DE102017109615A1

DE102017109615A1 - Spannungsregler mit schneller Rückkopplung

Info

Publication number: DE102017109615A1
Application number: DE102017109615.9A
Authority: DE
Inventors: Fabio Ballarin
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2017-11-09
Also published as: US9893618B2; CN107368141B; US20170324324A1; CN107368141A

Abstract

Bei einigen Beispielen umfasst ein Spannungsregler eine Verstärkerstufe und ein Durchgangselement, das dazu ausgebildet ist, eine Ausgabe der Verstärkerstufe und eine Ausgabe einer Rückkopplungsschaltung zu erhalten. Der Spannungsregler umfasst außerdem die Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Ausgabe des Durchgangselements zu erhalten, wobei die Rückkopplungsschaltung eine Differenzierstufe umfasst, die mit einer Rückkopplungsausgangsstufe verbunden ist, und wobei die Differenzierstufe einen einzigen Kondensator umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung des Durchgangselements zu differenzieren.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich auf Spannungsregler und insbesondere auf Spannungsregler mit Rückkopplungsschleifen.
Ein Spannungsregler ist eine Vorrichtung, die eine gleichbleibende Ausgangsspannung zur Verwendung durch andere Komponenten in einer elektrischen Schaltung erzeugt. Ein Spannungsregler kann sich wie ein variabler Widerstand verhalten, wobei der Widerstand des Spannungsreglers mit der Lastimpedanz variiert. Es gibt verschiedene Arten von Spannungsreglern wie zum Beispiel einen linearen Spannungsregler und Schaltspannungsregler. Ein linearer Spannungsregler kann einen Verstärker umfassen, der eine Durchgangsvorrichtung steuert, die einen Transistor umfassen kann. In einem linearen Spannungsregler kann der Verstärker die Ausgangsspannung des Spannungsreglers mit einer Bezugsspannung vergleichen und die Durchgangsvorrichtung einstellen, um eine konstante Ausgangsspannung beizubehalten.
Diese Offenbarung beschreibt Techniken für einen Spannungsregler, der eine Verstärkerstufe und ein Durchgangselement umfasst, das dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal der Verstärkerstufe und ein Ausgangssignal einer Rückkopplungsschaltung zu erhalten. Der Spannungsregler umfasst außerdem die Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Durchgangselements zu erhalten, wobei die Rückkopplungsschaltung eine Differenzierstufe umfasst, die mit einer Rückkopplungsausgangsstufe verbunden ist, und wobei die Differenzierstufe einen einzigen Kondensator umfasst, der dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Durchgangselements zu differenzieren.
Bei einigen Beispielen enthält ein Spannungsregler eine Rückkopplungsschaltung, die eine schnelle Rückkopplung auf Änderungen bei der Lastimpedanz und während des Einschaltens bereitstellt. Die Rückkopplungsschaltung enthält einen einzigen Kondensator anstelle eines High-Side-Kondensators und eines Low-Side-Kondensators. Der einzige Kondensator führt zu einem geringeren benötigten Platz in einem Chip für die Rückkopplungsschaltung.
Bei einigen Beispielen umfasst ein Verfahren in einer Rückkopplungsschaltung eines Spannungsreglers ein Erhalten eines Eingangssignals von einem Durchgangselement des Spannungsreglers. Das Verfahren umfasst außerdem ein Differenzieren des Eingangssignals mithilfe eines einzigen Kondensators der Rückkopplungsschaltung in ein differenziertes Signal. Das Verfahren umfasst außerdem ein Erhalten des differenzierten Signals in einer Rückkopplungsausgangsstufe der Rückkopplungsschaltung. Das Verfahren umfasst außerdem ein Ausgeben eines Ausgangssignals von der Rückkopplungsausgangsstufe an das Durchgangselement.
Bei einigen Beispielen ist eine Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet, ein Eingangssignal von einem Durchgangselement zu erhalten. Die Rückkopplungsschaltung ist außerdem dazu ausgebildet, das Eingangssignal mithilfe eines einzigen Kondensators der Rückkopplungsschaltung in ein differenziertes Signal zu differenzieren. Die Rückkopplungsschaltung ist außerdem dazu ausgebildet, in einer Rückkopplungsausgangsstufe der Rückkopplungsschaltung das differenzierte Signal zu erhalten. Die Rückkopplungsschaltung ist außerdem dazu ausgebildet, ein Ausgangssignal von der Rückkopplungsausgangsstufe an das Durchgangselement auszugeben.
Die Einzelheiten von einem oder mehreren Beispielen werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie den Ansprüchen offensichtlich.
1 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild eines Spannungsreglers mit einer Rückkopplung gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
2 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild eines Spannungsreglers mit einer Rückkopplungsschaltung gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
3 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild einer Rückkopplungsschaltung in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
4 ist ein Schaltbild einer Rückkopplungsausgangsstufe in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
5 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild einer Rückkopplungsschaltung mit einer Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
6 ist ein Schaltbild einer Rückkopplungsausgangsstufe in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
7 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild eines Spannungsreglers mit einer Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
8 ist ein Schaltbild einer Rückkopplungsschaltung mit einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
9 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Erzeugen einer schnellen Rückkopplung gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung darstellt.
Die Leistungsfähigkeit eines Spannungsreglers hängt davon ab, wie gut der Regler eine stabile Ausgangsspannung insbesondere bei gegebenen dynamischen Eingängen beibehält. Ein Spannungsregler kann eine geschachtelte schnelle Schleife zusammen mit einer Hauptregelschleife einsetzen, um das Lasteinschwingverhalten zu verbessern, indem Überschwinger und Unterschwinger an dem Ausgangsknoten des Reglers verringert werden. Während eines Einschaltens der Vorrichtung oder wenn sich andere Faktoren plötzlich ändern, kann sich ein Spannungsregler abmühen, schnell eine stabile Ausgangsspannung zu erreichen.
Eine Rückkopplungsschaltung in der geschachtelten schnellen Schleife eines Spannungsreglers kann eine High-Side und eine Low-Side umfassen. Die High-Side und die Low-Side der Rückkopplungsschaltung können jeweils einen Kondensator umfassen, um Änderungen bei der Ausgangsspannung des Reglers zu differenzieren oder zu messen. Durch das Kombinieren der Kondensatoren der High-Side und der Low-Side der Rückkopplungsschaltung kann die Rückkopplungsschaltung weniger Platz in einem Chip in Anspruch nehmen. Die vorgeschlagene Lösung kann die gleiche Leistungsfähigkeit mithilfe nur eines Differenzierkondensators bieten, und somit die Hälfte des Differenzierkondensatorbereichs einsparen. Diese Einsparungen können insbesondere für Anwendungen zweckmäßig sein, die Hochspannungskondensatoren mit einer niedrigen spezifischen Kapazität erfordern. Bei einem Beispiel kann der Regler mit einem einzigen Differenzierkondensator im Vergleich zu zwei Differenzierkondensatoren fünf oder zehn Prozent weniger Platz in einem Chip in Anspruch nehmen.
1 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild eines Spannungsreglers 2 mit einer Rückkopplung gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Der Spannungsregler 2 kann eine Hauptregelschleife 18 und eine geschachtelte schnelle Schleife 22 enthalten. Beide Schleifen können funktionieren, um aufgrund der Spannung einer Eingangsleitung 4 eine nahezu konstante Spannung an einem Ausgangsknoten 14 beizubehalten.
Die Eingangsleitung 4 kann ein elektrisches Signal wie zum Beispiel eine Bezugsspannung leiten. Die Eingangsleitung 4 kann abhängig von der Quelle des elektrischen Signals auf der Eingangsleitung 4 einen Gleichstrom (Direct Current, DC) oder einen Wechselstrom (Alternating Current, AC) leiten. Die Eingangsleitung 4 kann ein elektrisches Signal an einen Eingangsknoten 6 oder direkt an eine Verstärkerstufe 8 liefern.
Der Eingangsknoten 6 kann elektrische Signale von der Eingangsleitung 4 und von einer Hauptregelleitung 16 erhalten. Der Eingangsknoten 6 kann die Spannung an der Hauptregelleitung 16 von der Spannung an der Eingangsleitung 4 subtrahieren, wie durch die Plus- und Minuszeichen in 1 angezeigt wird. Bei einigen Beispielen müssen sich der Eingangsknoten 6 und die Hauptregelleitung 16 nicht schneiden, können aber stattdessen die Signale in eine Vergleichseinheit in der Verstärkerstufe 8 leiten. Der Eingangsknoten 6 kann ein Teil der Hauptregelschleife 18 sein.
Die Verstärkerstufe 8 kann das Signal oder die Signale von dem Eingangsknoten 6 erhalten und verstärken. Bei einigen Beispielen kann die Verstärkerstufe 8 einen Operationsverstärker umfassen, der als eine Vergleichseinheit funktioniert. Die Verstärkerstufe 8 kann ein Signal von der Eingangsleitung 4 an einer positiven Eingangsklemme der Verstärkerstufe 8 und ein Signal von der Hauptregelleitung 16 an einer negativen Eingangsklemme der Verstärkerstufe 8 erhalten. Die als Vergleichseinheit funktionierende Verstärkerstufe 8 kann die Spannung der Hauptregelleitung 16 von der Spannung der Eingangsleitung 4 subtrahieren und die Differenz zwischen den beiden Spannungen verstärken. Der Ausgang der Verstärkerstufe 8 kann mit einem Verstärkerknoten 10 verbunden werden.
Der Verstärkerknoten 10 kann ein Signal von dem Ausgang der Verstärkerstufe 8 und eine Ausgabe von einer Rückkopplungsschaltung 20 erhalten. Der Verstärkerknoten 10 kann ein Teil der Hauptregelschleife 18 und der geschachtelten schnellen Schleife 22 sein. Der Verstärkerknoten 10 kann die Spannung des Ausgangs der Rückkopplungsschaltung 20 von der Spannung des Ausgangs der Verstärkerstufe 8 subtrahieren, wie durch die Plus- und Minuszeichen in 1 angezeigt wird. Der Verstärkerknoten 10 kann ein elektrisches Signal an ein Durchgangselement 12 liefern.
Das Durchgangselement 12 kann ein elektrisches Signal von dem Verstärkerknoten 10 erhalten und kann ein elektrisches Signal an einen Ausgangsknoten 14 ausgeben. Das Durchgangselement 12 kann einen Transistor enthalten, der dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom aufgrund des von dem Verstärkerknoten 10 erhaltenen elektrischen Signals zu vergrößern oder zu verringern. Das Durchgangselement 12 kann einen oder mehrere Bipolartransistoren (Bipolar Junction Transistors, BJTs) oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors, MOSFETs) umfassen.
Der Ausgangsknoten 14 kann ein elektrisches Signal von dem Durchgangselement 12 erhalten und kann das elektrische Signal an eine andere elektrische Schaltung ausgeben. Der Spannungsregler 2 kann dazu ausgebildet sein, eine stabile Spannung an dem Ausgangsknoten 14 aufrechtzuerhalten. Der Ausgangsknoten 14 kann mit der Hauptregelleitung 16 und dem Eingang der Rückkopplungsschaltung 20 verbunden sein. Der Ausgangsknoten 14 kann eine nahezu konstante Spannung für verschiedene Anwendungen wie zum Beispiel unter anderem für ein Laden von Mobiltelefonen und für eine Stromversorgung von Computern bereitstellen. Der Spannungsregler 2 kann aufgrund einer niedrigen Ausgangsimpedanz des Spannungsreglers 2 einen relativ hohen Strom über den Ausgangsknoten 14 bereitstellen.
Die Hauptregelleitung 16 kann ein elektrisches Signal von dem Ausgangsknoten 14 an den Eingangsknoten 6 übertragen. Die Hauptregelleitung 16 kann ein Teil der Hauptregelschleife 18 sein. Die Hauptregelleitung 16 kann einen oder mehrere Widerstände enthalten, um die Spannung an dem Ausgangsknoten 14 zu teilen, bevor die Spannung an den Eingangsknoten 6 geliefert wird. Bei einigen Beispielen kann die Hauptregelleitung 16 direkt mit der Verstärkerstufe 8 verbunden werden.
Die Hauptregelschleife 18 kann den Eingangsknoten 6, die Verstärkerstufe 8, den Verstärkerknoten 10, das Durchgangselement 12, den Ausgangsknoten 14 und die Hauptregelleitung 16 umfassen. Die Hauptregelschleife 18 kann dazu ausgebildet sein, ein elektrisches Signal von dem Ausgangsknoten 14 an die Verstärkerstufe 8 zu liefern, sodass die Spannung an dem Ausgangsknoten 14 geregelt wird, um eine stabile Spannung zu erhalten. Die Hauptregelschleife 18 kann einen Überschwinger und einen Unterschwinger in der Spannung an dem Ausgangsknoten 14 erlauben, wenn sich das elektrische Signal von der Eingangsleitung 4 oder die Spannung an dem Ausgangsknoten 14 schnell ändert. Die Hauptregelschleife 18 kann mit einer begrenzten Bandbreite eine hohe Genauigkeit erreichen.
Die Rückkopplungsschaltung 20 kann dazu ausgebildet sein, ein elektrisches Signal von dem Ausgangsknoten 14 zu erhalten und ein elektrisches Signal an den Verstärkerknoten 10 auszugeben. Die Rückkopplungsschaltung 20 kann eine Differenzierstufe, die mit einem Ausgangsknoten 14 verbunden ist, und eine Rückkopplungsausgangsstufe enthalten, die mit dem Verstärkerknoten 10 verbunden ist. Bei einigen Beispielen kann die Rückkopplungsschaltung 20 dazu ausgebildet sein, eine negative Rückkopplung an dem Verstärkerknoten 10 bereitzustellen, indem die Spannung an dem Ausgangsknoten 14 differenziert wird.
Die geschachtelte schnelle Schleife 22 kann den Verstärkerknoten 10, das Durchgangselement 12, den Ausgangsknoten 14 und die Rückkopplungsschaltung 20 umfassen. Die geschachtelte schnelle Schleife 22 kann dazu ausgebildet sein, eine negative Rückkopplung bereitzustellen, wodurch die Spannung an dem Ausgangsknoten 14 geregelt wird. Die geschachtelte schnelle Schleife 22 kann dazu ausgebildet sein, ein Rückkopplungssignal bereitzustellen, das Änderungen bei der Spannung an dem Ausgangsknoten 14 entgegenwirkt. Die geschachtelte schnelle Schleife 22 kann schneller als die Hauptregelschleife 18 reagieren, da die geschachtelte schnelle Schleife 22 die Verstärkerstufe 8 nicht umfassen muss.
Durch das Einbinden der geschachtelten schnellen Schleife 22 kann der Spannungsregler 2 auf plötzliche Änderungen bei den elektrischen Signalen auf der Eingangsleitung 4 oder an dem Ausgangsknoten 14 reagieren. Infolgedessen kann der Spannungsregler 2 eine größere Widerstandsfähigkeit und eine größere dynamische Leistungsfähigkeit erreichen, indem Unterschwinger und Überschwinger an dem Ausgangsknoten 14 verringert werden. Ohne die geschachtelte schnelle Schleife 22 kann der Spannungsregler 2 schlechtere Leistungen bei positiven oder negativen Lastschritten oder während des Einschaltens erbringen. Die geschachtelte schnelle Schleife 22 kann die dynamische Leistungsfähigkeit des Spannungsreglers 2 verbessern, ohne die statische Genauigkeit des Spannungsreglers 2 zu beeinträchtigen. Bei einigen Beispielen kann die geschachtelte schnelle Schleife 22 den Überschwinger beim Einschalten von siebenhundert Millivolt auf einhundert Millivolt verringern.
2 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild eines Spannungsreglers 30, der eine Rückkopplungsschaltung 48 gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung umfasst. Der Spannungsregler 30 kann in einer ähnlichen Weise wie der Spannungsregler 2 funktionieren. Die Komponenten des Spannungsreglers 30 können ähnlich wie die Komponenten des Spannungsreglers 2 sein.
Eine Verstärkerstufe 34 kann eine Bezugsspannung 32 und eine geteilte Spannung 46 erhalten. Die Verstärkerstufe 34 kann ein Operationsverstärker sein, der als eine Vergleichseinheit funktioniert, indem er die Differenz zwischen der Bezugsspannung 32 und der Spannung an einem Teilerknoten 46 verstärkt. Die Verstärkerstufe 34 kann auch als ein Fehlerverstärker funktionieren. Die Bezugsspannung 32 kann von einem Bezugsspannungserzeugerblock wie zum Beispiel einer Bandabstandsreferenz stammen und kann mit der positiven Eingangsklemme der Verstärkerstufe 34 verbunden sein. Der Teilerknoten 46 kann mit der negativen Eingangsklemme der Verstärkerstufe 34 verbunden sein. Die Verstärkerstufe 34 kann ein elektrisches Signal an den Verstärkerknoten 36 ausgeben.
Das Durchgangselement 38 kann dazu ausgebildet sein, ein elektrisches Signal von dem Verstärkerknoten 36 zu erhalten. Der Verstärkerknoten 36 kann ein Ausgangssignal von der Verstärkerstufe 34 und ein Ausgangssignal von der Rückkopplungsschaltung 48 erhalten. Das Durchgangselement 38 kann einen Transistor umfassen, der abhängig von dem elektrischen Signal an dem Verstärkerknoten 36 den Fluss eines elektrischen Stroms zu dem Ausgangsknoten 40 vergrößert oder verringert.
Die Widerstände 42 und 44 können die Spannung an dem Ausgangsknoten 40 teilen und die geteilte Spannung an den Teilerknoten 46 ausgeben. Die Widerstände 42 und 44 können sich innerhalb oder außerhalb des Spannungsreglers 30 befinden. Die Widerstände 42 und 44 können einstellbar sein, um die Spannung an dem Ausgangsknoten 40 abzustimmen.
Der Widerstand 42 kann zwischen den Ausgangsknoten 40 und den Teilerknoten 46 geschaltet sein. Der Widerstand 44 kann zwischen den Teilerknoten 46 und die Bezugserde geschaltet sein. Der Teilerknoten 46 kann mit der negativen Eingangsklemme der Verstärkerstufe 34 verbunden sein. Die Spannung an dem Teilerknoten 46 kann abhängig sein von den Impedanzen der Widerstände 42 und 44. Da die Spannung an dem Ausgangsknoten 40 ansteigt, kann die Spannung an dem Teilerknoten 46 ansteigen, wodurch die Spannung am Verstärkerknoten 36 abnimmt. Daher kann die Ausgangsspannung des Durchgangselements auf einer Impedanz des Widerstands 42 in Bezug auf die Impedanz des Widerstands 44 beruhen. Ein (in 2 nicht gezeigter) Glättungskondensator kann zwischen den Ausgangsknoten 40 und die Bezugserde geschaltet sein, um das Ausgangssignal des Spannungsreglers 30 zusätzlich zu regeln. Der Glättungskondensator kann zwischen den Ausgangsknoten 40 und den Teilerknoten 46 geschaltet sein.
Die Rückkopplungsschaltung 48 kann dazu ausgebildet sein, ein elektrisches Signal von dem Ausgangsknoten 40 zu erhalten und ein elektrisches Signal an den Verstärkerknoten 36 auszugeben. Die Rückkopplungsschaltung 48 kann eine Differenzierstufe, die mit einem Ausgangsknoten 40 verbunden ist, und eine Rückkopplungsausgangsstufe enthalten, die mit dem Verstärkerknoten 36 verbunden ist. Bei einigen Beispielen kann die Rückkopplungsschaltung 48 dazu ausgebildet sein, aufgrund der Ausgangsspannung des Durchgangselements 38 eine negative Rückkopplung zu erzeugen und an den Verstärkerknoten 36 zu übertragen. Bei einigen Beispielen kann eine negative Rückkopplung bedeuten, dass eine ansteigende Ausgangsspannung des Durchgangselements 38 zu einer negativen Spannung oder einem negativen Strom an dem Ausgangsknoten der Rückkopplungsschaltung 48 führt.
3 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild einer Rückkopplungsschaltung 50 in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Die Rückkopplungsschaltung 50 kann einen Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52, eine Differenzierstufe 54, eine Rückkopplungsausgangsstufe 56 und einen Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 58 umfassen. Eine Rückkopplungsschaltung 50 kann die Vorzüge einer niedrigen Vorrichtungsanzahl für Vorrichtungen wie zum Beispiel Transistoren oder analoge Vorrichtungen aufweisen und einen niedrigen Stromverbrauch aufgrund niedriger Ruheströme durch die Vorrichtungen aufweisen.
Die Differenzierstufe 54 kann zwischen den Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 und die Rückkopplungsausgangsstufe 56 geschaltet sein. Die Differenzierstufe 54 kann einen High-Side-Kondensator 58 und einen Low-Side-Kondensator 62 umfassen. Jeder der Kondensatoren 58 und 62 kann dazu ausgebildet sein, die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 aufgrund der Gleichung i(t) = C(dv(t)/dt) zu differenzieren. In dieser Gleichung ist i(t) der Strom, der aus dem Kondensator fließt, C ist die Kapazität des Kondensators und dv(t)/dt ist die Änderungsrate der Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 als eine Funktion der Zeit. Somit kann die Differenzierstufe 54 die Spannung eines von dem Durchgangselement 38 erhaltenen Signals differenzieren und einen Strom erzeugen, welcher der Änderungsrate der Spannung über der Zeit entspricht.
Wenn die Spannung in dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 konstant ist, kann die Differenzierstufe 54 einen Nullstrom an die Rückkopplungsausgangsstufe 56 liefern. Wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 ansteigt, kann die Differenzierstufe 54 einen positiven elektrischen Strom an die Rückkopplungsausgangsstufe 56 liefern. Wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 abnimmt, kann die Differenzierstufe 54 einen negativen elektrischen Strom an die Rückkopplungsausgangsstufe 56 liefern.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 56 kann zwischen die Differenzierstufe 54 und den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 66 geschaltet sein. Die Rückkopplungsausgangsstufe 56 kann eine High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 60 und eine Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 64 umfassen. Die Rückkopplungsausgangsstufe 56 kann dazu ausgebildet sein, dass eine oder keine der High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 60 und der Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 64 zu einer beliebigen Zeit ein elektrisches Signal an den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 66 liefern kann. Wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 konstant ist, können bei einigen Beispielen die High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 60 und die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 64 gleich Ströme an den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 66 liefern. Für eine stabile Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 kann der Strom an dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 66 Null sein.
In dem Fall eines Überschwingers an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 kann die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 64 mehr Strom als die High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 60 abziehen. Die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 64 kann die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 66 herabziehen. In dem Fall eines Unterschwingers an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 52 kann die High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 60 mehr Strom als die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 64 in den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 66 speisen.
4 ist ein Schaltbild einer Rückkopplungsausgangsstufe 70 in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Die Rückkopplungsausgangsstufe 70 kann eine High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 74 und eine Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 80 umfassen. Die High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 74 kann zwischen einen High-Side-Eingangsknoten 72 und den High-Side-Ausgangsknoten 76 geschaltet sein. Die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 74 kann zwischen einen Low-Side-Eingangsknoten 78 und den Low-Side-Ausgangsknoten 82 geschaltet sein.
Die High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 74 kann einen Stromspiegel 84 mit zwei Transistoren 86 und 88 umfassen. Die Transistoren 86 und 88 können durch einen Widerstand 90 getrennt sein. Die Transistoren 86 und 88 können BJTs, MOSFETs oder andere beliebige Transistoren oder analoge Vorrichtungen sein. Bei einigen Beispielen können die Transistoren 86 und 88 p-dotierte Transistoren wie zum Beispiel pnp- oder PMOS-Transistoren sein. Der Transistor 86 kann ein als Diode geschalteter Transistor mit einer Lastklemme und einer Steuerklemme sein, die mit einer Stromquelle verbunden ist. Der Transistor 88 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit dem High-Side-Ausgangsknoten 76 verbunden ist. Jeder der Transistoren 86 und 88 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit einer positiven Versorgungsschiene 89 verbunden ist. Wenn die Transistoren 86 und 88 BJTs sind, kann die Emitter-Klemme mit der positiven Versorgungsschiene 89 verbunden sein, und wenn die Transistoren 86 und 88 MOSFETs sind, kann die Source-Klemme mit der positiven Versorgungsschiene 89 verbunden sein. Wie bei allen analogen Vorrichtungen und Transistoren in dieser Offenbarung können die Transistoren 86 und 88 außer BJTs und MOSFETs auch andere analoge Vorrichtungen wie zum Beispiel ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor (Junction Field-Effect Transistor, JFET), ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) oder eine Diode sein, um nur ein paar zu nennen. BJTs und MOSFETs werden nur als Beispiele beschrieben.
Die High-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 74 kann dazu ausgebildet sein, die Spannung an dem High-Side-Ausgangsknoten 76 zu erhöhen, wenn die Spannung am High-Side-Eingangsknoten 72 geringer als die stationäre Spannung des Knotens 72 ist. Die Spannung am High-Side-Eingangsknoten 72 kann geringer als die stationäre Spannung des Knotens 72 sein, wenn die Ausgangsspannung des Spannungsreglers abnimmt. Zum Erzeugen einer positiven Ausgangsspannung kann der Stromspiegel 84 einen elektrischen Strom von der positiven Versorgungsschiene 89 durch den Transistor 88 zu dem High-Side-Ausgang 76 leiten.
Auf ähnliche Weise kann die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 80 dazu ausgebildet sein, die Spannung an dem Low-Side-Ausgangsknoten 82 zu verringern, wenn die Spannung am Low-Side-Eingangsknoten 78 größer als die stationäre Spannung des Knotens 78 ist. Die Spannung am Low-Side-Eingangsknoten 78 kann größer als die stationäre Spannung des Knotens 78 sein, wenn die Ausgangsspannung des Spannungsreglers ansteigt. Zum Erzeugen einer negativen Ausgangsspannung kann der Stromspiegel 92 einen elektrischen Strom von dem Low-Side-Ausgangsknoten 82 durch den Transistor 96 zu der Versorgungsschiene 99 leiten.
Die Low-Side-Ausgangsstufe 80 kann Komponenten enthalten, die ähnlich wie die der High-Side-Ausgangsstufe 74 sind. Die Low-Side-Rückkopplungsausgangsstufe 80 kann einen Stromspiegel 92 mit zwei Transistoren 94 und 96 umfassen. Die Transistoren 94 und 96 können durch einen Widerstand 98 getrennt sein. Die Transistoren 94 und 96 können BJTs, MOSFETs oder andere beliebige Transistoren oder analoge Vorrichtungen sein. Bei einigen Beispielen können die Transistoren 94 und 96 n-dotierte Transistoren wie zum Beispiel npn- oder NMOS-Transistoren sein. Der Transistor 94 kann ein als Diode geschalteter Transistor mit einer Lastklemme und einer Steuerklemme sein, die mit einer Stromquelle verbunden ist. Der Transistor 96 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit dem Low-Side-Ausgangsknoten 82 verbunden ist. Jeder der Transistoren 94 und 96 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit einer negativen Versorgungsschiene 99 verbunden ist. Wenn die Transistoren 94 und 96 BJTs sind, kann die Emitter-Klemme mit der negativen Versorgungsschiene 99 verbunden sein, und wenn die Transistoren 94 und 96 MOSFETs sind, kann die Source-Klemme mit der negativen Versorgungsschiene 99 verbunden sein.
5 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild einer Rückkopplungsschaltung 100 mit einer Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator 104 in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Die Rückkopplungsschaltung 100 kann einen Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102, eine Differenzierstufe 104, eine Rückkopplungsausgangsstufe 106 und einen Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 108 umfassen.
Die Differenzierstufe 104 kann zwischen den Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 und die Rückkopplungsausgangsstufe 106 geschaltet sein. Die Differenzierstufe 104 kann einen einzigen Kondensator 110 umfassen, der dazu ausgebildet ist, die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 zu differenzieren. Bei einigen Beispielen kann die Differenzierstufe 104 weitere Komponenten, potenziell auch weitere Kondensatoren, umfassen. Gemäß dieser Offenbarung umfasst die Differenzierstufe 104 jedoch einen einzigen Kondensator 110, der dazu ausgebildet ist, ein Spannungssignal zum Beispiel aufgrund der Gleichung i(t) = C(dv(t)/dt) zu differenzieren. In dieser Gleichung ist i(t) der Strom, der aus dem Kondensator 110 fließt, C ist die Kapazität des Kondensators 110 und dv(t)/dt ist die Änderungsrate der Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 als eine Funktion der Zeit. Wenn die Spannung in dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 konstant ist, kann die Differenzierstufe 104 einen Nullstrom an die Rückkopplungsausgangsstufe 106 liefern. Wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 ansteigt, kann die Differenzierstufe 104 einen positiven elektrischen Strom an die Rückkopplungsausgangsstufe 106 liefern. Wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 abnimmt, kann die Differenzierstufe 104 einen negativen elektrischen Strom an die Rückkopplungsausgangsstufe 106 liefern.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 106 kann zwischen die Differenzierstufe 104 und den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 108 geschaltet sein. Die Rückkopplungsausgangsstufe 106 kann eine Ausgangsstufe der Klasse AB 112 umfassen. Die Ausgangsstufe der Klasse AB 112 kann einen einzigen Eingang aufweisen und sie kann eine Gegentaktschaltung mit zwei oder mehr Transistoren umfassen. Eine Gegentaktschaltung kann Strom in den Ausgangsknoten der Rückkopplungsausgangsstufe 106 speisen oder daraus abziehen. Die Rückkopplungsausgangsstufe 106 kann aufgrund des elektrischen Signals an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 102 ein elektrisches Signal an den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 108 liefern.
Im Vergleich zur Rückkopplungsausgangsstufe 50 in 3 kann die Rückkopplungsausgangsstufe 100 weniger Platz in einem Chip benötigen, da die Differenzierstufe 104 nur einen einzigen Kondensator 110 aufweist. Die Rückkopplungsausgangsstufe 106 kann ungefähr die gleiche Anzahl und Größe an Komponenten wie die Rückkopplungsausgangsstufe 56 umfassen. Daher kann der geringere in dem Chip benötigte Platz fast vollständig auf der Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator 104 beruhen. Die Rückkopplungsschaltung 100 kann die gleiche Leistungsfähigkeit wie die Rückkopplungsschaltung 50 bieten, obwohl die Hälfte des Differenzierkondensatorbereichs eingespart wird. Bei einem Beispiel kann eine Spannungsreglervorrichtung mit der Rückkopplungsschaltung 100 im Vergleich zu der Rückkopplungsschaltung 50 fünf oder zehn Prozent weniger Platz in einem Chip in Anspruch nehmen. Diese Einsparungen können von einer Vielfalt von Faktoren wie zum Beispiel den Eingangsspannungspegeln abhängig sein.
6 ist ein Schaltbild einer Rückkopplungsausgangsstufe 120 in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Die Rückkopplungsausgangsstufe 120 kann zwischen einen Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe und einen Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsausgangsstufe geschaltet sein. Der Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe kann mit einer Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator verbunden sein und der Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsausgangsstufe kann mit einem Verstärkerknoten 36 verbunden sein, wie er in 2 gezeigt wird. Die Rückkopplungsausgangsstufe 120 kann eine Ausgangsstufe der Klasse AB wie zum Beispiel eine Gegentaktverstärkerschaltung sein, der eine Funktionalität eines Gegentaktausgangs bietet.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 120 kann dazu ausgebildet sein, die Spannung an dem Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsausgangsstufe zu verringern, wenn die Spannung an dem Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe größer als die stationäre Spannung des Knotens 122 ist. Wenn die Spannung am Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe größer als die stationäre Spannung des Knotens 122 ist, kann der Stromspiegel 126 Strom aus dem Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsausgangsstufe durch den Transistor 132 zur negativen Versorgungsschiene 127 abziehen. Der Stromspiegel 126, der die Transistoren 130 und 132 enthält, kann in Funktion und Gestaltung ähnlich wie der Low-Side-Stromspiegel 92 in 4 sein.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 120 kann dazu ausgebildet sein, die Spannung oder den Strom an dem Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsausgangsstufe zu vergrößern, wenn die Spannung an dem Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe geringer als die stationäre Spannung des Knotens 122 ist. Wenn die Spannung am Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe geringer als die stationäre Spannung des Knotens 122 ist, kann der Stromspiegel 128 Strom von der positiven Versorgungsschiene 129 durch den Transistor 134 in den Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsausgangsstufe speisen.
Die Vorspannungseingangsknoten 142 und 144 können die Rückkopplungsausgangsstufe 120 mit Vorspannungen versorgen. Wenn zum Beispiel die Spannung an dem Eingangsknoten 122 der Rückkopplungsausgangsstufe geringer als die stationäre Spannung des Knotens 122 ist, kann der Transistor 140 Strom zur negativen Versorgungsschiene 127 leiten. Wenn der Transistor 140 Strom leitet, kann auch der Transistor 138 aufgrund der Spannung an dem Vorspannungseingangsknoten 142 Strom leiten. Wenn beide Transistoren 138 und 140 leiten, kann die Spannung an den Steuerklemmen des Stromspiegels 128 niedrig genug sein, damit der Transistor 134 Strom von der positiven Versorgungsschiene 129 in den Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsschaltung speisen wird.
Der Stromspiegel 126 kann zwei Transistoren 130 und 132 umfassen, die durch einen Widerstand getrennt sind. Die Transistoren 130 und 132 können BJTs, MOSFETs oder andere beliebige Transistoren oder analoge Vorrichtungen sein. Bei einigen Beispielen können die Transistoren 130 und 132 n-dotierte Transistoren wie zum Beispiel npn- oder NMOS-Transistoren sein. Der Transistor 130 kann ein als Diode geschalteter Transistor mit einer Lastklemme und einer Steuerklemme sein, die mit einer Stromquelle verbunden ist. Der Transistor 132 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit dem Ausgangsknoten 124 der Rückkopplungsschaltung verbunden ist. Jeder der Transistoren 130 und 132 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit der negativen Versorgungsschiene 127 verbunden ist. Wenn die Transistoren 130 und 132 BJTs sind, kann die Emitter-Klemme mit der negativen Versorgungsschiene 127 verbunden sein, und wenn die Transistoren 130 und 132 MOSFETs sind, kann die Source-Klemme mit der negativen Versorgungsschiene 127 verbunden sein.
Der Stromspiegel 128 kann die Transistoren 134 und 136 umfassen, die BJTs, MOSFETs oder andere beliebige Transistoren oder analoge Vorrichtungen sein können. Bei einigen Beispielen können die Transistoren 134 und 136 p-dotierte Transistoren wie zum Beispiel pnp- oder PMOS-Transistoren sein. Der Transistor 136 kann ein als Diode geschalteter Transistor mit einer Lastklemme und einer Steuerklemme sein, die mit dem Transistor 138 verbunden ist. Der Transistor 134 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit dem Ausgangsknoten der Rückkopplungsschaltung 124 verbunden ist. Jeder der Transistoren 134 und 136 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit einer positiven Versorgungsschiene 129 verbunden ist. Wenn die Transistoren 134 und 136 BJTs sind, kann die Emitter-Klemme mit der positiven Versorgungsschiene 129 verbunden sein, und wenn die Transistoren 134 und 136 MOSFETs sind, kann die Source-Klemme mit der positiven Versorgungsschiene 129 verbunden sein.
7 ist ein konzeptuelles Blockschaltbild eines Spannungsreglers 150 mit einer Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Der Spannungsregler 150 kann in einer ähnlichen Weise wie der Spannungsregler 30 in 2 funktionieren. Die Komponenten des Spannungsreglers 150 können ähnlich wie die Komponenten des Spannungsreglers 30 sein, mit der Ausnahme, dass die Rückkopplungsschaltung 168 eine Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator 170 aufweist. Der Spannungsregler 150 kann für Niedrigstrommerkmale geeignet sein, da der Ruhestrom der Rückkopplungsausgangsstufe 172 durch die geometrischen Verhältnisse der analogen Vorrichtungen in der Rückkopplungsausgangsstufe 172 gesteuert werden kann. Die Rückkopplungsausgangsstufe 172 kann aufgrund der geringen Anzahl von analogen Vorrichtungen relativ einfach sein. Darüber hinaus kann die Herstellung der Rückkopplungsausgangsstufe 172 mit kostengünstigen Technologien erreicht werden.
Eine Verstärkerstufe 154 kann eine Bezugsspannung 152 und die Spannung am Verteilerknoten 166 erhalten. Die Verstärkerstufe 34 kann auch als eine Vergleichseinheit oder als ein Fehlerverstärker funktionieren. Die Verstärkerstufe 154 kann die Differenz zwischen der Bezugsspannung 152 und der Spannung am Verteilerknoten 166 verstärken. Die Verstärkerstufe 154 kann ein elektrisches Signal an den Verstärkerknoten 156 ausgeben.
Ein Durchgangselement 158 kann dazu ausgebildet sein, elektrische Signale von der Verstärkerstufe 154 und von der Rückkopplungsschaltung 168 zu erhalten. Das Durchgangselement 158 kann einen Transistor umfassen, der abhängig von dem vom Verstärkerknoten 156 erhaltenen elektrischen Signal den Fluss eines elektrischen Stroms zu dem Ausgangsknoten 160 vergrößert oder verringert.
Die Widerstände 162 und 164 können die Spannung an dem Ausgangsknoten 160 teilen und die geteilte Spannung an den Teilerknoten 166 ausgeben. Der Teilerknoten 166 kann mit der negativen Eingangsklemme der Verstärkerstufe 154 verbunden werden. Da die Spannung an dem Ausgangsknoten 160 ansteigt, kann die Spannung an dem Teilerknoten 166 ansteigen, wodurch die Spannung am Verstärkerknoten 156 abnimmt. Daher kann die Ausgangsspannung des Durchgangselements auf einer Impedanz des Widerstands 162 in Bezug auf die Impedanz des Widerstands 164 beruhen.
Die Rückkopplungsschaltung 168 kann dazu ausgebildet sein, ein elektrisches Signal von dem Ausgangsknoten 160 zu erhalten und ein elektrisches Signal an den Verstärkerknoten 156 auszugeben. Die Rückkopplungsschaltung 168 kann eine Differenzierstufe mit einem einzigen Kondensator 170, die mit dem Ausgangsknoten 160 verbunden ist, und eine Rückkopplungsausgangsstufe 172 enthalten, die mit dem Verstärkerknoten 156 verbunden ist. Die Rückkopplungsausgangsstufe 172 kann eine Ausgangsstufe der Klasse AB wie zum Beispiel eine Gegentaktschaltung sein, der eine Funktionalität eines Gegentaktausgangs bietet. Bei einigen Beispielen kann die Rückkopplungsschaltung 168 dazu ausgebildet sein, aufgrund der Ausgangsspannung des Durchgangselements 158 eine negative Rückkopplung zu erzeugen und an den Verstärkerknoten 156 zu übertragen und auszugeben. Bei einigen Beispielen kann die negative Rückkopplung ein negativer Strom oder eine negative Spannung sein, wenn die Spannung am Ausgangsknoten 160 ansteigt, oder die negative Rückkopplung kann ein positiver Strom oder eine positive Spannung sein, wenn die Spannung am Ausgangsknoten 160 abnimmt.
8 ist ein Schaltbild einer Rückkopplungsschaltung 180 mit Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren 192, 194, 196, 198, 200, 202 in einem Spannungsregler gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Die Rückkopplungsschaltung 180 kann in einer ähnlichen Weise wie die Rückkopplungsausgangsstufe 120 in 6 funktionieren, mit der Ausnahme, dass die Rückkopplungsschaltung 180 MOSFETs anstelle von BJTs umfasst. Die Rückkopplungsschaltung 180 umfasst auch einen als Diode geschalteten Transistor 208, obwohl der als Diode geschaltete Transistor 208 abhängig von der Konfiguration der Rückkopplungsschaltung 180 optional sein kann. Wie bei allen hier beschriebenen Schaltungen kann die Rückkopplungsschaltung 180 BJTs oder andere analoge Vorrichtungen umfassen und kann mit anderen analogen Vorrichtungen in einer ähnlichen Weise funktionieren.
Ein Differenzierkondensator 186 kann zwischen den Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 und die Rückkopplungsausgangsstufe 180 geschaltet sein. Die Rückkopplungsausgangsstufe 180 kann zwischen den Differenzierkondensator 186 und den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 geschaltet sein. Der Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 kann mit dem Ausgangsknoten 160 eines Spannungsreglers verbunden sein und der Ausgangsknoten 184 der Rückkopplungsausgangsstufe kann mit dem Verstärkerknoten 156 verbunden sein, wie er in 7 gezeigt wird. Die Rückkopplungsausgangsstufe 180 kann eine Ausgangsstufe der Klasse AB wie zum Beispiel eine Gegentaktverstärkerschaltung sein, der eine Funktionalität eines Gegentaktausgangs bietet.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 180 kann dazu ausgebildet sein, die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 zu vergrößern, wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 abnimmt. Wenn die Spannung am Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 abnimmt, kann der Stromspiegel 188 Strom von der positiven Versorgungsschiene 189 durch den Transistor 194 in den Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 speisen. Der Ruhestrom durch den Transistor 194 kann auf einem geometrischen Verhältnis zwischen den Transistoren 192 und 194 beruhen.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 180 kann dazu ausgebildet sein, die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 zu verringern, wenn die Spannung an dem Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 ansteigt. Wenn die Spannung am Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 ansteigt, kann der Stromspiegel 190 Strom von dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 durch den Transistor 196 in die negative Versorgungsschiene 199 abziehen.
Die Vorspannungseingangsknoten 204 und 206 können die Rückkopplungsausgangsstufe 180 mit Vorspannungen versorgen. Wenn zum Beispiel die Spannung am Rückkopplungsschaltungseingangsknoten 182 ansteigt, kann der Transistor 202 Strom von dem als Diode geschalteten Transistor 208 zu dem Vorspannungseingangsknoten 206 leiten. Wenn der Transistor 202 Strom leitet, kann auch der Transistor 200 aufgrund der Spannung an dem Vorspannungseingangsknoten 204 Strom leiten. Wenn beide Transistoren 200 und 202 Strom leiten, kann die Spannung an den Steuerklemmen des Stromspiegels 190 groß genug sein, damit der Transistor 196 Strom von dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 zur negativen Versorgungsschiene 199 abziehen wird.
Der Stromspiegel 188 kann zwei Transistoren 192 und 194 umfassen, die durch einen Widerstand getrennt sind. Die Transistoren 192 und 194 können BJTs, MOSFETs oder andere beliebige Transistoren oder analoge Vorrichtungen sein. Bei einigen Beispielen können die Transistoren 192 und 194 p-dotierte Transistoren wie zum Beispiel pnp- oder PMOS-Transistoren sein. Der Transistor 192 kann ein als Diode geschalteter Transistor mit einer Lastklemme und einer Steuerklemme sein, die mit einer Stromquelle verbunden ist. Der Transistor 194 kann eine Steuerklemme aufweisen, die mit dem Differenzierkondensator 186 verbunden ist, und er kann eine Lastklemme aufweisen, die mit dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 verbunden ist. Jeder der Transistoren 192 und 194 kann eine Source-Klemme aufweisen, die mit der positiven Versorgungsschiene 189 verbunden ist. Wenn die Transistoren 192 und 194 BJTs sind, kann eine Emitter-Klemme mit der positiven Versorgungsschiene 189 verbunden sein.
Der Stromspiegel 190 kann die Transistoren 196 und 198 umfassen, die BJTs, MOSFETs oder andere beliebige Transistoren oder analoge Vorrichtungen sein können. Bei einigen Beispielen können die Transistoren 196 und 198 n-dotierte Transistoren wie zum Beispiel npn- oder NMOS-Transistoren sein. Der Transistor 198 kann ein als Diode geschalteter Transistor mit einer Lastklemme und einer Steuerklemme sein, die mit der Steuerklemme des Transistors 196 verbunden ist. Der Transistor 196 kann eine Lastklemme aufweisen, die mit dem Rückkopplungsschaltungsausgangsknoten 184 verbunden ist. Jeder der Transistoren 196 und 198 kann eine Source-Klemme aufweisen, die mit der negativen Versorgungsschiene 199 verbunden ist. Wenn die Transistoren 196 und 198 BJTs sind, kann eine Emitter-Klemme mit der negativen Versorgungsschiene 199 verbunden sein.
Für die Rückkopplungsschaltung 180 sind zahlreiche andere Konfigurationen möglich. Die Rückkopplungsschaltung 180 kann verschiedene analoge Vorrichtungen wie unter anderen zum Beispiel JFETs, IGBTs oder Dioden umfassen. Die Rückkopplungsschaltung 180 kann eine Konfiguration ähnlich wie jene der 6 verwenden, bei welcher der Rückkopplungsschaltungseingang 122 mit dem Low-Side-Stromspiegel 126 verbunden ist, oder er kann eine Konfiguration ähnlich wie jene der 8 verwenden, bei welcher der Rückkopplungsschaltungseingang 182 mit dem High-Side-Stromspiegel 188 verbunden ist. Die Rückkopplungsschaltung 180 kann (in 8 nicht gezeigte) als Dioden geschaltete Transistoren verwenden, um Vorspannungen an den Knoten 204 und 206 bereitzustellen.
9 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Erzeugen einer schnellen Rückkopplung gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung darstellt. Ein Prozess 210 wird nachfolgend aus der Perspektive der Rückkopplungsschaltung 168 in 7 beschrieben. Wie in 9 gezeigt wird, erhält die Rückkopplungsschaltung 168 des Spannungsreglers 150 ein Eingangssignal von dem Durchgangselement 158, das mit dem Ausgangsknoten 160 verbunden ist (212). Das Eingangssignal kann ein geregeltes Spannungssignal sein, das Merkmale eines Lasteinschwingverhaltens wie zum Beispiel Überschwinger und Unterschwinger während des Einschaltens und bei abrupten Änderungen der Bezugsspannung 152 umfassen kann. Das geregelte Spannungssignal kann auch Überschwinger und Unterschwinger umfassen, wenn sich die Lastimpedanz abrupt ändert.
Ein einziger Differenzierkondensator 170 der Rückkopplungsschaltung 168 kann das Eingangssignal in ein differenziertes Signal differenzieren (214). Wenn die Spannung des Signals am Ausgangsknoten 160 ansteigt, kann der Kondensator 170 das Eingangssignal in einen positiven Strom überführen. Wenn im Gegensatz dazu die Spannung des Signals am Ausgangsknoten 160 abnimmt, kann der Kondensator 170 das Eingangssignal in einen negativen Strom überführen.
Die Rückkopplungsschaltung 172 kann das differenzierte Signal von dem einzigen Differenzierkondensator 170 erhalten (216). Die Rückkopplungsausgangsstufe 172 kann eine Ausgangsstufe der Klasse AB mit einer Gegentaktschaltung sein. Die Rückkopplungsausgangsstufe 172 kann zwei Stromspiegel umfassen, um Strom in positive oder negative Versorgungsschienen 189, 199 zu speisen oder daraus zu dem Verstärkerknoten 156 abzuziehen. Die Rückkopplungsausgangsstufe 172 kann einen positiven Eingangsstrom in einen negativen Ausgangsstrom und umgekehrt wandeln, wodurch eine negative Rückkopplung für den Spannungsregler 150 erzeugt wird.
Die Rückkopplungsausgangsstufe 172 kann ein Ausgangssignal aus der Rückkopplungsausgangsstufe zu dem Durchgangselement 158 ausgeben (218). Das Ausgangssignal kann eine negative Rückkopplung von dem Ausgangsknoten 160 zu dem Verstärkerknoten 156 umfassen. Wenn das negative Rückkopplungssignal mit einem Signal von einem Ausgang der Verstärkerstufe 154 kombiniert wird, kann das negative Rückkopplungssignal jeden plötzlichen Anstieg oder Abfall in dem Ausgang der Verstärkerstufe 154 ausgleichen. Die Komponenten der Rückkopplungsschaltung 168 erlauben eine schnelle Rückkopplung für den Spannungsregler 150, wodurch die Spannung am Ausgangsknoten 160 innerhalb einer engen Toleranz gehalten wird.
Zahlreiche Beispiele der Offenbarung sind beschrieben worden. Es sind auch alle Kombinationen der beschriebenen Systeme, Vorgänge oder Funktionen vorgesehen.

Claims

Spannungsregler, der aufweist: eine Verstärkerstufe; ein Durchgangselement, das dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal der Verstärkerstufe und ein Ausgangssignal einer Rückkopplungsschaltung zu erhalten; und die Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Durchgangselements zu erhalten, wobei die Rückkopplungsschaltung eine Differenzierstufe umfasst, die an eine Rückkopplungsausgangsstufe gekoppelt ist, und wobei die Differenzierstufe einen einzigen Kondensator aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Durchgangselements zu differenzieren.
Spannungsregler nach Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, eine Rückkopplung zu erzeugen, die Spannungsänderungen in dem Ausgangssignal des Durchgangselements entgegenwirkt.
Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Durchgangselements auf einer konstanten Spannung zu halten.
Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verstärkerstufe einen ersten Verstärkereingang, einen zweiten Verstärkereingang und einen Verstärkerausgang umfasst, wobei der erste Verstärkereingang an eine Bezugsspannung gekoppelt ist; bei dem das Durchgangselement einen Durchgangseingang und einen Durchgangsausgang umfasst, wobei der Durchgangseingang an den Verstärkerausgang und einen Rückkopplungsschaltungsausgang gekoppelt ist; bei dem ein Rückkopplungswiderstand zwischen den Durchgangsausgang und den zweiten Verstärkereingang gekoppelt ist; und bei dem die Rückkopplungsschaltung einen Rückkopplungsschaltungseingang und den Rückkopplungsschaltungsausgang umfasst, wobei der Rückkopplungsschaltungseingang an den dem Durchgangsausgang gekoppelt ist.
Spannungsregler nach Anspruch 4, der außerdem einen Glättungskondensator aufweist, der zwischen den Durchgangsausgang und den zweiten Verstärkereingang gekoppelt ist.
Spannungsregler nach Anspruch 4, bei dem die Differenzierstufe zwischen den Rückkopplungsschaltungseingang und die Rückkopplungsausgangsstufe gekoppelt ist; bei dem die Differenzierstufe dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des Durchgangselements zu erhalten; und bei dem die Rückkopplungsausgangsstufe zwischen die Differenzierstufe und den Rückkopplungsschaltungsausgang gekoppelt ist.
Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückkopplungsausgangsstufe einen ersten Stromspiegel und einen zweiten Stromspiegel umfasst; bei dem der erste Stromspiegel dazu ausgebildet ist, eine Spannung des Ausgangssignals der Rückkopplungsschaltung zu verringern, wenn eine Spannung des Ausgangssignals des Durchgangselements ansteigt, und bei dem der zweite Stromspiegel dazu ausgebildet ist, die Spannung des Ausgangssignals der Rückkopplungsschaltung zu vergrößern, wenn die Spannung des Ausgangssignals des Durchgangselements abnimmt.
Spannungsregler nach Anspruch 7, bei dem der erste Stromspiegel zwei n-dotierte Transistoren aufweist, und bei dem der zweite Stromspiegel zwei p-dotierte Transistoren aufweist.
Spannungsregler nach Anspruch 7, bei dem der erste Stromspiegel oder der zweite Stromspiegel einen Widerstand enthält, der zwischen zwei Transistoren gekoppelt ist.
Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückkopplungsausgangsstufe eine Gegentaktausgangsschaltung, einen ersten Stromspiegel und einen zweiten Stromspiegel umfasst; und bei dem die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, eine Rückkopplung zu erzeugen, die Spannungsänderungen in dem Ausgangssignal des Durchgangselements entgegenwirkt.
Spannungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Rückkopplungsausgangsstufe eine Gegentaktausgangsschaltung, einen ersten Stromspiegel und einen zweiten Stromspiegel umfasst; und bei dem die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, aufgrund des Ausgangssignals des Durchgangselements eine negative Rückkopplung zu erzeugen.
Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rückkopplungsausgangsstufe eine Ausgangsstufe der Klasse AB umfasst.
Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Spannung des Ausgangssignals des Durchgangselements auf einer Impedanz des Rückkopplungswiderstands beruht.
Verfahren, das aufweist: Erhalten, in einer Rückkopplungsschaltung eines Spannungsreglers, eines Eingangssignals von einem Durchgangselement des Spannungsreglers; Differenzieren des Eingangssignals mithilfe eines einzigen Kondensators der Rückkopplungsschaltung in ein differenziertes Signal; Erhalten des differenzierten Signals in einer Rückkopplungsausgangsstufe der Rückkopplungsschaltung; und Ausgeben eines Ausgangssignals von der Rückkopplungsausgangsstufe an das Durchgangselement.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Ausgeben des Ausgangssignals aufweist: Erzeugen mithilfe der Rückkopplungsschaltung und aufgrund des Eingangssignals einer Rückkopplung, die Änderungen in dem Eingangssignal entgegenwirkt; und Ausgeben der Rückkopplung von der Rückkopplungsausgangsstufe an das Durchgangselement.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Ausgeben des Ausgangssignals aufweist: Erzeugen einer negativen Rückkopplung mithilfe der Rückkopplungsschaltung und aufgrund des Eingangssignals; und Ausgeben der negativen Rückkopplung von der Rückkopplungsausgangsstufe an das Durchgangselement.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das außerdem aufweist: Verringern einer Spannung des Ausgangssignals durch einen ersten Stromspiegel der Rückkopplungsausgangsstufe, wenn eine Spannung des Eingangssignals ansteigt; und Vergrößern der Spannung des Ausgangssignals durch einen zweiten Stromspiegel der Rückkopplungsausgangsstufe, wenn die Spannung des Eingangssignals abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der erste Stromspiegel zwei n-dotierte Transistoren aufweist, und bei dem der zweite Stromspiegel zwei p-dotierte Transistoren aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das außerdem aufweist: Regeln einer Spannung des Eingangssignals durch die Rückkopplungsschaltung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem der elektrische Strom des differenzierten Signals auf einer Spannung des Eingangssignals beruht.
Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal von einem Durchgangselement zu erhalten; das Eingangssignal mithilfe eines einzigen Kondensators der Rückkopplungsschaltung in ein differenziertes Signal zu differenzieren; das differenzierte Signal in einer Rückkopplungsausgangsstufe der Rückkopplungsschaltung zu erhalten; und ein Ausgangssignal von der Rückkopplungsausgangsstufe an das Durchgangselement auszugeben.
Rückkopplungsschaltung nach Anspruch 21, die außerdem dazu ausgebildet ist, eine Rückkopplung zu erzeugen, die Spannungsänderungen in dem Ausgangssignal des Durchgangselements entgegenwirkt.