durch eine Bezugsspannungsquelle erzeugt werden.
Wie oben ausgebildet ermöglicht es die Schaltung, die Steuerspannung mit einer deutlich erhöhten Änderungsrate zu erhöhen oder abzusenken als dies durch eine Steuerung der Hauptschleife beinhaltend die Fehlerverstärkerstufe erreicht werden könnte. Somit ermöglicht es die Schaltung, eine schnelle, genaue und stabile Steuerung der Ausgangsspannung gemäß der gewünschten Ausgangsspannung zu erzielen. Insbesondere kann eine schnelle Regelung (d.h. eine hohe Änderungsrate) der Ausgangsspannung unabhängig von der Bandbreite einer Hauptschleife beinhaltend die Fehlerverstärkerstufe erzielt werden, wodurch eine kleine Bandbreite der Hauptschleife gestattet bzw. ermöglicht wird. Eine kleine Bandbreite der Hauptschleife ermöglicht es im Gegenzug, ein dominanten Pol des Systems beizubehalten und eine stabile und genaue Regelung der Ausgangsspannung durchzuführen. Gleichzeitig erleidet das System keinen deutlichen Effizienzverlust. Zusätzlich weist die Schaltung eine einfache und effiziente Implementierung der Ladungsinjektionsschaltung zur schnellen Erhöhung der Ausgangsspannung auf den gewünschten Zielwert hin auf.
In den Ausführungsformen kann die Ladungsinjektion konfiguriert sein, Ladung an dem Zwischenknoten derart zu injizieren, dass die Steuerspannung abgesenkt wird, falls der variable Anteil der Ausgangsspannung größer als die Bezugsspannung ist, und dass die Steuerspannung erhöht wird, falls der variable Anteil der Ausgangsspannung kleiner als die Bezugsspannung ist. Dadurch wird die vergleichsweise langsame Regelung der Steuerspannung (und somit der Ausgangsspannung) durch die Fehlerverstärkerstufe verbessert, d.h. beschleunigt.
In manchen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner eine Steuerlogik zum periodischen Umschalten des Schaltstromkreises zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration umfassen, während der Anteil der Ausgangsspannung unterhalb der Bezugsspannung liegt. Die Steuerlogik kann aufhören, zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration umzuschalten, sobald der Anteil der Ausgangsspannung die Bezugsspannung erreicht hat (d.h. auf den Pegel dieser gezogen wurde). Somit wird sichergestellt, dass die gewünschte Zielspannung schnell ohne Überschwingen erreicht werden kann.
In manchen Ausführungsformen kann der Schaltstromkreis ferner konfiguriert sein, auf eine dritte Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element von dem Zwischenknoten getrennt ist bzw. wird und zwischen der Ausgangsspannung und dem zweiten Spannungspegel gekoppelt wird (z.B. verbunden). Der Schaltstromkreis kann ferner auf eine vierte Konfiguration schaltbar sein, bei der das kapazitive Element zwischen den Zwischenknoten und den ersten Spannungspegel gekoppelt wird (z.B. verbunden). Auf diese Weise konfiguriert weist die Schaltung eine einfache und effiziente Implementierung der Ladungsinjektionsschaltung zum schnellen Absenken der Ausgangsspannung auf eine gewünschte Zielspannung auf.
In manchen Ausführungsformen kann die Steuerlogik ferner konfiguriert sein, den Schaltstromkreis periodisch zwischen der dritten Konfiguration und der vierten Konfiguration umzuschalten, während der Anteil der Ausgangsspannung oberhalb der Bezugsspannung liegt. Die Steuerlogik kann aufhören, die Ladungsinjektionsschaltung zwischen der dritten und vierten Konfiguration hin und her zu schalten, sobald der Anteil der Ausgangsspannung die Bezugsspannung erreicht hat (d.h. auf den Pegel dieser abgesenkt wurde). Somit ist sichergestellt, dass die gewünschte Zielspannung schnell ohne Unterschwingen erreicht werden kann.
In manchen Ausführungsformen kann der Schaltstromkreis ein erstes Schaltelement zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) eines ersten Anschlusses des kapazitiven Elements an den ersten Spannungspegel umfassen. Der Schaltstromkreis kann ferner ein zweites Schaltelement zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) des ersten Anschlusses des kapazitiven Elements an den zweiten Spannungspegel umfassen. Der Schaltstromkreis kann ferner ein drittes Schaltelement zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) eines zweiten Anschlusses des kapazitiven Elements mit der Ausgangsspannung umfassen. Der Schaltstromkreis kann ferner noch ein viertes Schaltelement zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) des zweiten Anschlusses des kapazitiven Elements mit dem Zwischenknoten umfassen. Die ersten bis vierten Schaltelemente können beispielsweise Transistoren sein. In der ersten Konfiguration können das erste und das dritte Schaltelement geschlossen sein (im Wesentlichen leitender Zustand) und das zweite und vierte Schaltelement können geöffnet sein (im Wesentlichen nichtleitender Zustand). In der zweiten Konfiguration können das erste. und dritte Schaltelement geöffnet sein und das zweite und vierte Schaltelement können geschlossen sein. In der dritten Konfiguration können das zweite und das dritte Schaltelement geschlossen sein, und das erste und vierte Schaltelement können geöffnet sein. In der vierten Konfiguration können das zweite und dritte Schaltelement geöffnet sein und das erste und vierte Schaltelement können geschlossen sein. Auf diese Weise konfiguriert bzw. ausgebildet weist die Schaltung eine einfache und effiziente Implementierung des Schaltstromkreises auf.
In manchen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner ein zweites kapazitives Element umfassen, das zwischen den Zwischenknoten und einen vorgegebenen Spannungspegel gekoppelt ist (z.B. verbunden). Der vorgegebene Spannungspegel kann der erste Spannungspegel sein (z.B. Masse). Somit kann das zweite kapazitive Element die elektrische Ladung mit dem ersten kapazitiven Element ebnen bzw. einpegeln, wenn der Schaltstromkreis zur zweiten oder vierten Konfiguration übergeht, um dadurch die Spannung an dem Zwischenknoten zu erhöhen oder abzusenken, d.h. die Steuerspannung.
In manchen Ausführungsformen kann eine Kapazität (Kapazitätswert) des zweiten kapazitiven Elements um einen Faktor 10 oder höher größer sein als eine Kapazität (Kapazitätswert) des ersten kapazitiven Elements. Dadurch kann eine angemessene Schrittgröße zum Erhöhen oder Absenken der Steuerspannung aufgrund von Ladungsinjektion für jeden vollen Betriebszyklus der Ladungsinjektion an der Zwischenknotenschaltung sichergestellt werden.
In manchen Ausführungsformen kann die Ladungsinjektionsschaltung eine steuerbare (schaltbare) Stromquelle umfassen, die z.B. durch eine feststehende Zeitdauer gesteuert werden, um eine bestimmte Spannungsrampe an der Ausgabe bzw. am Ausgang zu erreichen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine (gewünschte) Zielspannung. Das Verfahren kann ein Steuern einer jeweiligen Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung, wie beispielsweise ein LDO, betreffen. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen einer Spannung (Rückkopplungsspannung), die ein variabler Anteil der Ausgangsspannung ist, zum Beispiel in Übereinstimmung mit einem Steuersignal in Abhängigkeit einer gewünschten Zielspannung. Bei dem Steuersignal kann es sich um ein digitales Steuersignal handeln. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen einer Steuerspannung auf Grundlage einer Bezugsspannung und des variablen Anteils der Ausgangsspannung. Die gewünschte Zielspannung kann durch die Bezugsspannung und den variablen Anteil (bzw. dessen numerischen Wert) bestimmt werden. Zum Beispiel kann die gewünschte Zielspannung von der Bezugsspannung dividiert durch den variablen Anteil (bzw. dessen numerischen Wert) abhängen bzw. diesem im Wesentlichen entsprechen. Die Steuerspannung kann mittels einer Fehlerverstärkerstufe erzeugt werden. Die Fehlerverstärkerstufe kann einen Fehlerverstärker umfassen wie zum Beispiel einen OTA. Das Verfahren umfasst ferner ein Puffern der Steuerspannung, um die Ausgangsspannung zu erzeugen. Das Puffern kann mittels einer Pufferstufe beinhaltend einen Pufferverstärker, wie beispielsweise einem Pegelumsetzer (z.B. ein Pegelumsetzer mit Offset) durchgeführt werden. Die Pufferstufe kann eine Durchlassvorrichtung (z.B. einen Durchlasstransistor) zum Durchleiten eines Ausgangsstroms umfassen. Die Pufferstufe kann eine Rückkopplungs- bzw. Feedback-Schleife umfassen. Zum Beispiel kann das Erzeugen der Ausgangsspannung das Aufnehmen der Steuerspannung und der Ausgangsspannung als Eingaben mit sich bringen bzw. umfassen. Das Verfahren umfasst noch ferner das Modifizieren der erzeugten Steuerspannung mittels Ladungsinjektion, zum Beispiel an einem Zwischenknoten zwischen der Fehlerverstärkerstufe und der Pufferstufe. Hierbei kann sich Ladungsinjektion allgemein auf die Injektion bzw. Einbringung von negativer Ladung beziehen oder auf die (virtuelle) Injektion bzw. Einbringung von positiver Ladung, wobei Letztere der Entnahme von negativer Ladung entspricht. Die Ladungsinjektion erfolgt mithilfe eines (ersten) kapazitiven Elements. Das Verfahren umfasst ferner ein Vergleichen des variablen Anteils der Ausgangsspannung mit der Bezugsspannung. Das Verfahren umfasst ferner noch das periodische Umschalten zwischen einer ersten Konfiguration, bei der das kapazitive Element von einem Spannungspegel der Steuerspannung getrennt wird und zwischen der Ausgangsspannung und einen ersten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) wird, und einer zweiten Konfiguration, bei der das kapazitive Element zwischen den Spannungspegel der Steuerspannung und einen zweiten Spannungspegel oberhalb des ersten Spannungspegels gekoppelt (z.B. verbunden) wird, falls der Anteil der Ausgangsspannung unterhalb der Bezugsspannung liegt. Der erste Spannungspegel kann Masse sein. Der zweite Spannungspegel kann durch die Spannungsteilerschaltung erzeugt werden. Alternativ kann der zweite Spannungspegel durch eine Bezugsspannungsquelle erzeugt werden.
In manchen Ausführungsformen kann mit dem Modifizieren der Steuerspannung das Erhöhen der Steuerspannung, falls der variable Anteil der Ausgangsspannung kleiner als die Bezugsspannung ist, und das Absenken der Steuerspannung, falls der variable Anteil der Ausgangsspannung größer als die Bezugsspannung ist, einhergehen.
In manchen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das periodische Umschalten zwischen einer dritten Konfiguration, bei der das kapazitive Element von einem Spannungspegel der Steuerspannung getrennt wird und zwischen der Ausgangsspannung und dem zweiten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) wird, und einer vierten Konfiguration, bei der das kapazitive Element zwischen den Spannungspegel der Steuerspannung und einen ersten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) wird, umfassen, falls der Anteil der Ausgangsspannung über der Bezugsspannung liegt.
In manchen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Schalten eines ersten Schaltelements umfassen, das einen ersten Anschluss des kapazitiven Elements mit dem ersten Spannungspegel koppelt (z.B. verbindet). Das Verfahren kann ferner das Schalten eines zweiten Schaltelements umfassen, das den ersten Anschluss des kapazitiven Elements an den zweiten Spannungspegel koppelt (z.B. verbindet). Das Verfahren kann ferner das Schalten eines dritten Schaltelements umfassen, das einen zweiten Anschluss des kapazitiven Elements mit der Ausgangsspannung koppelt (z.B. verbindet). Das Verfahren kann ferner noch das Schalten eines vierten Schaltelements umfassen, das den zweiten Anschluss des kapazitiven Elements an den Spannungspegel der Steuerspannung koppelt (z.B. verbindet).
In manchen Ausführungsformen kann die Ladungsinjektion durch eine steuerbare (schaltbare) Stromquelle durchgeführt werden.
Insbesondere kann das Verfahren auf jede der oben beschriebenen Schaltungen angewendet werden, zum Beispiel als Verfahren zum Betreiben dieser Schaltungen.
Es sei angemerkt, dass sich in der vorliegenden Schrift der Ausdruck „koppeln“ bzw. „gekoppelt“ auf Elemente bezieht, die in elektrischer Kommunikation zueinander stehen, unabhängig davon, ob diese Verbindung unmittelbar z.B. über Drähte, oder auf andere Weise herbeigeführt wird.
Darüber hinaus sei angemerkt, dass die Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale auf vielerlei Weise untereinander ausgetauscht werden können. Insbesondere können die Einzelheiten des offenbarten Verfahrens als Vorrichtung implementiert sein, die geeignet ist, manche oder alle der Schritte des Verfahrens durchzuführen, und umgekehrt, wie einem Fachmann ersichtlich ist. Insbesondere sei angemerkt, dass sich Verfahren gemäß der Offenbarung auf Verfahren zum Betrieb der Schaltungen bzw. Schaltkreise gemäß den obigen Ausführungsformen und Varianten dieser beziehen und dass entsprechende Aussagen, die in Bezug auf diese Schaltungen getroffen wurden gleichfalls für die entsprechenden Verfahren Gültigkeit besitzen.
Figurenliste
Untenstehend werden Ausführungsformen der Offenbarung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:

1 schematisch ein Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung veranschaulicht, auf die Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können,
2 schematisch ein weiteres Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung veranschaulicht, auf die Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können,
3 schematisch ein Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung veranschaulicht,
4 schematisch ein weiteres Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung veranschaulicht,
Fig. 5A und 5B schematisch ein Beispiel des Betriebs der Schaltung aus Fig. 4 für eine gewünschte Zielspannung über der Stromausgangsspannung veranschaulichen,
Fig. 6A und 6B schematisch ein Beispiel des Betriebs der Schaltung aus Fig. 4 für eine gewünschte Zielspannung unterhalb der Stromausgangsspannung veranschaulichen,
Fig. 7A und 7B Zeitdiagramme sind, die schematisch Spannungspegel und Steuersignalpegel in der Schaltung aus 4 zeigen, und
8 schematisch noch ein anderes Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung gemäß Ausführungsformen der Offenbarung veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung
Ein Beispiel eines Spannungsreglers 100, auf den Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können, ist schematisch in 1 veranschaulicht. Der Spannungsregler 100 kann ausgelegt sein, einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung zu entsprechen. Zum Beispiel kann der Spannungsregler 100 ein Low-Drop-Spannungsregler (LDO) sein. Der Spannungsregler 100 kann eine Fehlerverstärkerstufe und eine Pufferstufe 30 aufweisen, die in Reihe zueinander geschaltet sind (z.B. verbunden). Die Fehlerverstärkerstufe kann einen Fehlerverstärker 20 umfassen. Der Fehlerverstärker 20 kann einen Transkonduktanzverstärker (OTA) umfassen bzw. ein OTA sein. Der Spannungsregler 100 kann ferner eine schaltbare Spannungsteilerschaltung 10 zur Erzeugung einer Spannung V_Rtap (Rückkopplungsspannung) umfassen, bei der es sich um einen Anteil der Ausgangsspannung des Spannungsreglers 100 handelt. Bei dem Anteil kann es sich um einen variablen Anteil handeln, der durch einen Schaltbetrieb der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 einstellbar ist, zum Beispiel gesteuert von einem digitalen Steuersignal. Die Rückkopplungsspannung V_Rtap kann einem Eingangsport bzw. anschluss (z.B. negativer oder invertierender Eingang) der Fehlerverstärkerstufe (z.B. des Fehlerverstärkers 20) zugeführt werden. Eine Bezugsspannung V_REF (z.B. eine feststehende Bezugsspannung) kann dem anderen Eingangsport (z.B. dem positiven, oder nicht invertierenden Eingang) der Fehlerverstärkerstufe (z.B. des Fehlerverstärkers 20) zugeführt werden.
Die Fehlerverstärkerstufe kann eine Differenzeingangsspannung (z.B. eine Differenz zwischen der Bezugsspannung V_REF und der Rückkopplungsspannung V_Rtap) in eine nicht-differenzielle Ausgabe wandeln. Die Fehlerverstärkerstufe kann als nicht-differenzielle Ausgabe eine Steuerspannung V_control erzeugen, die der Pufferstufe 30 zugeführt werden kann. Somit kann die Fehlerverstärkerstufe ausgelegt sein, die Steuerspannung V_control auf Grundlage der Bezugsspannung V_REF und der Rückkopplungsspannung V_Rtap zu erzeugen. Der Spannungsregler 100 kann ferner ein kapazitives Element 40 (kapazitives Ausgleichselement) umfassen, das zwischen einem vorgegebenen Spannungspegel (z.B. Masse) und einem Zwischenknoten 25 zwischen einem Ausgangsanschluss des Fehlerverstärkers 20 und der Pufferstufe 30 eingebunden ist. Das kapazitive Element 40 kann eine Ausgleichskapazität Cc besitzen. Die Fehlerverstärkerstufe kann ausgelegt sein, das kapazitive Element zu beinhalten.
Die Pufferstufe 30 kann einen Pufferverstärker umfassen, wie zum Beispiel einen Pegelumsetzer (mit oder ohne Offset). Die Pufferstufe 30 kann ferner eine Durchlassvorrichtung (Durchlasstransistor) des Spannungsreglers 100 zum Durchleiten eines Ausgangsstroms des Spannungsreglers 100 umfassen. Die Pufferstufe 30 kann als Ausgangsspannung V_out eine Spannung ausgeben '(z.B. erzeugen), die von der Steuerspannung V_control abhängt. Somit kann die Pufferstufe 30 ausgelegt sein, die Steuerspannung V_control zu puffern, um die Ausgangsspannung V_out zu erzeugen. Die Pufferstufe 30 kann ferner ausgelegt sein, gesteuert von der Fehlerverstärkerstufe (z.B. Fehlerverstärker 20) zu arbeiten. Die durch die Pufferstufe 30 ausgegebene Ausgangsspannung V_out kann der Steuerspannung V_control entsprechen (kann dieser Spannung z.B. gleich sein), oder kann von der Steuerspannung V_control um einen Spannungs-Offset abgesetzt sein (z.B. ein konstanter Offset wie ein Offset, der sich aus einer Grenzspannung eines Transistors ergibt, der von der Pufferstufe 30 umfasst ist). Die Ausgangsspannung V_out kann an dem Ausgabeknoten 35 der Spannungsreglers 100 ausgegeben werden.
Die Pufferstufe 30 kann eine hohe Bandbreite und eine niedrige Ausgangsimpedanz haben, um in der Lage zu sein, eine elektrische Last 60 zu treiben, die eine (hohe) Lastkapazität (C_L) 50 besitzt. Die Pufferstufe 30 regelt V_out basierend auf der Steuerspannung V_control. Im Gegensatz dazu kann die Fehlerverstärkerstufe (z.B. der Fehlerverstärker 20) für eine niedrige Bandbreite ausgelegt sein, um so einen dominanten Pol in dem System bereitzustellen, der mit dem kapazitiven Ausgleichselement 40 verbunden ist. Somit kann die Hauptschleife des Spannungsreglers 100, der die Fehlerverstärkerstufe beinhaltet, eine geringere Bandbreite haben als die Pufferschleife, welche die Pufferstufe 30 umfasst.
Bei dem Spannungsregler 100 kann die Ausgangsspannung V_out durch Steuern des variablen Anteils der Ausgangsspannung V_out gesteuert werden, die von der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 als Rückkopplungsspannung V_Rtap ausgegeben wird. Mit anderen Worten kann die Ausgangsspannung V_out durch Ändern des Teilungsverhältnisses der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 gesteuert werden. Wie oben angegeben kann der Wert des variablen Anteils durch einen Schaltbetrieb bzw. Schaltvorgang der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 gesteuert werden. Der Schaltvorgang kann gemäß (z.B. gesteuert von) einem digitalen Steuersignal zum Festlegen der gewünschten Zielspannung des Spannungsreglers 100 durchgeführt werden. Somit kann die schaltbare Spannungsteilerschaltung 10 ausgelegt sein, die Rückkopplungsspannung gemäß einem (digitalen) Steuersignal zu erzeugen, das von der gewünschten Zielspannung abhängt (bzw. auf diese hinweist).
Falls der Wert des besagten variablen Anteils erhöht wird, wird die Fehlerverstärkerstufe die Steuerspannung V_control (und somit die Ausgangsspannung V_out) regeln, so dass die erhöhte Rückkopplungsspannung V_Rtap, die durch den erhöhten Anteil der Ausgangsspannung V_out gegeben ist, und die Bezugsspannung V_REF übereinstimmen. Das bedeutet, dass die von der Fehlerverstärkerstufe ausgegebene Steuerspannung V_control verringert wird, und somit die Ausgangsspannung V_out verringert wird. Falls hingegen der Wert des besagten variablen Anteils verringert wird, wird die Fehlerverstärkerstufe die Steuerspannung V_control (und somit die Ausgangsspannung V_out) regeln, so dass die verringerte Rückkopplungsspannung V_Rtap, die durch den verringerten Anteil der Ausgangsspannung V_out gegeben ist, und die Bezugsspannung V_REF übereinstimmen. Das bedeutet, dass die von der Fehlerverstärkerstufe ausgegebene Steuerspannung V_control erhöht wird, und somit die Ausgangsspannung V_out erhöht wird. Im Ergebnis kann die Ausgangsspannung V_out gesteuert werden, um mit der gewünschten Zielspannung übereinzustimmen, die von der Bezugsspannung V_REF dividiert durch den vorliegenden Wert des variablen Anteils abhängen kann (z.B. im Wesentlichen hierdurch gegeben sein kann).
Da die Pufferstufe 30 eine sehr hohe Bandbreite haben kann, wird die Ausgangsspannung V_out der Steuerspannung V_control fast augenblicklich bzw. unmittelbar folgen. Deshalb wird die Geschwindigkeit der Änderung der Ausgangsspannung (Änderungsrate) im Wesentlichen von der Bandbreite der Fehlerverstärkerstufe (z.B. Fehlerverstärker 20) bestimmt, die durch den Vorstrom des Fehlerverstärkers 20 und die Ausgleichskapazität C_c gegeben ist.
Ein anderes Beispiel eines Spannungsreglers 200, auf den Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können, ist schematisch in 2 veranschaulicht. Der Spannungsregler 200 aus 2 kann als beispielhafte, spezifische Implementierung des Spannungsreglers 100 aus 1 betrachtet werden. Einfache oder plurale Implementierungseinzelheiten der untenstehenden Beschreibung können im Zusammenhang des Spannungsreglers 100 aus 1 angewendet werden, ohne die Notwendigkeit, jedwedes Implementierungsdetail anzuwenden. Manche dieser Implementierungsdetails betreffen die schaltbare Spannungsteilerschaltung 10 und die Pufferstufe 30. Darüber hinaus, falls nicht anderweitig angegeben, sind Elemente, die in 1 und 2 das gleiche Bezugszeichen tragen, identisch, weshalb eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente offenkundig entfallen kann.
Die schaltbare Spannungsteilerschaltung 10 in dem Spannungsregler 200 aus 2 kann eine Vielzahl von Widerstandselementen (z.B. Widerständen) 11-1, 11-2-, 12-1, 12-2 aufweisen, die in Reihe zwischen einen Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out und Masse gekoppelt (z.B. verbunden) sind. Alternativ kann die schaltbare Spannungsteilerschaltung 10 eine Vielzahl von kapazitiven Elementen anstelle von Widerstandselementen aufweisen. Die Rückkopplungsspannung V_Rtap kann von einem Zwischenknoten 13 der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 ausgegeben (z.B. abgegriffen) werden. Die Vielzahl von Widerstandselementen 11-1, 11-2, die zwischen dem Zwischenknoten 13 und dem Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out gekoppelt (z.B. verbunden) sind, kann schaltbar sein, so dass ein Gesamtwiderstandswert eines Schaltungspfads zwischen dem Zwischenknoten 13 und dem Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out durch Schalten dieser Widerstandselemente 11-1, 11-2 gesteuert werden können. Ein Schalten dieser Widerstandselemente 11-1, 11-2 kann das wahlweise Umgehen mittels Bypass der jeweiligen Widerstandselemente umfassen.
Die Pufferstufe 30 in dem Spannungsregler 200 aus 2 kann eine Rückkopplungsschleife umfassen. Mit anderen Worten kann die Pufferstufe 30 die erzeugte Ausgangsspannung V_out und die Steuerspannung V_control als Eingaben aufnehmen. Zum Beispiel kann die Pufferstufe 30 einen Pufferverstärker aufweisen, und die von dem Pufferverstärker ausgegebene Ausgangsspannung V_out kann an den Eingangsport (z.B. den negativen bzw. invertierenden Eingang) des Pufferverstärkers zurückgeführt werden. Die Steuerspannung V_control kann an den anderen Eingangsport (z.B. den positiven oder nicht-invertierenden Eingang) des Pufferverstärkers zugeführt werden.
Als nächstes werden Ausführungsformen der Offenbarung anhand von 3 bis 8 erläutert. Insbesondere können Ausführungsformen der Offenbarung auf beide oben beschriebenen Regler angewendet werden.
Allgemein gesagt betrifft das Wesen der vorliegenden Offenbarung Ladungsinjektion in die Ausgabe der Fehlerverstärkerstufe (z.B. Fehlerverstärker 20) durch eine Ladungsinjektionsschaltung 70, um dadurch gleichzeitig die Änderungsrate der Steuerspannung V_control und der Ausgangsspannung V_out zu erhöhen.
3 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines Spannungsreglers 300 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Der Spannungsregler 300 kann ausgelegt sein, einer Schaltung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung und Regelung der Ausgangsspannung auf eine Zielspannung zu entsprechen.
Der Spannungsregler 300 unterscheidet sich von dem Spannungsregler 100 aus 1 dahingehend, dass er eine Ladungsinjektionsschaltung 70 zur Injektion bzw. Einbringung von (positiver oder negativer) Ladung (d.h. elektrischer Ladung) an dem Zwischenknoten 25 aufweist. Die Ladungsinjektionsschaltung 70 kann zwischen dem Zwischenknoten 25 und einem ersten Spannungspegel (z.B. Masse) gekoppelt (z.B. verbunden) sein. Eine Ladungsinjektion an dem Zwischenknoten 25 kann dazu dienen, die von der Fehlerverstärkerstufe (z.B. Fehlerverstärker 20) ausgegebene Steuerspannung V_control zu modifizieren. Die Pufferstufe 30 kann gesteuert von der modifizierten Steuerspannung arbeiten.
Die Ladungsinjektionsschaltung 70 kann konfiguriert sein, eine elektrische Ladung an dem Zwischenknoten 25 zu injizieren. Insbesondere kann die Ladungsinjektionsschaltung 70 konfiguriert sein, eine elektrische Ladung derart zu injizieren bzw. einzubringen, dass die modifizierte Steuerspannung geringer ist als die von der Fehlerverstärkerstufe erzeugte Steuerspannung, d.h. derart, dass die Steuerspannung abgesenkt wird, falls die Rückkopplungsspannung V_Rtap größer ist als die Bezugsspannung V_REF. Die Ladungsinjektionsschaltung 70 kann ebenfalls konfiguriert sein, Ladung an dem Zwischenknoten derart zu injizieren bzw. einzubringen, dass die modifizierte Steuerspannung höher ist als die von der Fehlerverstärkerstufe erzeugte Steuerspannung, d.h. derart, dass die Steuerspannung angehoben wird, falls die Rückkopplungsspannung V_Rtap kleiner als die Bezugsspannung V_REF ist.
4 veranschaulicht schematisch ein anderes Beispiel eines Spannungsreglers 400 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Der Spannungsregler 400 aus 4 kann als beispielhafte, spezifische Implementierung des Spannungsreglers aus 3 betrachtet werden. Einzelne oder mehrere bzw. plurale Implementierungsdetails der untenstehenden Beschreibung können im Zusammenhang mit dem Spannungsregler 300 aus 3 angewendet werden, ohne die Notwendigkeit, jedes Implementierungsdetail anzuwenden. Manche dieser Implementierungsdetails betreffen die Ladungsinjektionsschaltung 70. Darüber hinaus, falls nicht anderweitig angegeben, sind Elemente mit gleichen Bezugszeichen in 3 und 4 identisch, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente offenkundig verzichtet werden kann.
Der Spannungsregler 400 unterscheidet sich von dem Spannungsregler 200 in 2 durch das Aufweisen der Ladungsinjektionsschaltung 70 zum Injizieren bzw. Einbringen oder Entnehmen von Ladung (d.h. elektrischer Ladung) an dem Zwischenknoten 25. Allgemein kann die Ladungsinjektionsschaltung 70 ausgelegt sein, Ladung zu injizieren. Insbesondere kann die Ladungsinjektionsschaltung ausgelegt sein, negative Ladung zu injizieren bzw. einzubringen oder (virtuell) positive Ladung zu injizieren bzw. einzubringen, wobei Letzteres der Entnahme von negativer Ladung entspricht. Die Anordnung (z.B. Kopplung) und der Betrieb der Ladungsinjektionsschaltung 70 können mit der Anordnung (z.B. Kopplung) und dem Betrieb der Ladungsinjektionsschaltung 70 in 3 identisch sein. Es sei angemerkt, dass 4 eine spezifische, beispielhafte Implementierung der Ladungsinjektionsschaltung 70 zeigt.
Dementsprechend kann die Ladungsinjektionsschaltung 70 ein (erstes) kapazitives Element 80 (C_F) umfassen. Das erste (kapazitive) Element 80 kann einen Kondensator beinhalten oder ein solcher sein. Die Ladungsinjektionsschaltung 70 kann ferner einen Schaltstromkreis (z.B. eine Anordnung von Schaltelementen) umfassen. Der Schaltstromkreis kann in eine erste Konfiguration und eine zweite Konfiguration schaltbar sein. In der ersten Konfiguration des Schaltstromkreises kann das erste kapazitive Element 80 von dem Zwischenknoten 25 getrennt werden und zwischen den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out und den ersten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) werden. Der erste Spannungspegel kann unterhalb des Spannungspegels der Ausgangsspannung V_out liegen. Der erste Spannungspegel kann zum Beispiel Masse sein. In der zweiten Konfiguration des Schaltstromkreises kann das erste kapazitive Element 80 zwischen den Zwischenknoten 25 und einen zweiten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) sein. Der zweite Spannungspegel kann oberhalb des ersten Spannungspegels liegen. Ferner kann der zweite Spannungspegel unterhalb des Spannungspegels der Ausgangsspannung V_out liegen. Der zweite Spannungspegel kann ein Spannungspegel einer der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 ausgegebenen Spannung V_refdvc sein. Alternativ kann der zweite Spannungspegel zum Beispiel ein vorgegebener Spannungspegel einer von einer Bezugsspannungsversorgung ausgegebenen Spannung sein.
Der Schaltstromkreis kann ferner in eine dritte Konfiguration und eine vierte Konfiguration schaltbar sein. In der dritten Konfiguration des Schaltstromkreises kann das erste kapazitive Element 80 von dem Zwischenknoten 25 getrennt und zwischen den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out und den zweiten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) werden. In der vierten Konfiguration des Schaltstromkreises kann das erste kapazitive Element zwischen den Zwischenknoten 25 und den ersten Spannungspegel gekoppelt (z.B. verbunden) werden.
In manchen Ausführungsformen kann der Schaltstromkreis erste bis vierte Schaltelemente 91, 92, 93, 94 wie etwa Schalter (z.B. Steuerschalter) umfassen bzw. beinhalten. Die ersten bis vierten Schaltelemente 91, 92, 93, 94 können zum Beispiel Transistoren beinhalten oder Transistoren sein. Das erste Schaltelement 91 kann konfiguriert sein (z.B. angeordnet) zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) eines ersten Anschlusses des ersten kapazitiven Elements 80 an den ersten Spannungspegel. Das zweite Schaltelement 92 kann konfiguriert sein (z.B. angeordnet) zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) des ersten Anschlusses des ersten kapazitiven Elements 80 an den zweiten Spannungspegel. Zum Beispiel kann das zweite Schaltelement 92 zwischen den ersten Anschluss des ersten kapazitiven Elements 80 und einem zusätzlichen Abgriff (zweiter Zwischenknoten) 14 der schaltbaren Spannungsteilerschaltung 10 gekoppelt (z.B. verbunden) werden. Das dritte Schaltelement 93 kann konfiguriert (z.B. angeordnet) sein zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) eines zweiten Anschlusses des ersten kapazitiven Elements 80 an den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out. Das vierte Schaltelement 94 kann konfiguriert (z.B. angeordnet) sein zum schaltbaren Koppeln (z.B. Verbinden) des zweiten Anschlusses des ersten kapazitiven Elements 80 an den Zwischenknoten 25.
Für die erste Konfiguration des Schaltstromkreis können das erste und das dritte Schaltelement 91, 93 geschlossen sein (d.h. es gestatten, dass ein Strom durchtritt), und das zweite und vierte Schaltelement 92, 94 können geöffnet sein (d.h. Ströme im Wesentlichen blockieren). In der zweiten Konfiguration können das erste und dritte Schaltelement 91, 93 geöffnet sein und das zweite und vierte Schaltelement 92, 94 können geschlossen sein. In der dritten Konfiguration können das zweite und dritte Schaltelement 92, 93 geschlossen sein und das erste und vierte Schaltelement 91, 94 können geöffnet sein. Schließlich können in der vierten Konfiguration das zweite und dritte Schaltelement 92, 93 geöffnet sein und das erste und vierte Schaltelement 91, 94 geschlossen sein. Hierbei versteht sich der geschlossene Zustand eines Schaltelements dahingehend, dass er einen leitenden Zustand beschreibt, und der offene bzw. geöffnete Zustand eines Schaltelements beschreibt einen im Wesentlichen nichtleitenden Zustand. Das erste bis vierte Schaltelement kann zum Beispiel durch Transistoren implementiert sein, wie oben angegeben.
Der Spannungsregler 400 kann ferner ein zweites kapazitives Element 40 umfassen, das zwischen den Zwischenknoten 25 und einen vorgegebenen Spannungspegel verbunden ist. Das zweite kapazitive Element kann das kapazitive Ausgleichselement 40 sein, welches obenstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde. Der vorgegebene Spannungspegel kann der erste Spannungspegel sein (z.B. Masse). Das erste kapazitive Element 80 kann eine kleinere Kapazität als das zweite kapazitive Element 40 besitzen. Zum Beispiel kann die Kapazität (Kapazitätswert) C_c des zweiten kapazitiven Elements 40 um einen Faktor von 10 oder mehr größer sein als die Kapazität (Kapazitätswert) C_F des ersten kapazitiven Elements 80. In manchen Ausführungsformen zum Beispiel kann die Kapazität C_c des zweiten kapazitiven Elements 40 um einen Faktor von zwischen 25 und 45 größer sein als die Kapazität C_F des ersten kapazitiven Elements 80. Wie untenstehend beschrieben werden wird, können die relativen Größen der Kapazitäten des ersten und zweiten kapazitiven Elements 80, 40 die Größe der Zunahme oder Abnahme ΔV_control der Steuerspannung V_control resultierend aus der Ladungsinjektion festlegen.
Der Spannungsregler 400 kann ferner eine Steuerlogik (in 4 nicht dargestellt) zur Steuerung des Schaltstromkreises umfassen. Die Steuerlogik kann den Schaltstromkreis periodisch zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration schalten, während die Rückkopplungsspannung V_Rtap unterhalb der Bezugsspannung V_REF liegt (d.h. während die Ausgangsspannung V_out angehoben werden soll). Ebenfalls kann die Steuerlogik den Schaltstromkreis periodisch zwischen der dritten Konfiguration und der vierten Konfiguration schalten, während die Rückkopplungsspannung V_Rtap oberhalb der Bezugsspannung bzw. Referenzspannung V_REF liegt (d.h. während die Ausgangsspannung V_out abgesenkt werden soll). Die Steuerlogik kann durch einen digitalen Steuerblock eines PMIC aufweisend den Spannungsregler 400 implementiert sein.
Der Betrieb (wie etwa ein DVC-Betrieb) zur Erhöhung oder Absenkung der Ausgangsspannung V_out kann jeweils aus zwei Phasen bestehen. Die jeweiligen zwei Phasen können abwechselnd wiederholt werden, bis die gewünschte Zielspannung erreicht wurde. Die Wiederholung kann periodisch erfolgen, wie zum Beispiel auf Grundlage eines Taktsignals. Ferner kann die Wiederholung gesteuert von der Steuerlogik durchgeführt werden. Fig. 5A und 5B veranschaulichen schematisch ein Beispiel der jeweiligen zwei Betriebsphasen des Spannungsreglers 400 aus Fig. 4 für eine gewünschte Zielspannung oberhalb der aktuellen Ausgangsspannung (Spannung-Anheben-Betrieb, z.B. DVC-Anheben-Betrieb). Fig. 6A und 6B veranschaulichen schematisch ein Beispiel der jeweiligen zwei Betriebsphasen des Spannungsreglers 400 für eine gewünschte Zielspannung unterhalb der aktuellen Ausgangsspannung (Spannung-Absenken-Betrieb, z.B. DVC-Absenk-Betrieb).
5A veranschaulicht schematisch die Schaltkonfiguration und entsprechende Spannungen für die erste Phase (Phase 1) des Erhöhens der Ausgangsspannung V_out (Spannung-Anheben-Betrieb, z.B. DVC-Anheben-Betrieb). Während dieser Phase, die als Ladephase bezeichnet werden kann, kann sich der Schaltstromkreis in der ersten Konfiguration befinden. Entsprechend kann das erste und dritte Schaltelement 91, 93 geschlossen sein und das zweite und vierte Schaltelement 92, 94 kann geöffnet sein. Somit kann das erste kapazitive Element 80 zwischen Masse (als Beispiel des ersten Spannungspegels) und dem Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out gekoppelt (z.B. verbunden) werden und bis zur Ausgangsspannung V_out geladen werden. Somit wird die Spannung V_CF über dem ersten kapazitiven Element 80 steigen. Der Stromfluss während dieser Phase ist durch den gebogenen Pfeil in 5A angedeutet (erkennbar werden Elektronen in die entgegengesetzte Richtung strömen). Die Steuerspannung V_control und die Ausgangsspannung V_out hingegen können während dieser Phase unverändert bleiben.
5B veranschaulicht schematisch die Schaltkonfiguration und entsprechende Spannungen für die zweite Phase (Phase 2) des Erhöhens der Ausgangsspannung V_out (Spannung-Anheben-Betrieb, z.B. DVC-Anhebe-Betrieb). Während dieser Phase, die als Entladungsphase bezeichnet werden kann, kann sich der Schaltstromkreis in der zweiten Konfiguration befinden. Entsprechend können das erste und dritte Schaltelement 91, 93 geöffnet sein und das zweite und vierte Schaltelement 92, 94 können geschlossen sein. Somit kann das erste kapazitive Element 80 zwischen den Zwischenknoten 25 und den zweiten Spannungspegel V_refdvc gekoppelt (z.B. verbunden) werden. Da der zweite Spannungspegel V_refdvd oberhalb von Masse bzw. des Massepotentials liegt (als Beispiel für den ersten Spannungspegel), wird die Spannung Vcf an dem ersten kapazitiven Element 80 durch die zweite Spannung V_refdvc verstärkt (im Allgemeinen um die Differenz zwischen der zweiten Spannung und der ersten Spannung, falls sich der erste Spannungspegel von dem Massespannungspegel unterscheidet. Deshalb kann das erste kapazitive Element 80 über das vierte Schaltelement 94 zum zweiten kapazitiven Element 40 entladen werden. Der Stromfluss während dieses Phase ist durch den gebogenen Pfeil in 5B angedeutet (erkennbar werden Elektronen in die entgegengesetzte Richtung strömen). Zur gleichen Zeit erhöht sich die Steuerspannung V_control aufgrund der elektrischen Ladung, die sich das erste und das zweite kapazitive Element 80, 40 teilen. Insbesondere kann eine Spannungsänderung der Steuerspannung V_control (resultierende Spannungsänderung am Ende der zweiten Phase) gegeben sein durch $Δ V_{control} = Δ V_{out} = C_{F} / (C_{C} + C_{F}) \cdot V_{refdvc} .$
Falls der erste Spannungspegel nicht dem Massepotential entspricht, müsste V_refdvc in der obigen Gleichung durch die Differenz zwischen dem zweiten Spannungspegel und dem ersten Spannungspegel ersetzt werden.
Wie der obigen Gleichung entnommen werden kann, wird die Schrittgröße, um die die Steuerspannung V_control verändert wird (d.h. im vorliegenden Fall erhöht), durch die zweite Spannung (allgemein durch die Differenz zwischen der zweiten Spannung und der ersten Spannung, falls der erste Spannungspegel sich von dem Massespannungspegel bzw. Potential unterscheidet) und dem Verhältnis zwischen der Kapazität C_F des ersten kapazitiven Elements 80 und der Summe der Kapazitäten C_F und C_c des ersten und des zweiten kapazitiven Elements 80, 40 festgelegt.
Die Pufferstufe 30 wird die Lastkapazität (d.h. die Ausgangsspannung V_out) treiben, damit sie der Steuerspannung V_control folgt.
Wie oben angedeutet können die erste und die zweite Betriebsphase (Spannung-Anheben-Betrieb z.B. DVC-Anhebe-Betrieb) abwechselnd wiederholt werden, bis die Ausgangsspannung V_out auf die gewünschte Zielspannung erhöht wurde.
6A veranschaulicht schematisch die Schaltkonfiguration und entsprechende Spannungen für die erste Phase (Phase 1) des Absenkens der Ausgangsspannung V_out (Spannung-Absenken-Betrieb, z.B. DVC-Absenken-Betrieb). Während dieser Phase, die als Ladephase bezeichnet werden kann, kann sich der Schaltstromkreis in der dritten Konfiguration befinden. Entsprechend kann das zweite und das dritte Schaltelement 92, 93 geschlossen sein und das erste und das vierte Schaltelement 91, 94 kann geöffnet sein. Somit kann das erste kapazitive Element 80 zwischen den zweiten Spannungspegel V_refdvc und den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out gekoppelt (z.B. verbunden) sein und kann bis zur Ausgangsspannung V_out geladen werden. Somit wird die Spannung V_CF über dem ersten kapazitiven Element 80 steigen. Der Stromfluss während dieser Phase ist durch den gebogenen Pfeil in 6A angedeutet. Die Steuerspannung V_control und die Ausgangsspannung V_out können während dieser Phase hingegen unverändert bleiben.
6B veranschaulicht schematisch die Schaltkonfiguration und entsprechende Spannungen für die zweite Phase (Phase 2) des Absenkens der Ausgangsspannung V_out (Spannung-Absenken-Betrieb, z.B. DVC-Absenken-Betrieb). Während dieser Phase, die als Entladungsphase bezeichnet werden kann, kann sich -der Schaltstromkreis in der vierten Konfiguration befinden. Entsprechend können das zweite und dritte Schaltelement 92, 93 offen bzw. geöffnet sein und das erste und vierte Schaltelement 91, 94 können geschlossen sein. Somit kann das erste kapazitive Element 80 zwischen den Zwischenknoten 25 und Masse (als Beispiel des ersten Spannungspegels) gekoppelt (z.B. verbunden) sein. Da der erste Spannungspegel unterhalb des zweiten Spannungspegels liegt, wird die Spannung an dem ersten kapazitiven Element 80 um die Differenz zwischen der zweiten Spannung V_refdvc und der ersten Spannung (z.B. Masse) nach unten gezogen. Falls die erste Spannung dem Massepotential entspricht, wird die Spannung an dem ersten kapazitiven Element 80 von der bzw. um die zweite Spannung V_refdvc nach unten gezogen. Deshalb kann das zweite kapazitive Element 40 entladen werden, über das vierte Schaltelement 94, zu dem ersten kapazitiven Element 80. Der Stromfluss während dieser Phase wird durch den gebogenen Pfeil in 6B angedeutet. Zur gleichen Zeit nimmt die Steuerspannung V_control aufgrund der elektrischen Ladung, die von dem ersten und zweiten kapazitiven Element 80, 40 geteilt werden, ab. Insbesondere kann eine Spannungsänderung der Steuerspannung V_control (resultierende Spannungsänderung am Ende der zweiten Phase) gegeben sein durch $Δ V_{control} = Δ V_{out} = - C_{F} / (C_{C} + C_{F}) \cdot V_{refdvc} .$
Falls der erste Spannungspegel von Masse verschieden ist, müsste V_refdvc in der obigen Gleichung durch die Differenz zwischen dem zweiten Spannungspegel und dem ersten Spannungspegel ersetzt werden.
Auch hier wird die Pufferstufe 30 die Lastkapazität (d.h. die Ausgangsspannung V_out) treiben, damit sie der Steuerspannung V_control folgt.
Wie oben angedeutet kann die erste und zweite Betriebsphase (Spannung-Absenken-Betrieb, z.B. DVC-Absenken-Betrieb) abwechseln wiederholt werden, bis die Ausgangsspannung V_out auf die gewünschte Zielspannung abgesenkt wurde.
Fig. 7A und 7B sind Zeitdiagramme, die Spannungspegel der Steuerspannung V_control und der Ausgangsspannung V_out sowie Steuersignalpegel für das erste bis vierte Schaltelement 91 bis 94 in dem Spannungsregler 400 für den Spannung-Anheben-Betrieb und den Spannung-Absenken-Betrieb jeweils schematisch veranschaulichen.
In 7A zeigt die horizontale Achse die Zeit in beliebigen Zeiteinheiten an, und die vertikale Achse zeigt die Spannung in beliebigen Einheiten an. Die Schaubilder 701, 702, 703, 704, von oben nach unten, zeigen jeweils Steuersignale für das erste bis vierte Schaltelement 91, 92, 93, 94 an. Ein hoher Pegel des Steuersignals zeigt einen geschlossenen Zustand des jeweiligen Schaltelements an, und ein niedriger Pegel des Steuersignals zeigt einen offenen bzw. geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements an. Das Schaubild 705 zeigt den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out an. Schaubild 706 zeigt schließlich den Spannungspegel der Steuerspannung V_control.
Bei t = 0 befindet sich der Schaltstromkreis der Ladungsinjektionsschaltung 70 in der ersten Konfiguration (erste Phase des Spannungs-Anhebe-Betriebs): Das erste und dritte Schaltelement 91, 93 sind geschlossen, und das zweite und vierte Schaltelement 92, 94 sind geöffnet bzw. offen. Während dieser Phase wird das erste kapazitive Element 80 geladen und die Steuerspannung V_control und die Ausgangsspannung V_out verbleiben im Wesentlichen konstant, abgesehen von der vergleichsweise langsamen Regelung durch die Fehlerverstärkerstufe. Dann geht der Schaltstromkreis der Ladungsinjektionsschaltung 70 in die zweite Konfiguration (zweite Phase des Spannung-Anheben-Betriebs) über (wird z.B. geschaltet): Das erste und dritte Schaltelement 91, 93 sind geöffnet, und das zweite und vierte Schaltelement 92, 94 sind geschlossen. Während dieser Phase wird das erste kapazitive Element 80 (teilweise) entladen in das zweite kapazitive Element 40 und die Steuerspannung V_control wird schrittweise bis zu einer Gesamtspannungsänderung ΔV_control hochgezogen. Die Pufferstufe 30 treibt die Ausgangsspannung V_out, damit sie der Steuerspannung V_control folgt. Dann geht der Schaltstromkreis der Ladungsinjektionsschaltung 70 wieder zur ersten Konfiguration über, und der Vorgang bzw. Prozess wiederholt sich. Während jedes vollen Zyklus der ersten und zweiten Phasen wird die Steuerspannung V_control um eine Gesamtmenge ΔV_control angehoben, welche durch die Kapazitäten der ersten und zweiten kapazitiven Elemente 80, 40 und den ersten und zweiten Spannungspegel (insbesondere einer Differenz zwischen diesen Spannungspegeln) bestimmt wird.
In 7B zeigen die Schaubilder 711, 712, 713, 714, von oben nach unten, jeweils Steuersignale für das dritte, erste, vierte und zweite Schaltelement 93, 91, 94, 92. Schaubild 715 zeigt den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_out an. Schaubild 716 zeigt den Spannungspegel der Steuerspannung V_control an.
Bei t = 0 befindet sich der Schaltstromkreis der Ladungsinjektionsschaltung 70 in der vierten Konfiguration (zweite Phase des Spannung-Absenken-Betriebs). Dann geht der Schaltstromkreis in die dritte Konfiguration (erste Phase des Spannung-Absenken-Betriebs) über: Das zweite und dritte Schaltelement 92, 93 sind geschlossen, und das erste und vierte Schaltelement 91, 94 sind geöffnet bzw. offen. Während dieser Phase wird das erste kapazitive Element 80 geladen und die Steuerspannung V_control und die Ausgangsspannung V_out verbleiben im Wesentlichen konstant, abgesehen von der vergleichsweise langsamen Regelung durch die Fehlerverstärkerstufe. Dann geht der Schaltstromkreis der Ladungsinjektionsschaltung 70 in die vierte Konfiguration (zweite Phase des Spannung-Absenken-Betriebs) über (wird z.B. geschaltet): Das zweite und dritte Schaltelement 92, 93 sind geöffnet, und das erste und vierte Schaltelement 91, 94 sind geschlossen. Während dieser Phase wird das zweite kapazitive Element 40 (teilweise) entladen in das erste kapazitive Element 80 und die Steuerspannung V_control wird schrittweise bis zu einer Gesamtspannungsänderung ΔV_control herunter gezogen bzw. gesenkt. Die Pufferstufe 30 treibt die Ausgangsspannung V_out, damit sie der Steuerspannung V_control folgt. Dann geht der Schaltstromkreis der Ladungsinjektionsschaltung 70 wieder zur dritten Konfiguration über, und so weiter. Während jedes vollen Zyklus der ersten und zweiten Phasen wird die Steuerspannung V_control um eine Gesamtmenge ΔV_control abgesenkt, welche durch die Kapazitäten der ersten und zweiten kapazitiven Elemente 80, 40 und den ersten und zweiten Spannungspegel (insbesondere eine Differenz zwischen diesen Spannungspegeln) bestimmt wird.
8 veranschaulicht schematisch noch ein anderes Beispiel eines Spannungsreglers 500 gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung. Der Spannungsregler 500 aus 8 kann jeweils als beispielhafte, spezifische Implementierung der Spannungsregler 300, 400 aus 3 und 4 betrachtet werden. Einzelne oder mehrere bzw. plurale Implementierungsdetails der untenstehenden Beschreibung können im Zusammenhang mit den Spannungsreglern 300, 400 implementiert sein, ohne die Notwendigkeit, jedes einzelne Implementierungsdetail anzuwenden. Manche dieser Implementierungsdetails betreffen die schaltbare Spannungsteilerschaltung 10, die Fehlerverstärkerstufe, die Pufferstufe 30, und die Ladungsinjektionsschaltung 70. Darüber hinaus, falls nicht anderweitig angegeben, sind Elemente mit gleichen Bezugszeichen in 3, 4 und 8 identisch, weshalb eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente offenkundig entfallen kann.
In diesem spezifischen Beispiel ist der Fehlerverstärker 20 durch die Transistoren 21A, 21B, 21C, 21D, 21E implementiert. Eine Vorspannung für den Fehlerverstärker 20 kann an einem Steueranschluss (z.B. Gate-Anschluss) des Transistors 21A festgelegt werden. Die Bezugsspannung V_REF kann an dem Steueranschluss (z.B. Gate-Anschluss) des Transistors 21B eingegeben werden. Ferner ist in dem spezifischen Beispiel die Pufferstufe 30 durch die Transistoren 31A, 31B, 31C, 31D implementiert, die den ersten Teil der Pufferstufe 30 bilden, und die Transistoren 32A, 32B, 32C sind der zweite Teil der Pufferstufe 30. Diese Pufferstufe 30 ist lediglich in der Lage, Strom zu liefern (Quelle), jedoch nicht abzusenken. Deshalb ist die Senkstufe auf ähnliche Weise implementiert, indem die Transistoren des ersten Teils 31A, 31B, 31C, 31D wiederverwendet werden und die Transistoren 33A, 33B, 33C, 33D, 33E für den zweiten Teil hinzugefügt werden, um eine Senkeignung bereitzustellen. Transistor 34A ist eine Kopie bzw. Nachbildung von Transistor 31A, um die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerspannung V_control und der Ausgangsspannung V_out abzugleichen. Die Stromquelle 34B wird benötigt, um einen Vorstrom für den nachgebildeten Transistor 34A bereitzustellen. Der Transistor 33A bestimmt, basierend auf der Ausgabe des ersten Teils der Pufferstufe gebildet durch die Transistoren 31A, 31B, 31C, 31D und seiner Gate-Spannung, ob die Quellenstufe oder die Senkstufe aktiv sein wird. Die vorgenannten Transistoren können FET oder MOSFET Transistoren sein, wie etwa PMOS oder NMOS Transistoren. Die Hauptschleife umfasst die Fehlerverstärkerstufe und die Pufferstufe. Gepunktete Pfeile in 8 deuten den DVC-Anheben-Pfad an, und strichgepunktete Pfeile deuten den DVC-Absenken-Pfad an. Erkennbar besitzt der Spannungsregler 500 fünf Umkehr bzw. Inversionsstufen im Quell- oder Senkmodus, was zu einer negativen Rückkopplung führt.
In dem Spannungsregler 500 implementiert der Transistor 32C eine Durchlass-Quellvorrichtung, und Transistor 33E implementiert eine Durchlass-Senkvorrichtung. Da die Durchlass-Senkvorrichtung kleiner als die Durchlass-Quellvorrichtung ist, ist die (Betrag der) Steigung der Änderung der Ausgangsspannung V_out für den Spannung-Absenken-Betrieb in 7B kleiner als die jeweilige Steigung für den Spannung-Anheben-Betrieb in 7A. Der Transistor 32B implementiert eine Diode mit niedriger Kapazität.
Ein Spannungs-Offset zwischen der Ausgangsspannung V_out und der Steuerspannung V_control (wobei die Ausgangsspannung V_out um die Offset-Spannung niedriger ist als die Steuerspannung V_control) kann sich aus einer Grenzspannung des Transistors 31A ergeben. Erkennbar kann ein solcher Spannungs-Offset an Transistor 34A ausgeglichen werden.
In alternativen Ausführungsformen kann die Ladungsinjektionsschaltung 70 durch eine steuerbare (schaltbare) Stromquelle implementiert sein, wie etwa eine steuerbare Stromquelle mit Quell/Senk-Eignung. Die steuerbare Stromquelle kann gesteuert von der Steuerlogik arbeiten. Die steuerbare Stromquelle kann konfiguriert sein, eine vorgegebene (positive oder negative) elektrische Ladung am Zwischenknoten 25 intermittierend einzubringen bzw. zu injizieren, während die Ausgangsspannung V_out erhöht oder verringert werden soll.
Es sei angemerkt, dass die oben beschriebenen Vorrichtungsmerkmale jeweiligen Verfahrensmerkmalen entsprechen, die jedoch aus Platzgründen nicht unbedingt explizit beschrieben sein müssen. Die Offenbarung der vorliegenden Schrift soll sich auch auf solche Verfahrensmerkmale erstrecken. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung insbesondere Verfahren zum Betreiben der oben beschriebenen Schaltungen betrifft.
Es sei ferner angemerkt, dass die Beschreibung und Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Vorrichtung veranschaulichen. Ein Fachmann wird in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die obgleich nicht explizit hier beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in deren Geist und Schutzumfang umfasst sind. Ferner sollen alle in der vorliegenden Schrift verdeutlichten Beispiele und Ausführungsformen prinzipiell ausdrücklich lediglich dem Zwecke der Beschreibung dienen, damit der Leser die Prinzipien des vorgeschlagenen Verfahrens versteht. Ferner sind alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung bereitstellen, sowie spezifische Beispiele hierfür, dafür vorgesehen, Entsprechung der Vorgenannten ebenfalls zu umfassen.

Claims

Schaltung (400) zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (V_out) und Regelung der Ausgangsspannung (V_out) auf eine Zielspannung, die Schaltung (400) aufweisend: eine schaltbare Spannungsteilerschaltung (10), die konfiguriert ist, eine Spannung zu erzeugen, die ein variabler Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) ist; eine Fehlerverstärkerstufe, die konfiguriert ist, eine Steuerspannung (V_control) auf Grundlage einer Bezugsspannung (V_REF) und des variablen Anteils (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) zu erzeugen; eine Pufferstufe (30), die konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (V_out) auf Grundlage der Steuerspannung (V_control) zu erzeugen; eine Ladungsinjektionsschaltung (70), die konfiguriert ist, Ladung an einem Zwischenknoten (25) zwischen der Fehlerverstärkerstufe und der Pufferstufe (30) einzubringen, um dadurch die durch die Fehlerverstärkerstufe erzeugte Steuerspannung (V_control) zu modifizieren, wobei die Ladungsinjektionsschaltung (70) aufweist: ein kapazitives Element (80); und einen Schaltstromkreis (91, 92, 93, 94), der konfiguriert ist, in eine erste Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element (80) von dem Zwischenknoten (25) getrennt und zwischen die Ausgangsspannung (V_out) und einen ersten Spannungspegel unterhalb der Ausgangsspannung (V_out) gekoppelt ist, und in eine zweite Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element (80) zwischen den Zwischenknoten (25) und einen zweiten Spannungspegel (V_refdvc) oberhalb des ersten Spannungspegels gekoppelt ist.
Schaltung (400) gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungsinjektionsschaltung (70) konfiguriert ist, Ladung an dem Zwischenknoten (25) derart einzubringen, dass die Steuerspannung (V_control) gesenkt wird, falls der variable Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) größer als die Bezugsspannung (V_REF) ist, und dass die Steuerspannung (V_control) erhöht wird, falls der variable Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) kleiner als die Bezugsspannung (V_REF) ist.
Schaltung (400) gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Steuerlogik zum periodischen Umschalten des Schaltstromkreises (91, 92, 93, 94) zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration, während der Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) unterhalb der Bezugsspannung (V_REF) liegt.
Schaltung (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schaltstromkreis (91, 92, 93, 94) ferner konfiguriert ist, in eine dritte Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element (80) von dem Zwischenknoten (25) getrennt und zwischen die Ausgangsspannung (V_out) und den zweiten Spannungspegel (V_refdvc) gekoppelt ist, und in eine vierte Konfiguration schaltbar zu sein, bei der das kapazitive Element (80) zwischen den Zwischenknoten (25) und den ersten Spannungspegel gekoppelt ist.
Schaltung (400) nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von Anspruch 3, wobei die Steuerlogik ferner konfiguriert ist, den Schaltstromkreis (91, 92, 93, 94) periodisch zwischen der dritten Konfiguration und der vierten Konfiguration umzuschalten, während der Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) oberhalb der Bezugsspannung (V_REF) liegt.
Schaltung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schaltstromkreis (91, 92, 93, 94) aufweist: ein erstes Schaltelement (91) zum schaltbaren Koppeln eines ersten Anschlusses des kapazitiven Elements (80) an den ersten Spannungspegel; ein zweites Schaltelement (92) zum schaltbaren Koppeln des ersten Anschlusses des kapazitiven Elements (80) an den zweiten Spannungspegel (V_refdvc); ein drittes Schaltelement (93) zum schaltbaren Koppeln eines zweiten Anschlusses des kapazitiven Elements (80) an die Ausgangsspannung (V_out); und ein viertes Schaltelement (94) zum schaltbaren Koppeln des zweiten Anschlusses des kapazitiven Elements (80) an den Zwischenknoten (25).
Schaltung (400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein zweites kapazitives Element (40), das zwischen den Zwischenknoten (25) und einen vorgegebenen Spannungspegel gekoppelt ist.
Schaltung (400) nach Anspruch 7, wobei eine Kapazität des zweiten kapazitiven Elements (40) um einen Faktor 10 oder mehr größer ist als eine Kapazität des ersten kapazitiven Elements (80).
Verfahren zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (V_out) und Regelung der Ausgangsspannung (V_out) auf eine Zielspannung, das Verfahren umfassend: Erzeugen einer Spannung, die ein variabler Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) gemäß einem Steuersignal in Abhängigkeit einer gewünschten Zielspannung ist; Erzeugen einer Steuerspannung (V_control) auf Grundlage einer Bezugsspannung (V_REF) und des variablen Anteils (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out); Puffern der Steuerspannung (V_control), um die Ausgangsspannung (V_out) zu erzeugen; und Modifizieren der erzeugten Steuerspannung (V_control) mittels einer Ladungsinjektion, wobei die Ladungsinjektion mithilfe eines kapazitiven Elements (80) erfolgt und das Verfahren ferner umfasst: Vergleichen des variablen Anteils (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) mit der Bezugsspannung (V_REF); und falls der Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) unterhalb der Bezugsspannung (V_REF) liegt, periodisches Umschalten zwischen einer ersten Konfiguration, bei der das kapazitive Element (80) von einem Spannungspegel der Steuerspannung (V_control) getrennt wird und zwischen die Ausgangsspannung (V_out) und einen ersten Spannungspegel unterhalb der Ausgangsspannung (V_out) gekoppelt wird, und einer zweiten Konfiguration, bei der das kapazitive Element (80) zwischen den Spannungspegel der Steuerspannung (V_control) einen zweiten Spannungspegel (V_refdvc) oberhalb des ersten Spannungspegels gekoppelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei mit dem Modifizieren der Steuerspannung (V_control) ein Absenken der Steuerspannung (V_control) einhergeht, falls der variable Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) größer ist als die Bezugsspannung (V_REF), und ein Anheben der Steuerspannung (V_control) einbezieht, falls der variable Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) kleiner als die Bezugsspannung (V_REF) ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend: falls der Anteil (V_Rtap) der Ausgangsspannung (V_out) oberhalb der Bezugsspannung (V_REF) liegt, periodisches Umschalten zwischen einer dritten Konfiguration, bei der das kapazitive Element (80) von dem Spannungspegel der Steuerspannung (V_control) getrennt wird und zwischen die Ausgangsspannung (V_out) und den zweiten Spannungspegel (V_refdvc) gekoppelt wird, und einer vierten Konfiguration, bei der das kapazitive Element (80) zwischen den Spannungspegel der Steuerspannung (V_control) und den ersten Spannungspegel gekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend: Schalten eines ersten Schaltelements (91), das einen ersten Anschluss des kapazitiven Elements (80) schaltbar an den ersten Spannungspegel koppelt; Schalten eines zweiten Schaltelements (92), das den ersten Anschluss des kapazitiven Elements (80) schaltbar an den zweiten Spannungspegel (V_refdvc) koppelt; Schalten eines dritten Schaltelements (93), das einen zweiten Anschluss des kapazitiven Elements (80) schaltbar an die Ausgangsspannung (V_out) koppelt; und Schalten eines vierten Schaltelements (94), das den zweiten Anschluss des kapazitiven Elements (80) schaltbar an den Spannungspegel der Steuerspannung (V_control) koppelt.