DE102016207714A1

DE102016207714A1 - Spannungsregler mit Stromstärkeverringerungsmodus

Info

Publication number: DE102016207714A1
Application number: DE102016207714.7A
Authority: DE
Inventors: Ambreesh Bhattad; Frank Kronmüller; Hande Kurnaz
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-05-05
Also published as: US9946276B2; DE102016207714B4; US20170322573A1

Abstract

Ein Spannungsregler (100), der dazu ausgelegt ist, einen Ausgangsstrom bei einer Ausgangsspannung (132) an einem Ausgangsknoten basierend auf einer Eingangsspannung (131) an einem Eingangsknoten bereitzustellen, ist beschrieben. Der Spannungsregler (100) umfasst einen Durchlasstransistor (201) zum Ableiten des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung (131) an dem Eingangsknoten. Ferner umfasst der Spannungsregler (100) einen Ansteuertransistor (114), der in Verbindung mit dem Durchlasstransistor (201) einen Stromspiegel bildet, so dass der Ausgangsstrom durch den Durchlasstransistor (201) von einem Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor (114) abhängig ist. Zusätzlich umfasst der Spannungsregler (100) einen Hilfstransistor (302), der so angeordnet ist, dass zumindest ein Bruchteil des Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor (114) durch den Hilfstransistor (302) fließt. Ferner umfasst der Spannungsregler (100) eine Verstärkungsschaltung (101, 102), die dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor (114) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (132) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) einzustellen, wenn der Spannungsregler (100) die Ausgangsspannung (132) regelt. Der Spannungsregler (100) umfasst ferner eine Steuerschaltung (300, 400), die dazu ausgelegt ist, einen Hinweis auf eine Dropout-Situation, in der eine Differenz zwischen der Eingangsspannung (131) und der Ausgangsspannung (132) unter eine Dropoutspannung des Spannungsreglers (100) fällt, zu detektieren; und als Reaktion darauf einen Widerstand des Hilfstransistors (302) zu erhöhen, um den Bruchteil des Ansteuerstroms zu reduzieren, der durch den Hilfstransistor (302) fließt.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf einen Spannungsregler. Insbesondere bezieht sich das vorliegende Dokument auf einen Spannungsregler, der vor allem im Fall von Dropout-Situationen verringerte interne Verluste und/oder eine verringerte interne Stromstärke aufweist.
Hintergrund
Spannungsregler werden häufig verwendet, um eine Laststromstärke bei einer stabilen Lastspannung an verschiedene Arten von Verbrauchern (z. B. an die Prozessoren einer elektronischen Vorrichtung) zu liefern. Ein Spannungsregler leitet den Laststrom aus einem Eingangsknoten des Reglers ab, während er die Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten des Reglers in Übereinstimmung mit einer Referenzspannung regelt.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit dem technischen Problem des Bereitstellens eines Spannungsreglers, der besonders im Fall von Dropout-Situationen verringerte interne Verluste und/oder eine verringerte interne Stromstärke aufweist.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt ist ein Regler (insbesondere ein Spannungsregler wie beispielsweise ein Regler mit niedrigem Dropout (Regler mit niedrigem Mindestspannungsabfall, LDO-Regler)) beschrieben. Der Spannungsregler ist dazu ausgelegt, basierend auf einer Eingangsspannung an einem Eingangsknoten einen Ausgangsstrom bei einer Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten bereitzustellen.
Der Spannungsregler umfasst einen Durchlasstransistor (insbesondere einen n-Typ-MOS-Transistor) zum Ableiten des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung an dem Eingangsknoten. Weiterhin umfasst der Spannungsregler einen Ansteuertransistor, der in Verbindung mit dem Durchlasstransistor einen Stromspiegel bildet, so dass der Ausgangsstrom durch den Durchlasstransistor von einem Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor abhängt (z. B. proportional dazu ist). Zusätzlich umfasst der Spannungsregler einen Hilfstransistor, der so ausgelegt ist, dass zumindest ein Bruchteil des Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor durch den Hilfstransistor fließt. Ferner umfasst der Spannungsregler eine Verstärkungsschaltung, die dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung einzustellen, wenn der Spannungsregler die Ausgangsspannung regelt.
Der Spannungsregler umfasst ferner eine Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, einen Hinweis auf eine Dropout-Situation, bei der eine Differenz zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung unter eine Dropout-Spannung des Spannungsreglers fällt, zu detektieren. Die Steuerschaltung ist ferner dazu ausgelegt, als Antwort darauf einen Widerstand des Hilfstransistors zu erhöhen, um den Bruchteil des Ansteuerstroms, der durch den Hilfstransistor fließt, zu verringern.
Durch Erhöhen des Widerstands eines Hilfstransistors kann die interne Stromstärke des Spannungsreglers während Dropout-Situationen verringert werden, wodurch die Energieeffizienz des Spannungsreglers erhöht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Spannungsreglers beschrieben.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff ”koppeln” oder ”gekoppelt” auf Elemente, die entweder direkt verbunden sind, z. B. über Kabel, oder in einer anderen Weise in elektrischer Kommunikation miteinander stehen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung wird im Folgenden in einer beispielhaften Weise unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erklärt, in denen
1a ein beispielhaftes Blockdiagramm eines LDO-Reglers zeigt;
1b das beispielhafte Blockdiagramm eines LDO-Reglers genauer zeigt;
1c ein Schaltungsdiagramm eines LDO-Reglers zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines Spannungsreglers mit einer anpassbaren Verstärkung zeigt;
3 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Stromstärkeverringerungsschaltung zeigt;
4 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Dropoutregelungsmodus-Schaltung zeigt;
5 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Linearisierungsschaltung zeigt;
6 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Dropoutregelungsmodus-Schaltung zeigt;
7 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Pufferschaltung zeigt;
8 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Replikstufe zeigt;
9 ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreglers mit einer Dropoutregelungsmodus-Schaltung zeigt; und
10 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für das Betreiben eines Spannungsreglers zeigt.
Genaue Beschreibung
Wie oben beschrieben zielt das vorliegende Dokument darauf ab, einen Spannungsregler mit verringerten internen Verlusten bereitzustellen. Ein beispielhafter Spannungsregler ist ein Regler mit niedrigem Dropout (Regler mit niedrigem Mindestspannungsabfall, LDO-Regler). Ein typischer LDO-Regler 100 ist in 1a gezeigt. Der LDO-Regler 100 umfasst eine Ausgangsverstärkungsstufe oder Ausgangsstufe 103, die beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET) umfasst, an dem Ausgang und eine Differentialverstärkungsstufe 101 (auch Fehlerverstärker genannt) an dem Eingang. Ein erster Eingang (fb) 107 der Differentialverstärkungsstufe 101 empfängt einen Bruchteil der Ausgangsspannung V_OUT, die durch den Spannungsteiler 104, der Widerstände R0 und R1 umfasst, bestimmt wird. Der zweite Eingang (ref) in die Differentialverstärkungsstufe 101 ist eine stabile Spannungsreferenz V_ref 108 (auch Bandlückenreferenz genannt). Wenn sich die Ausgangsspannung V_OUT relativ zu der Referenzspannung V_ref ändert, ändert sich die Ansteuerspannung an der Ausgangsverstärkungsstufe, z. B. an dem Leistungs-FET (Durchlasstransistor genannt), durch einen Rückkopplungsmechanismus, der die Hauptrückkopplungsschleife (oder Spannungsreglerschleife) genannt wird, um eine Ausgangsspannung V_OUT konstant zu halten.
Der LDO-Regler 100 von 1a umfasst ferner eine zusätzliche Zwischenverstärkungsstufe 102, die dazu ausgelegt ist, die Ausgangsspannung der Differentialverstärkungsstufe 101 zu verstärken. Eine Zwischenverstärkungsstufe 102 kann dazu verwendet werden, eine zusätzliche Verstärkung innerhalb des Verstärkerpfads bereitzustellen. Ferner kann die Zwischenverstärkungsstufe 102 eine Phasenumkehr bereitstellen.
Zusätzlich kann der LDO-Regler 100 eine Ausgangskapazität C_OUT (auch Ausgangskondensator oder Stabilisierungskondensator oder Bypass-Kondensator genannt) 105 parallel zu der Last 106 umfassen. Die Ausgangskapazität 105 wird verwendet, um die Ausgangsspannung V_OUT in Abhängigkeit von einer Änderung der Last 106, insbesondere in Abhängigkeit von einer Änderung der angeforderten Laststromstärke oder Ausgangsstromstärke I_load/I_OUT, zu ändern.
1b zeigt das Blockdiagramm eines LDO-Reglers 100, wobei die Ausgangsverstärkungsstufe 103 genauer dargestellt ist. Insbesondere sind der Durchlasstransistor oder die Durchlassvorrichtung 201 und die Ansteuerstufe 110 der Ausgangsverstärkungsstufe 103 gezeigt. Typische Parameter eines LDO-Reglers 100 sind eine Versorgungsspannung von 3 V, eine Ausgangsspannung von 2 V und eine Ausgangsstromstärke oder Laststromstärke, die von 1 mA bis 100 oder 200 mA reicht. Andere Anordnungen sind möglich.
Das vorliegende Dokument zielt auf das Erhöhen der Stromausbeute ab, wenn ein Spannungsregler 100 (insbesondere ein NMOS-LDO) einem Dropout nahe ist oder in einem Dropout-Zustand ist. In solchen Situationen verursacht die Regelung des Spannungsreglers typischerweise relativ große interne Stromstärken bei dem Versuch, einen stabilen Betriebszustand aufrechtzuerhalten (besonders während des Versuchs, eine stabile Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten). In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert, die Gate-Ansteuerung (z. B. die Gate-Spannung) für den Transistor 201 zu maximieren, wobei die Gate-Ansteuerung von der Versorgungsspannung des Spannungsreglers 100 und/oder von der Eingangsspannung V_in des Spannungsreglers 100 und/oder von den Belastungsgrenzen des Oxid-Gates des Durchlasstransistors 201 abhängig sein kann. In dem vorliegenden Dokument ist eine Schaltung beschrieben, die die internen Stromstärken des Spannungsreglers 100 in einem solchen Regelungsverlust-Zustand (LoR-Zustand, insbesondere in einer Dropout-Situation) verringert. Die Situation einer begrenzten Versorgungsspannung und/oder Eingangsspannung V_in, kann als Sonderfall für einen solchen LoR-Zustand betrachtet werden. Insbesondere ermöglicht die Schaltung maximal zulässige Gate-Spannungen für den Durchlasstransistor 201 (um Verluste an dem Durchlasstransistor 201 zu verringern) und verringerte interne Ansteuerstromstärken (um interne Verluste des Spannungsreglers 100 zu verringern) in einer Dropout-Situation.
1c zeigt ein Schaltungsdiagramm eines dreistufigen Spannungsreglers 100, der eine NMOS-Ausgangsstufe (mit einem NMOS-Durchlasstransistor 201) umfasst. Die Differentialstufe 101 vergleicht die Referenzspannung 108 mit der Rückkopplungsspannung 107 (die aus der Ausgangsspannung 132 abgeleitet ist). Die zweite Stufe 102 umfasst einen Zweitstufen-Eingangstransistor 122 (NMOS) und eine Zweitstufen-Stromquelle 121, um dadurch eine Verstärkung zu liefern und einen erhöhten Signalhub zu ermöglichen. Die dritte Stufe 110 umfasst einen Ansteuerstromtransistor 111 (NMOS), der den Ausgangsstrom des Reglers 100 über den PMOS-Stromspiegel 112, 113 (auch als der zweite Strom 112, 113 bezeichnet) und den NMOS-Stromspiegel 114, 201 (einschließlich des Durchlasstransistors 201 (NMOS)) steuert. Der Drain des Durchlasstransistors 201 kann mit einer verringerten Eingangsspannung Vin 131 (im Vergleich zu der Versorgungsspannung VDD 133, die innerhalb des Spannungsreglers 100 intern verwendet wird) verbunden sein. Insbesondere kann die Eingangsspannung Vin 131 relativ nahe an der beabsichtigten Ausgangsspannung 132 liegen, um den Leistungsverlust über den Durchlasstransistor 201 hinweg zu reduzieren.
Der Spannungsregler 100 kann eine variable Impedanz innerhalb der Ausgangsstufe 103, 110, 201 umfassen. Dies ist in 2 dargestellt. Ferner kann der Spannungsregler 100 eine Verstärkungssteuereinheit 213 umfassen, die die variable Impedanzeinheit 214 des Reglers 100 steuert, um die Ansteuerstromstärke 220, die durch den NMOS-Stromspiegel 114, 201 verstärkt wird, zu reduzieren, wodurch die interne Stromstärke des Spannungsreglers 100 verringert wird. Die variable Impedanzeinheit 214 kann aktiviert werden, wenn die Gesamtverstärkung von dem Eingang des Spannungsreglers 100 zu dem Ausgang des Reglers 100 durch ein Ereignis verringert wird, was einen Verstärkungsverlust bewirkt. Solch eine Verstärkungsverringerung des Spannungsreglers 100 kann verursacht werden, wenn eine untere Grenze der Eingangsspannung 131 erreicht wird oder wenn eine kritische VGS-Spannung (Gate-Source-Spannung) über dem Durchlasstransistor 201 erreicht wird. Die variable Impedanzeinheit 214 kann als eine Stromstärkebegrenzung fungieren, um die interne Stromstärke des Spannungsreglers 100 zu begrenzen. Die Begrenzung der internen Stromstärke kann die interne Verstärkung der Stromstärkesteuereinheit 211 ändern und kann daher die Ausgangsstromstärke des Spannungsreglers 100 ändern.
Im Falle einer Verstärkungsverringerung reagiert die Spannungsregelschleife des Spannungsreglers 100, um eine Regelung aufrechtzuerhalten. Dies kann durch Beobachten von internen Knoten des Reglers 100 detektiert werden. Sobald eine Verstärkungsverringerung (d. h. ein Dropout-Zustand) detektiert wird, kann die variable Impedanz 214 durch die Verstärkungssteuereinheit 213 erhöht werden und dadurch die erforderliche Stromstärke für den Durchlasstransistor 201 verringert werden, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Die Ansteuerstufeneinheit 212 kann dazu ausgelegt sein, eine gesteuerte Eingangsstromstärke für alle Zustände der Versorgungsspannung 131 aufrechtzuerhalten.
Wie in 2 gezeigt können die internen Ansteuerstromstärken (abgesehen von einem Abschnitt, der zum Laden des Durchlasstransistors 201 verwendet wird) aus einer alternativen Versorgungsspannung 133 abgeleitet werden (die möglicherweise weniger energieeffizient als die Primärversorgung Vin 131 ist). Folglich sollten die internen Stromstärken so weit wie möglich reduziert werden.
3 zeigt einen Spannungsregler 100, der eine NMOS-Ausgangsstufe 201 aufweist. Der Spannungsregler 100 umfasst eine Schaltung zum Begrenzen der Gate-Spannung an dem Gate des Durchlasstransistors 201, um eine Überspannungsbelastung über die Ansteuerdiode 114 (d. h. den Ansteuertransistor 114) und den Durchlasstransistor 201 zu vermeiden. Ein Hilfstransistor 302 und eine oder mehrere parallele Begrenzungsvorrichtungen 301 (die auch als Widerstandsvorrichtungen bezeichnet werden, beispielsweise Widerstände) können in Reihe mit der Ansteuerdiode 114 angeordnet sein, wodurch eine steuerbare Impedanz gebildet wird.
Die Schaltung 300 umfasst ferner eine Spannungsklemmschaltung 303 zum Klemmen des Gates der NMOS-Ansteuerdiode 114. Die Schaltung 300 umfasst weiterhin eine Stromstärkebegrenzungsschaltung, die die NMOS-Transistoren 304, 305, 306 und die Stromquelle 308 umfasst und auf die Spannungsklemmschaltung 303 wirkt. Die Stromstärkebegrenzungsschaltung bildet die Stromstärkesteuereinheit 211 von 2. 3 zeigt außerdem eine Spannungsquelle 307 zum Liefern einer Offsetspannung.
Die Gate-Spannung des Durchlasstransistors 201 sollte zu jeder Zeit (bis zu einem bestimmten Maximalwert) begrenzt bleiben. Sobald die Gate-Spannung eine solche Grenze erreicht, tritt ein Regelungsverlust-Zustand (LoR-Zustand) ein. Im Falle eines Regelungsverlust-Zustands sollte die interne Ansteuerstromstärke 220 verringert werden, während die Gate-Spannung begrenzt gehalten wird, wodurch der Wirkungsgrad des Reglers 100 erhöht wird.
Die Spannungsklemmschaltung 303 begrenzt die Gate-Source-Spannung über dem Durchlasstransistor 201 und stoppt eine weitere Erhöhung der Ansteuerstromstärke durch den Ansteuerstromtransistor 111. Der Hilfstransistor 302 reduziert die Stromstärke, die zum Erzielen dieser Bedingung erforderlich ist.
Während die Stromstärkebegrenzungsschaltung 304, 305, 306, 308 die Gate-Spannung eines Stromstärkebegrenzungstransistors 306 entlädt, um die untere Regelungsgrenzspannung (was ungefähr die Schwellenspannung Vth des Stromstärkebegrenzungstransistors 306 ist) zu erreichen, wird auch der Hilfstransistor 302 ausgeschaltet. Die parallele Vorrichtung 301 definiert dann die minimale Stromstärke, die in diesem Zweig fließt. Die Stromstärkebegrenzung würde sich dann auf diesem niedrigeren Stromstärkebedarf, der durch die Vorrichtung 301 gesetzt wird, einpendeln.
4 zeigt eine Steuerung der Spannungsklemmschaltung 302, die von der Stromstärkebegrenzungsschaltung entkoppelt ist. Dies ermöglicht eine schnellere und stabilere Klemmung, da die Stromstärkereduzierung anschließend an die Aktivierung der Regelung der Gate-Spannungsbegrenzung ausgelöst werden kann. Darüber hinaus ermöglicht dies, dass die Klemmregelung zum Begrenzen der Gate-Spannung unter Verwendung einer erhöhten Stromstärke arbeitet, wodurch die Dauer der Überspannung an dem Gate des Durchlasstransistors 201 verringert wird.
Im Falle eines LoR-Zustands tritt ein Spannungsanstieg in der zweiten Stufe 102 auf. Dies aktiviert die Steuerschaltung 400 für die Spannungsklemmschaltung 302 über den Transistor 404, den Stromspiegel 403, 402 und die Stromquelle 401. Als Ergebnis davon wird der Hilfstransistor 302 ausgeschaltet, wodurch die Stromstärke der Stromstärkebegrenzungsschleife 304, 305, 306, 308 verringert wird.
5 zeigt einen Spannungsregler 100, der einen linearen Weitbereichs-Stromspiegel einsetzt, um eine kontrollierte (lineare) Stromstärke innerhalb des Ansteuerstromtransistors 111 sicherzustellen, wenn der PMOS-Stromspiegel 112, 113 in einen Dropout-Zustand fällt. Als Folge davon wird die VDS-Spannung (Drain-Source-Spannung) über dem Transistor 113 auch über dem Transistor 112 angelegt, um denselben Betriebspunkt zu erzwingen und die Linearität des Stromspiegelverhältnisses aufrechtzuerhalten. 5 zeigt eine mögliche Lösung für eine solche Linearitätssteuerung unter Verwendung einer geregelten Kaskade 500 mit einem Operationsverstärker 501 und einem Transistor 502.
6 zeigt einen Spannungsregler 100 ohne Transistor 303 zum Klemmen der Gate-Begrenzung des Durchlasstransistors 201. Als Ergebnis davon wird eine versorgungsbegrenzte Gate-Ansteuerung mit reduzierten internen Strömen erzielt. Die Steuerschaltung 400 für die Spannungsklemmschaltung 302 detektiert einen erhöhten Strombedarf an dem Ausgang des Reglers 100, der durch eine erhöhte Zwischenausgangsspannung der zweiten Verstärkungsstufe 102 angegeben wird. Als Ergebnis davon wird der Hilfstransistor 302 ausgeschaltet, wodurch die Ansteuerstromstärke in dem Ansteuerstromtransistor 111 verringert wird, weil der Weitbereichs-Stromspiegel 112, 113 in einem Dropout-Zustand ist. Die parallele Vorrichtung 301 zu dem Hilfstransistor 302 und/oder eine parallele Vorrichtung zu dem Transistor 502 (nicht dargestellt) definieren die minimale Stromstärke in den jeweiligen Zweigen.
Als Ergebnis des Verringerns des Ansteuerstroms (und des Erhöhens der Impedanz) ändert sich typischerweise der Pol des Ausgangsknotens an dem Transistor 302. 7 stellt eine Schaltung zum Erhöhen der Stabilität des Spannungsreglers 100 dar. Insbesondere zeigt 7 die Verwendung eines Puffers 700 zum Entkoppeln des Ausgangsknotens an dem Transistor 302 von der Gate-Kapazität 701 des Durchlasstransistors 201. Insbesondere kann der Puffer 700 zwischen der Ansteuerdiode 114 und dem Durchlasstransistor 201 hinzugefügt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Entkopplung durch Hinzufügen einer Replikstufe (Transistoren 813, 802, 814 und Vorrichtung 801) erreicht werden, wie es in 8 gezeigt ist. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der internen Stromstärken, während die Regelschleife stabil bleibt.
Ein LoR-Zustand kann auftreten, wenn die Eingangsspannung 131 unter die Ausgangsspannung 132 fällt. Als Folge davon fällt die Ausgangsspannung 132 schließlich auf den Pegel der Eingangsspannung 131, wodurch bewirkt wird, dass die Gatespannung des Durchlasstransistors 201 steigt (um dem Abfall der Ausgangsspannung 132 entgegenzuwirken). Die erhöhte Gatespannung kann beispielsweise unter Verwendung der Steuerschaltung 400 von 6 oder der Schaltung, die in 3/8 gezeigt ist, detektiert werden, wodurch der Hilfstransistor 302 ausgeschaltet wird und wodurch die internen Stromstärken durch die Ansteuerdiode 114 und/oder durch den Ansteuerstromtransistor 111 begrenzt werden. Ferner kann die Gate-Spannung des Durchlasstransistors 201 unter Verwendung des Klemmtransistors 303 auf eine Spannungsbegrenzung geklemmt werden.
9 zeigt eine weitere Implementierung eines Spannungsreglers 100, der einen Dropoutregelungsmodus aufweist. Der Spannungsregler 100 von 9 umfasst eine Steuerschaltung 400, wie sie oben für die Steuerung des Hilfstransistors 302 beschrieben ist. Die Steuerschaltung wird eingeschaltet, wenn die VGS-Begrenzungsschaltung 303 und die Stromstärkebegrenzungsschleife 304, 305, 306, 308 aktiviert werden und reduziert letztendlich die Stromstärke in dem Transistor 306 und dahinter.
Es kann vorkommen, dass eine Verstärkungsbegrenzung durch andere Bedingungen verursacht wird, z. B. eine unzureichende Ansteuerspannung über der Ansteuerdiode 114, wenn sich die Versorgungsspannung VDD 133 und die Ausgangsspannung Vout 132 zu nahe sind. In diesem Fall würde die Ausgabe der zweiten Stufe 102 reagieren, aber die VGS-Begrenzungsschleife (insbesondere Steuerschaltung 400) würde nicht aktiviert werden. 9 umfasst eine Steuerschaltung 900, die unter einer solchen Bedingung aktiviert wird. Diese Steuerschaltung 900 steuert das Gate des Transistors 902, wodurch die Stromstärke durch den Ansteuerstromtransistor 111 verringert wird, da der Transistor 902 (und mögliche Replikvorrichtungen) dann im linearen Modus sind. Ferner kann der Hilfstransistor 302 durch den zusätzlichen Transistor 901 in die Dropoutregelungsmodus-Schleife heruntergezogen werden.
An sich beschreibt das vorliegende Dokument einen Spannungsregler 100, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsstromstärke bei einer Ausgangsspannung 132 an einem Ausgangsknoten des Spannungsreglers 100 auf der Grundlage einer Eingangsspannung 131 an einem Eingangsknoten des Spannungsreglers 100 zu liefern. Die Eingangsspannung 131 kann von einer Versorgungsspannung 133 verschieden sein, die zum Betreiben des Spannungsreglers 100 verwendet wird. Insbesondere kann die Eingangsspannung 131 näher an der (Ziel-)Ausgangsspannung 132 liegen als die Versorgungsspannung 133, wodurch der Wirkungsgrad des Spannungsreglers 100 steigt.
Der Spannungsregler 100 umfasst einen Durchlasstransistor 201 (insbesondere einen NMOS- oder n-Typ-Metall-Oxid-Halbleitertransistor) zum Ableiten des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung 131 an dem Eingangsknoten. Ferner umfasst der Spannungsregler 100 einen Ansteuertransistor 114 (insbesondere einen NMOS-Transistor), der in Verbindung mit dem Durchlasstransistor 201 einen Stromspiegel bildet, so dass der Ausgangsstrom durch den Durchlasstransistor 201 abhängig von (insbesondere proportional zu) einem Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor 114 (insbesondere zu der Ansteuerdiode 114) ist. Insbesondere kann ein Gate des Durchlasstransistors 201 (direkt) mit einem Gate des Ansteuertransistors 114 gekoppelt sein. Ferner können die Sources des Durchlasstransistors 201 und des Ansteuertransistors 114 (direkt) gekoppelt sein.
Zusätzlich umfasst der Spannungsregler 100 einen Hilfstransistor 302 (insbesondere einen NMOS-Transistor), der so ausgelegt ist, dass zumindest ein Bruchteil des Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor 114 durch den Hilfstransistor 302 fließt. Insbesondere kann die Source des Hilfstransistors 302 (direkt) mit dem Drain des Ansteuertransistors 114 gekoppelt sein. Ferner kann der Drain des Hilfstransistors 302 (direkt) mit dem Gate des Ansteuertransistors 114 gekoppelt sein.
Der Spannungsregler 100 umfasst ferner eine Verstärkungsschaltung 101, 102, die dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor 114 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung 132 (insbesondere einer Rückkopplungsspannung 107, die aus der Ausgangsspannung 132 abgeleitet wird, beispielsweise proportional zu ihr ist) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung 108 einzustellen, wenn der Spannungsregler 100 die Ausgangsspannung 132 regelt. Die Verstärkungsschaltung 101, 102 kann eine Differentialverstärkungsstufe 101 (insbesondere einen Differentialverstärker) umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine erste Zwischenausgangsspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung 132 und in Abhängigkeit von der Referenzspannung 108 zu bestimmen. Darüber hinaus kann die Verstärkungsschaltung 101, 102 einen Ansteuerstromtransistor 111 (beispielsweise einen NMOS-Transistor) umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen internen Strom in Abhängigkeit von der ersten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen. Der Ansteuerstrom kann dann aus dem internen Strom abgeleitet werden (z. B. unter Verwendung eines Stromspiegels 112, 113). Ferner kann die Verstärkungsschaltung 101, 102 eine zweite Verstärkungsstufe 102 umfassen, die dazu ausgelegt ist, eine zweite Zwischenausgangsspannung in Abhängigkeit von der ersten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen. Der Ansteuerstromtransistor 111 kann dann dazu ausgelegt sein, den internen Strom in Abhängigkeit von der zweiten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen.
Der Spannungsregler 100 umfasst ferner eine Steuerschaltung 300, 400, die dazu ausgelegt ist, einen Hinweis auf eine Dropout-Situation zu detektieren. Eine Dropout-Situation kann eine Situation sein, für die eine Differenz zwischen der Eingangsspannung 131 und der Ausgangsspannung 132 unter eine Dropoutspannung des Spannungsreglers 100 fällt. Als Folge davon kann die Spannungsregelschleife des Spannungsreglers 100 gestört werden. Der Hinweis auf die Dropout-Situation kann z. B. basierend auf der Ansteuerstromstärke (wie z. B. im Zusammenhang mit 3 dargestellt) und/oder basierend auf der ersten und/oder der zweiten Zwischenausgangsspannung (wie z. B. im Zusammenhang mit 6 dargestellt) detektiert werden.
Die Steuerschaltung 300, 400 kann dazu ausgelegt sein, einen Widerstand des Hilfstransistors 302 zu erhöhen, um den Bruchteil des Ansteuerstroms, der durch den Hilfstransistor 302 fließt, als Antwort auf das Detektieren eines Hinweises auf eine Dropout-Situation zu reduzieren. Als Ergebnis davon kann der interne Strom in dem Spannungsregler 100 während eines Dropout-Zustands des Spannungsreglers 100 verringert werden, wodurch der Energieverbrauch des Spannungsreglers 100 verringert werden kann.
Der Spannungsregler 100 kann eine Widerstandsvorrichtung 301 umfassen, die parallel zu dem Hilfstransistor 302 angeordnet ist, wobei die Widerstandsvorrichtung 301 z. B. einen Widerstand umfassen kann. Der (gesamte) Ansteuerstrom kann dann durch die parallele Anordnung des Hilfstransistors 302 und der Widerstandsvorrichtung 301 fließen. Durch Verwendung einer Widerstandsvorrichtung 301 kann den internen Strom innerhalb des Spannungsreglers 100 auf eine zuverlässige und präzise Art und Weise begrenzt werden.
Der Spannungsregler 100 kann eine Schaltung 304, 305, 308 zum bestimmen einer Angabe der Ansteuerstromstärke und zum Vergleichen der Angabe der Ansteuerstromstärke mit einer ersten Dropout-Referenzstromstärke umfassen. Insbesondere kann die Steuerschaltung 300, 400 einen ersten Stromspiegel 304, 305 (insbesondere einen NMOS-Stromspiegel) und eine erste Stromquelle 308 umfassen, wobei die erste Stromquelle 308 dazu ausgelegt ist, die erste Dropout-Referenzstromstärke bereitzustellen. Ein erster Eingangstransistor 304 (insbesondere ein NMOS-Transistor) des ersten Stromspiegels 304, 305 kann mit dem Hilfstransistor 302 gekoppelt sein. Insbesondere kann ein Drain des ersten Eingangstransistors 304 (direkt oder indirekt) mit einem Drain des Hilfstransistors 302 gekoppelt sein. Ein erster Ausgangstransistor 305 (beispielsweise ein NMOS-Transistor) des ersten Stromspiegels 304, 305 kann mit der ersten Stromquelle 308 gekoppelt sein.
Die Schaltungsanordnung 304, 305, 308 zum Bestimmen einer Angabe der Ansteuerstromstärke und zum Vergleichen der Angabe der Ansteuerstromstärke mit einer ersten Dropout-Referenzstromstärke kann Teil der Steuerschaltung 300, 400 sein und der Hinweis auf eine Dropout-Situation kann basierend auf dem Vergleich zwischen der Angabe der Ansteuerstromstärke und der ersten Dropout-Referenzstromstärke detektiert werden. Insbesondere kann ein Gate des Hilfstransistors 302 mit einem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor 305 und der ersten Stromquelle 308, insbesondere über eine Offsetspannung 307, gekoppelt sein. Als Ergebnis davon kann der Hilfstransistor 302 ausgeschaltet werden (beispielsweise mit einer gewissen Verzögerung, die durch die Offsetspannung 307 gegeben ist), wenn der Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor 305 und der ersten Stromquelle 308 angibt, dass die Ansteuerstromstärke steigt (beispielsweise über die erste Dropout-Referenzstromstärke hinaus). Somit wird eine zuverlässige Detektion einer Dropout-Situation bereitgestellt.
Der Spannungsregler 100 kann einen Spannungsklemmtransistor 303 (beispielsweise einen PMOS-Transistor) umfassen, der dazu ausgelegt ist, die Ansteuerspannung an dem Gate des Durchlasstransistors 201 auf einen festen Spannungspegel zu klemmen (insbesondere wenn eine Dropout-Situation detektiert worden ist). Der Spannungsklemmtransistor 303 kann mit dem ersten Eingangstransistor 304 in Reihe angeordnet sein. Ferner kann der (die Source des) Spannungsklemmtransistor(s) 303 mit dem Gate des Durchlasstransistors 201 und mit dem Drain des Hilfstransistors 302 gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der Drain des Spannungsklemmtransistors 303 (direkt) mit dem Drain des ersten Eingangstransistors 304 gekoppelt sein. Durch klemmen des Gates des Durchlasstransistors 201 auf einen festen Spannungspegel können der Durchlasstransistor 201 und/oder der Ansteuertransistor 114 während einer Dropout-Situation geschützt werden, während gleichzeitig der Durchlasstransistor 201 eingeschaltet bleibt (um Leistungsverluste des Spannungsreglers 100 zu verringern).
Der Spannungsregler 100 kann einen Stromstärkebegrenzungstransistor 306 (beispielsweise einen NMOS-Transistor) umfassen, der in Reihe mit dem Ansteuerstromtransistor 111 angeordnet ist. Insbesondere kann ein Drain des Stromstärkebegrenzungstransistors 306 mit einer Source des Ansteuerstromtransistors 111 gekoppelt sein. Der Stromstärkebegrenzungstransistor 306 kann basierend auf dem Vergleich zwischen der Angabe der Ansteuerstromstärke und der ersten Dropout-Referenzstromstärke, insbesondere basierend auf dem Spannungspegel an dem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor 305 und der ersten Stromquelle 308, gesteuert werden. Zu diesem Zweck kann das Gate des Stromstärkebegrenzungstransistors 306 (direkt) mit dem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor 305 und der ersten Stromquelle 308 gekoppelt sein. Durch Verwendung eines Stromstärkebegrenzungstransistors 306 kann die Stromstärkebegrenzung innerhalb des Spannungsreglers 100 weiter verbessert werden.
Der Spannungsregler 100 kann einen zweiten Stromspiegel 112, 113 (beispielsweise einen PMOS-Stromspiegel) umfassen, der einen zweiten Eingangstransistor 112 (beispielsweise einen PMOS-Transistor), der mit dem Ansteuerstromtransistor 111 in Reihe angeordnet ist, und einen zweiten Ausgangstransistor 113 (beispielsweise einem PMOS-Transistor), der mit dem Hilfstransistor 302 in Reihe angeordnet ist, umfasst. Insbesondere kann ein Drain des zweiten Eingangstransistors 112 (direkt) mit einem Drain des Ansteuerstromtransistors 111 gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Drain des zweiten Ausgangstransistors 113 (direkt) mit dem Drain des Hilfstransistors 302 gekoppelt sein. Der zweite Stromspiegel 112, 113 kann verwendet werden, um den Ansteuerstrom aus dem Strom, der durch den Ansteuerstromtransistor 111 fließt, zu erzeugen.
Wie oben angegeben kann der zweite Stromspiegel 112, 113 ein p-Typ Stromspiegel sein. Der Spannungsregler 100 kann eine Schaltung 500 umfassen, um zu erzwingen, dass die Gate-Drain-Spannung über dem zweiten Eingangstransistor 112 gleich der Gate-Drain-Spannung über dem zweiten Ausgangstransistor 113 ist. Auf diese Weise kann die Linearität des zweiten Stromspiegels 112, 113 verbessert werden.
Die Steuerschaltung 300, 400 kann dazu ausgelegt sein, den Hilfstransistor 302 in Abhängigkeit von der zweiten Zwischenausgangsspannung zu steuern. Mit anderen Worten kann eine Dropout-Situation auf der Grundlage der zweiten Zwischenausgangsspannung detektiert werden. Die Steuerschaltung 300, 400 kann eine Schaltung 404 (beispielsweise einen (PMOS-)Transistor) umfassen, um einen Steuerstrom in Abhängigkeit von der zweiten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen. Die zweite Zwischenausgangsspannung kann an eine Source des PMOS-Transistors angelegt sein. Ferner kann die Steuerschaltung 300, 400 eine Schaltung 401, 402, 403 zum Vergleichen der Steuerstromstärke mit einer zweiten Dropout-Referenzstromstärke umfassen, wobei der Hilfstransistor 302 in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Steuerstromstärke und der zweiten Dropout-Referenzstromstärke gesteuert wird. Insbesondere kann die Schaltung 401, 402, 403 zum Vergleichen einen Stromspiegel 402, 403 und eine Stromquelle 401 zum Erzeugen der zweiten Dropout-Referenzstromstärke umfassen. Ein Mittelpunkt zwischen dem Ausgangstransistor 402 des Stromspiegels 402, 403 und der Stromquelle 401 kann (direkt) mit dem Gate des Hilfstransistors 302 gekoppelt sein. Dadurch kann eine Dropout-Situation in zuverlässiger Weise detektiert werden und interne Stromstärken können entsprechend verringert werden.
Die Verstärkungsschaltung 101, 102 kann unter Verwendung einer Versorgungsspannung 133 betrieben werden, die von der Eingangsspannung 131 verschieden ist (wobei die Versorgungsspannung 133 typischerweise höher als die Eingangsspannung 131 ist). Der Durchlasstransistor 201 wird typischerweise über eine Ansteuerspannung gesteuert, die an das Gate des Durchlasstransistors 201 angelegt ist. Der Spannungsregler 100 kann einen zweiten Hilfstransistor 902 (beispielsweise einen PMOS-Transistor) umfassen, der mit dem Ansteuerstromtransistor 111 in Reihe angeordnet ist. Ein Drain des zweiten Hilfstransistors 902 kann mit dem Drain des Ansteuerstromtransistors 111 gekoppelt sein. Ferner kann eine Source des zweiten Hilfstransistors 902 mit dem Drain des zweiten Eingangstransistors 112 des zweiten Stromspiegels 112, 113 gekoppelt sein. Weiterhin kann eine zweite Widerstandsvorrichtung (beispielsweise ein Widerstand) parallel zu dem zweiten Hilfstransistor 902 angeordnet sein.
Der Spannungsregler 100 kann eine zweite Steuerschaltung 900 umfassen, die dazu ausgelegt ist, einen Hinweis auf eine Situation zu detektieren, in der die Ansteuerspannung nicht ausreicht, um den Spannungsregler 100 zu befähigen, die Ausgangsspannung 132 zu regeln. Eine solche Situation kann beispielsweise auftreten, wenn die Versorgungsspannung 133 der Ausgangsspannung 132 zu nahe kommt. Die Steuerschaltung 900 kann ferner dazu ausgelegt sein, als Antwort auf das Detektieren einer solchen Situation, einen Widerstand des zweiten Hilfstransistors 902 zu erhöhen, um die interne Stromstärke durch den Ansteuerstromtransistor 111 zu verringern. Dadurch kann die Energieeffizienz des Spannungsreglers 100 weiter erhöht werden.
Der Spannungsregler 100 kann eine Entkopplungsschaltung 700, 802, 813, 814 zum Entkoppeln der Verstärkungsschaltung 101, 102 von einer Gate-Kapazität 701 des Durchlasstransistors 201 umfassen. Die Entkopplungsschaltung 700, 802, 813, 814 kann beispielsweise einen Puffer 700 umfassen, der zwischen dem Gate des Ansteuertransistors 114 und dem Gate des Durchlasstransistors 201 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Entkopplungsschaltung 700, 802, 813, 814 beispielsweise eine Replikschaltung 813, 814, 802 des Hilfstransistors 302 und des Ansteuertransistors 114 umfassen. Durch Verwendung der Entkopplungsschaltung 700 802, 813, 814 kann die Stabilität des Spannungsreglers 100 erhöht werden (insbesondere während Dropout-Situationen).
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1000 zum Betreiben eines Spannungsreglers 100. Wie oben dargelegt umfasst der Spannungsregler 100 einen Durchlasstransistor 201 zum Ableiten eines Ausgangsstroms bei einer Ausgangsspannung 132 aus einer Eingangsspannung 131. Ferner umfasst der Spannungsregler 100 einen Ansteuertransistor 114, der in Verbindung mit dem Durchlasstransistor 201 einen Stromspiegel bildet, so dass die Ausgangsstromstärke durch den Durchlasstransistor 201 von einer Ansteuerstromstärke durch den Ansteuertransistor 114 abhängig ist. Zusätzlich umfasst der Spannungsregler 100 einen Hilfstransistor 302, der so angeordnet ist, dass zumindest ein Bruchteil des Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor 114 durch den Hilfstransistor 302 fließt. Der Spannungsregler 100 umfasst ferner eine Verstärkungsschaltung 101, 102, die dazu ausgelegt ist, die Ansteuerstromstärke durch den Ansteuertransistor 114 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung 132 und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung 108 einzustellen, wenn der Spannungsregler 100 die Ausgangsspannung 132 regelt.
Das Verfahren 1000 umfasst ein Detektieren 1001 eines Hinweises auf eine Dropout-Situation, während der eine Differenz zwischen der Eingangsspannung 131 und der Ausgangsspannung 132 unter eine Dropoutspannung des Spannungsreglers 1001 fällt. Das Verfahren 1000 umfasst ferner als Reaktion darauf ein Erhöhen 1002 eines Widerstands des Hilfstransistors 302, um den Bruchteil des Ansteuerstroms zu reduzieren, der durch den Hilfstransistor 302 fließt.
Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme veranschaulichen. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl sie hier nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Gedanken und Umfang enthalten sind. Darüber hinaus sollen alle Beispiele und Ausführungsformen, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt sind, in erster Linie ausdrücklich nur zu Erläuterungszwecken dienen, um dem Leser helfen, die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu verstehen. Ferner sollen alle Aussagen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung, sowie spezifische Beispiele davon bereitstellen, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Spannungsregler (100), der dazu ausgelegt ist, einen Ausgangsstrom bei einer Ausgangsspannung (132) an einem Ausgangsknoten basierend auf einer Eingangsspannung (131) an einem Eingangsknoten bereitzustellen, wobei der Spannungsregler (100) umfasst: – einen Durchlasstransistor (201) zum Ableiten des Ausgangsstroms an dem Ausgangsknoten aus der Eingangsspannung (131) an dem Eingangsknoten; – einen Ansteuertransistor (114), der in Verbindung mit dem Durchlasstransistor (201) einen Stromspiegel bildet, so dass der Ausgangsstrom durch den Durchlasstransistor (201) von einem Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor (114) abhängig ist; – einen Hilfstransistor (302), der so angeordnet ist, dass zumindest ein Bruchteil des Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor (114) durch den Hilfstransistor (302) fließt; – eine Verstärkungsschaltung (101, 102), die dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor (114) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (132) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) einzustellen, wenn der Spannungsregler (100) die Ausgangsspannung (132) regelt; und – eine Steuerschaltung (300, 400), die zu Folgendem ausgelegt ist: – Detektieren eines Hinweises auf eine Dropout-Situation, in der eine Differenz zwischen der Eingangsspannung (131) und der Ausgangsspannung (132) unter eine Dropoutspannung des Spannungsreglers (100) fällt; und – als Reaktion darauf, Erhöhen eines Widerstands des Hilfstransistors (302), um den Bruchteil des Ansteuerstroms zu reduzieren, der durch den Hilfstransistor (302) fließt.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 1, wobei – der Spannungsregler (100) eine Widerstandsvorrichtung (301) umfasst, die parallel zu dem Hilfstransistor (302) angeordnet ist; – der Ansteuerstrom durch die parallele Anordnung des Hilfstransistors (302) und der Widerstandsvorrichtung (301) fließt; und – die Widerstandsvorrichtung (301) z. B. einen Widerstand umfasst.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannungsregler (100) eine Schaltung (304, 305, 308) zum Bestimmen einer Angabe der Ansteuerstromstärke und zum Vergleichen der Angabe der Ansteuerstromstärke mit einer ersten Dropout-Referenzstromstärke umfasst.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 3, wobei – die Schaltung (304, 305, 308) zum Bestimmen einer Angabe der Ansteuerstromstärke und zum Vergleichen der Angabe der Ansteuerstromstärke mit einer ersten Dropout-Referenzstromstärke ein Teil der Steuerschaltung (300, 400) ist; und – der Hinweis auf eine Dropout-Situation basierend auf dem Vergleich zwischen der Angabe der Ansteuerstromstärke und der ersten Dropout-Referenzstromstärke detektiert wird.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Steuerschaltung (300, 400) einen ersten Stromspiegel (304, 305) und eine erste Stromquelle (308), die dazu ausgelegt ist, eine erste Dropout-Referenzstromstärke bereitzustellen, umfasst; – ein erster Eingangstransistor (304) des ersten Stromspiegels (304, 305) mit dem Hilfstransistor (302) gekoppelt ist; und – ein erster Ausgangstransistor (305) des ersten Stromspiegels (304, 305) mit der ersten Stromquelle (308) gekoppelt ist.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 5, wobei – ein Gate des Hilfstransistors (302) mit einem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor (305) und der ersten Stromquelle (308) gekoppelt ist; und – das Gate des Hilfstransistors (302) mit dem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor (305) und der ersten Stromquelle (308) z. B. über eine Offsetspannung (307) gekoppelt ist.
Spannungsregler (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei – der Spannungsregler (100) einen Spannungsklemmtransistor (303) umfasst, der dazu ausgelegt ist, eine Ansteuerspannung an einem Gate des Durchlasstransistors (201) auf einen festen Spannungspegel zu klemmen; – der Spannungsklemmtransistor (303) mit dem ersten Eingangstransistor (304) in Reihe angeordnet ist; und – der Spannungsklemmtransistor (303) mit dem Gate des Durchlasstransistors (201) und mit einem Drain des Hilfstransistors (302) gekoppelt ist.
Spannungsregler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsschaltung (101, 102) umfasst: – eine Differentialverstärkungsstufe (101), die dazu ausgelegt ist, eine erste Zwischenausgangsspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (132) und in Abhängigkeit von der Referenzspannung (108) zu bestimmen; und – einen Ansteuerstromtransistor (111), der dazu ausgelegt ist, einen internen Strom in Abhängigkeit von der ersten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen; wobei die Ansteuerstromstärke von der internen Stromstärke abhängig ist.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 8 unter Rückbezug auf einen der Ansprüche 3 bis 7, wobei – der Spannungsregler (100) einen Stromstärkebegrenzungstransistor (306) umfasst, der in Reihe mit dem Ansteuerstromtransistor (111) angeordnet ist; und – der Stromstärkebegrenzungstransistor (306) basierend auf dem Vergleich zwischen der Angabe der Ansteuerstromstärke und der ersten Dropout-Referenzstromstärke, insbesondere basierend auf einer Spannung an dem Mittelpunkt zwischen dem ersten Ausgangstransistor (305) und der ersten Stromquelle (308), gesteuert wird.
Spannungsregler (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei der Spannungsregler (100) einen zweiten Stromspiegel (112, 113) umfasst, der einen zweiten Eingangstransistor (112), der mit dem Ansteuerstromtransistor (111) in Reihe angeordnet ist, und einen zweiten Ausgangstransistor (113), der mit dem Hilfstransistor (302) in Reihe angeordnet ist, umfasst.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 10, wobei – der zweite Stromspiegel (112, 113) ein p-Typ-Stromspiegel ist; und – der Spannungsregler (100) eine Schaltung (500) zum Erzwingen, dass eine Gate-Drain-Spannung über dem zweiten Eingangstransistor (112) gleich einer Gate-Drain-Spannung über dem zweiten Ausgangstransistor (113) ist, umfasst.
Spannungsregler (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei – die Verstärkungsschaltung (101, 102) eine zweite Verstärkungsstufe (102) umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine zweite Zwischenausgangsspannung in Abhängigkeit von der ersten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen; – der Ansteuerstromtransistor (111) dazu ausgelegt ist, den internen Strom in Abhängigkeit von der zweiten Zwischenausgangsspannung zu erzeugen; und – die Steuerschaltung (300, 400) dazu ausgelegt ist, den Hilfstransistor (302) in Abhängigkeit von der zweiten Zwischenausgangsspannung zu steuern.
Spannungsregler (100) nach Anspruch 12, wobei die Steuerschaltung (300, 400) umfasst: – eine Schaltung (404) zum Erzeugen eines Steuerstroms in Abhängigkeit von der zweiten Zwischenausgangsspannung; und – eine Schaltung (401, 402, 403) zum Vergleichen der Steuerstromstärke mit einer zweiten Dropout-Referenzstromstärke; wobei der Hilfstransistor (302) in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der Steuerstromstärke und der zweiten Dropout-Referenzstromstärke gesteuert wird.
Spannungsregler (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei – die Verstärkungsschaltung (101, 102) unter Verwendung einer Versorgungsspannung (133) betrieben wird, die von der Eingangsspannung (131) verschieden ist; – der Durchlasstransistor (201) über eine Ansteuerspannung, die an ein Gate des Durchlasstransistors (201) angelegt ist, gesteuert wird; – der Spannungsregler (100) einen zweiten Hilfstransistor (902), der mit dem Ansteuerstromtransistor (111) in Reihe angeordnet ist, umfasst; und – der Spannungsregler (100) eine zweite Steuerschaltung (900) umfasst, die zu Folgendem ausgelegt ist: – Detektieren eines Hinweises auf eine Situation, in der die Ansteuerspannung nicht ausreichend ist, um den Spannungsregler (100) dazu zu befähigen, die Ausgangsspannung (132) zu regeln; und – als Reaktion darauf, Erhöhen eines Widerstands des zweiten Hilfstransistors (902), um die interne Stromstärke durch den Ansteuerstromtransistor (111) zu reduzieren.
Spannungsregler (100) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Spannungsregler (100) eine Entkopplungsschaltung (700, 802, 813, 814) zum Entkoppeln der Verstärkungsschaltung (101, 102) von einer Gate-Kapazität (701) des Durchlasstransistors (201) umfasst; – die Entkopplungsschaltung (700, 802, 813, 814) z. B. einen Puffer (700) umfasst, der zwischen einem Gate des Ansteuertransistors (114) und einem Gate des Durchlasstransistors (201) angeordnet ist; und/oder – die Entkopplungsschaltung (700, 802, 813, 814) z. B. eine Replikschaltung (813, 814, 802) des Hilfstransistors (302) und des Ansteuertransistors (114) umfasst.
Verfahren (1000) zum Betreiben eines Spannungsreglers (100), wobei der Spannungsregler (100) umfasst: einen Durchlasstransistor (201) zum Ableiten eines Ausgangsstroms bei einer Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung (131), einen Ansteuertransistor (114), der in Verbindung mit dem Durchlasstransistor (201) einen Stromspiegel bildet, so dass der Ausgangsstrom durch den Durchlasstransistor (201) von einem Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor (114) abhängig ist, einen Hilfstransistor (302), der so angeordnet ist, dass zumindest ein Bruchteil des Ansteuerstroms durch den Ansteuertransistor (114) durch den Hilfstransistor (302) fließt, und eine Verstärkungsschaltung (101, 102), die dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom durch den Ansteuertransistor (114) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (132) und in Abhängigkeit von einer Referenzspannung (108) einzustellen, wenn der Spannungsregler (100) die Ausgangsspannung (132) regelt; wobei das Verfahren (1000) umfasst: – Detektieren (1001) eines Hinweises auf eine Dropout-Situation, in der eine Differenz zwischen der Eingangsspannung (131) und der Ausgangsspannung (132) unter eine Dropoutspannung des Spannungsreglers (100) fällt; und – als Reaktion darauf, Erhöhen (1002) eines Widerstands des Hilfstransistors (302), um den Bruchteil des Ansteuerstroms, der durch den Hilfstransistor (302) fließt, zu verringern.