DE102018009813A1

DE102018009813A1 - Kompensation eines Eingangsstroms einer LDO Endstufe

Info

Publication number: DE102018009813A1
Application number: DE102018009813.4A
Authority: DE
Inventors: Petr Kadanka
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-12-05
Also published as: CN110554730B; CN110554730A; US10185344B1

Abstract

Nach einem Aspekt, beinhaltet ein Low-Dropout (LDO) Regler einen Vorladungspuffer, eine Endstufe, und einen Rauschfilter, der zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist. Der Rauschfilter weist einen ersten Widerstand auf. Der LDO-Regler beinhaltet einen Transistor, der als Eingang zur Endstufe ausgebildet ist, und eine Kompensationsschaltung, die mit einem Eingang des Vorladungspuffers verbunden ist. Die Kompensationsschaltung weist einen zweiten Widerstand auf. Die Kompensationsschaltung ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf die Kompensation eines Eingangsstroms einer Endstufe in einem Low-Dropout (LDO) Regler.
Hintergrund
Ein LDO-Regler ist ein linearer Gleichstrom(DC)-Spannungsregler, der die Ausgangsspannung selbst dann regelt, wenn die Versorgungsspannung nahe der Ausgangsspannung liegt. Bei einigen LDO-Reglern kann die Ausgangsspannung durch Spannungsabfälle an im LDO-Regler enthaltenen Komponenten unerwünscht beeinflusst werden.
Übersicht
Nach einem Aspekt, beinhaltet ein Low-Dropout (LDO) Regler einen Vorladungspuffer, eine Endstufe, und einen Rauschfilter, der zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist. Der Rauschfilter weist einen ersten Widerstand auf. Der LDO-Regler beinhaltet einen Transistor, der als Eingang zu der Endstufe ausgebildet ist, und eine Kompensationsschaltung, die mit einem Eingang des Vorladungspuffers verbunden ist. Die Kompensationsschaltung weist einen zweiten Widerstand auf. Die Kompensationsschaltung ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird.
Nach einigen Aspekten kann der LDO-Regler eines oder mehrere der folgenden Merkmale (oder eine beliebige Kombination davon) beinhalten. Der Transistor ist ein Bipolartransistor (BJT). Der Kompensationsstrom entspricht dem Eingangsstrom des Transistors. Der zweite Widerstand hat einen Widerstandswert, der gleich einem Widerstandswert des ersten Widerstands ist. Der Eingang des Vorladungspuffers ist ein erster Eingang, und der Vorladungspuffer weist einen zweiten Eingang auf, der zum Aufnehmen einer Referenzspannung ausgebildet ist. Die Kompensationsschaltung weist einen Transistor auf, der mit dem zweiten Widerstand verbunden ist, wobei der Kompensationsstrom ein Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung ist. Der Transistor der Kompensationsschaltung ist ein Bipolartransistor (BJT). Der erste Spannungsabfall entspricht dem zweiten Spannungsabfall. Die Endstufe weist einen Spannungsverstärker mit einem Eingang auf, und der Eingang des Spannungsverstärkers ist mit dem Transistor verbunden.
Nach einem Aspekt beinhaltet ein LDO-Regler einen Referenzspannungsgenerator, der dazu ausgebildet ist, eine Referenzspannung zu erzeugen, und einen Vorladungspuffer mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang, wobei der erste Eingang dazu ausgebildet ist, die Referenzspannung aufzunehmen. Der LDO-Regler beinhaltet eine Endstufe und einen Rauschfilter, der zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist. Der Rauschfilter beinhaltet einen ersten Widerstand und einen Kondensator. Der LDO-Regler beinhaltet einen Transistor, der als Eingang zu der Endstufe ausgebildet ist, und eine Kompensationsschaltung, die mit dem zweiten Eingang des Vorladungspuffers verbunden ist. Die Kompensationsschaltung beinhaltet einen zweiten Widerstand. Die Kompensationsschaltung ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird. Die Endstufe ist dazu ausgebildet, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die im Wesentlichen gleich der Referenzspannung ist.
Nach einigen Aspekten, kann der LDO-Regler eines oder mehrere der folgenden Merkmale (oder eine beliebige Kombination davon) beinhalten. Der Transistor ist ein Bipolartransistor (BJT). Der Kompensationsstrom entspricht dem Eingangsstrom des Transistors, und der zweite Widerstand hat einen Widerstandswert, der gleich einem Widerstandswert des ersten Widerstands ist. Die Kompensationsschaltung beinhaltet einen Transistor und einen Stromspiegel. Der Stromspiegel ist dazu ausgebildet, den Eingangsstrom des Transistors zu spiegeln und den gespiegelten Eingangsstrom als Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung bereitzustellen, wobei der Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung der Kompensationsstrom ist. Die Endstufe beinhaltet einen Spannungsverstärker und einen Transistor. Der LDO-Regler beinhaltet einen ersten Schalter, der mit dem ersten Widerstand verbunden ist, einen zweiten Schalter, der mit dem zweiten Widerstand verbunden ist, und einen Vorlade-Timer, der dazu ausgebildet ist, ein Öffnen und ein Schließen des ersten Schalters und des zweiten Schalters als Reaktion auf ein Freigabesignal zu steuern. Der erste Spannungsabfall entspricht dem zweiten Spannungsabfall. Der LDO-Regler beinhaltet einen Transistor, der mit einem Ausgang des Vorladungspuffers verbunden ist, wobei der Transistor mit einem Knoten verbunden ist, der zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist. Die Kompensationsschaltung beinhaltet einen mit dem zweiten Widerstand verbundenen Transistor, wobei der Kompensationsstrom ein Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung ist.
Nach einem Aspekt, beinhaltet ein Verfahren zum Verbessern der Leistung eines Low-Dropout (LDO) Reglers das Herausfiltern von Rauschen aus einer Referenzspannung unter Verwendung eines Rauschfilters, der zwischen einen Vorladungspuffer und eine Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand aufweist und ein Eingang des Vorladungspuffers mit einem Transistor verbunden ist, Bereitstellen eines Kompensationsstroms durch eine Kompensationsschaltung mit einem zweiten Widerstand, um einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand zu erzeugen, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird, und Erzeugen einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Referenzspannung.
Die Details einer oder mehrerer Implementierungen sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung enthalten. Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
Figurenliste

1 stellt einen LDO-Regler mit einer Kompensationsschaltung dar, die dazu ausgebildet ist, einen Eingangsstrom eines Transistors, der als Eingang zu einer Endstufe ausgebildet ist, nach einem Aspekt zu kompensieren.
2A stellt einen LDO-Regler mit einer Kompensationsschaltung nach einem anderen Aspekt dar.
2B stellt den LDO-Regler der 2A nach einem Aspekt dar.
3 stellt ein Diagramm dar, das die Ergebnisse eines Temperaturverlaufs einer Monte-Carlo-Simulation nach einem Aspekt zeigt.
4 stellt ein Diagramm dar, das ein Rauschspektrum eines LDO-Reglers gemäß einem Aspekt zeigt.
5 stellt ein Ablaufdiagramm dar, das exemplarische Operationen eines LDO-Reglers nach einem Aspekt zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen LDO-Regler mit einer Kompensationsschaltung, die dazu ausgebildet ist, beispielsweise einen durch den Eingangsstrom eines Bipolartransistors (BJT) einer Endstufe des LDO-Reglers verursachten Spannungsabfall eines Rauschfilters dadurch zu kompensieren, dass ein gleich großer Spannungsabfall am Eingang eines Vorladungspuffers des LDO-Reglers vorgesehen wird. Bei einigen Beispielen ist die Kompensationsschaltung, im Gegensatz zu manchen herkömmlichen Ansätzen, so ausgebildet, dass sie den Einfluss des Eingangsstroms des BJT-Eingangs der Endstufe kompensiert, selbst wenn der BJT-Eingang der Endstufe nur wenige mV unter der Versorgungsspannung liegt. Die Konfiguration der Kompensationsschaltung kann einen hochohmigen Widerstand im Rauschfilter zulassen, was das Rauschverhalten des LDO-Reglers verbessern kann.
1 stellt einen LDO-Regler 100 mit einer Kompensationsschaltung 106 dar, die dazu ausgebildet ist, einen Eingangsstrom IB₁ eines Transistors 112, der als Eingang zu einer Endstufe 114 ausgebildet ist, gemäß einem Aspekt zu kompensieren. Die Kompensationsschaltung 106 ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom IB₂ zu erzeugen, der den Eingangsstrom IB₁ kompensiert und dadurch das Rauschverhalten des LDO-Reglers 100 verbessert. Bei einigen Beispielen ist der Kompensationsstrom IB₂ gleich dem Eingangsstrom IB₁ . Bei einigen Beispielen ist der Kompensationsstrom IB₂ gleich dem Eingangsstrom IB₁ unter den meisten (oder allen) Bedingungen, wie z.B. unterschiedlichen Temperaturen, während der Inbetriebnahme, usw. Bei einigen Beispielen wird der Eingangsstrom IB₁ nicht eliminiert, sondern durch den Kompensationsstrom IB₂ kompensiert.
Der LDO-Regler 100 ist dazu ausgebildet, um aus einer Versorgungsspannung VC eine Ausgangsspannung VOUT zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Der LDO-Regler 100 beinhaltet auch einen Referenzspannungsgenerator 102, der dazu ausgebildet ist, eine Referenzspannung VREF zu erzeugen, einen Vorladungspuffer 104 und einen Rauschfilter 108. Die Referenzspannung VREF kann gleich der Ausgangsspannung VOUT sein. Zum Beispiel bestimmt der Pegel der Referenzspannung VREF den Pegel der Ausgangsspannung VOUT.
Der Vorladungspuffer 104 kann ein Spannungsfolger mit einem ersten Eingang sein, der dazu ausgebildet ist, die Referenzspannung VREF vom Referenzspannungsgenerator 102 aufzunehmen, und einem zweiten Eingang, der mit der Kompensationsschaltung 106 verbunden ist, die die Ausgangsleistung des Vorladungspuffers 104 aufnimmt. Bei einigen Beispielen ist der zweite Eingang (der mit der Kompensationsschaltung 106 verbunden ist) ein invertierender Eingang des Vorladungspuffers 104. Der Ausgang des Vorladungspuffers 104 ist über die Kompensationsschaltung 106 mit dem zweiten Eingang des Vorladungspuffers 104 verbunden. Zum Beispiel ist der Ausgang des Vorladungspuffers 104 mit einem Knoten 103 verbunden, und die Kompensationsschaltung 106 ist innerhalb des Schaltungspfades zwischen dem Knoten 103 und dem zweiten Eingang des Vorladungspuffers angeordnet.
Der Rauschfilter 108 ist zwischen den Vorladungspuffer 104 und die Endstufe 114 geschaltet. Der Rauschfilter 108 ist beispielsweise mit dem Knoten 103 und dem als Eingang zu der Endstufe 114 ausgebildeten Transistor 112 verbunden und zwischen diesen angeordnet. Der Rauschfilter 108 kann das Rauschen in der Referenzspannung VREF reduzieren oder es daraus entfernen. Der Rauschfilter 108 kann einen Widerstand (RF₁ ) 110 und einen Kondensator 113 beinhalten.
Der Transistor 112 ist als Eingang zu der Endstufe 114 ausgebildet. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 112 ein BJT. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 112 ein NPN BJT. Bei einigen Beispielen sind die Basis des Transistors 112 mit dem Ausgang des Rauschfilters 108 und der Kollektor des Transistors 112 mit der Endstufe 114 verbunden. Bei einigen Beispielen beinhaltet die Endstufe 114 einen Verstärker oder einen Puffer und/oder einen oder mehrere Transistoren (z.B. MOSFET, FET, etc.).
Der Eingangsstrom IB₁ des Transistors 112 fließt durch den Widerstand (RF₁ ) 110 des Rauschfilters 108. Der Gleichspannungsabfall am Widerstand (RF₁ ) 110 des Rauschfilters 108 (z.B. zwischen dem Knoten 103 und einem Knoten 105) kann die Referenzspannung VREF und damit die Ausgangsspannung VOUT des LDO-Reglers 100 beeinflussen. Beispielsweise sollte die Spannung am Knoten 105 die Referenzspannung VREF sein. Der Spannungsabfall am Widerstand (RF₁ ) 110 kann jedoch die Leistung des LDO-Reglers 100 negativ beeinflussen, da die Spannung am Knoten 105 von der Referenzspannung VREF abweichen kann. Bei einigen herkömmlichen Ansätzen kann der LDO-Regler 100 versuchen, den Eingangsstrom IB₁ des Transistors 112 zu eliminieren, bei diesen herkömmlichen Ansätzen kann jedoch die Ausgangsspannung VOUT abweichen von der Referenzspannung VREF für Spannungen VREF, die sich der Versorgungsspannung annähern, wodurch die Leistung des LDO-Reglers 100 beeinträchtigt wird.
Die Kompensationsschaltung 106 ist jedoch dazu ausgebildet, den Spannungsabfall am Widerstand (RF₁ ) 110 des Rauschfilters 108 zu kompensieren, indem sie einen ebensolchen Spannungsabfall auf der Rückkopplungsschleife des Vorladungspuffers 104 erzeugt, welcher den Spannungsabfall am Widerstand (RF₁ ) 110 kompensiert. Beispielsweise kann die Kompensationsschaltung 106 einen Widerstand (RF₂ ) 107 beinhalten. Der Wert des Widerstands (RF₂ ) 107 kann gleich dem Wert des Widerstands (RF₁ ) 110 sein. Die Kompensationsschaltung 106 ist dazu ausgebildet, den Strom IB₂ (der dem Strom IB₁ entspricht) zu erzeugen, welcher einen ebensolchen Spannungsabfall auf dem Rückkopplungspfad des Vorladungspuffer 104 liefert, um den Spannungsabfall am Widerstand (RF₁ ) 110 des Rauschfilters 108 zu kompensieren. Beispielsweise ist die Kompensationsschaltung 106 dazu ausgebildet, einen Spannungsabfall IB₂*RF₂ zu liefern, der den Spannungsabfall IB₁*RF₁ kompensiert, um die Referenzspannung VREF an der Basis des Transistors 112 oder des Knotens 105 bereitzustellen.
Die 2A and 2B stellen einen LDO-Regler 200 gemäß einem anderen Aspekt dar. 2B stellt eine vereinfachte Ansicht des LDO-Reglers 200 aus 2A dar. Der LDO-Regler 200 kann ein Beispiel des LDO-Reglers 100 der 1 sein und kann jedes beliebige der in Bezug auf 1 beschriebenen Merkmale beinhalten. Der LDO-Regler 200 beinhaltet einen Referenzspannungsgenerator 202, einen Vorladungspuffer 204 und eine Endstufe 214 mit einem Spannungsverstärker 244 und einem Transistor 246. Der Transistor 246 kann ein P-Kanal-Transistor sein. Der Referenzspannungsgenerator 202 kann ein Beispiel des Referenzspannungsgenerators 102 der 1 sein. Der Vorladungspuffer 204 kann ein Beispiel des Vorladungspuffers 104 der 1 sein. Die Endstufe 214 kann ein Beispiel der Endstufe 114 der 1 sein.
Der LDO-Regler 200 beinhaltet einen Transistor 212, der als Eingang zur Endstufe 214 ausgebildet ist. Der Transistor 212 kann ein Beispiel des Transistors 112 aus 1 sein. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 212 ein BJT. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 212 ein NPN BJT. Der LDO-Regler 200 beinhaltet einen Widerstand 210 und einen Kondensator 213, die zusammen einen Rauschfilter bilden (z.B. den Rauschfilter 108 der 1).
Der LDO-Regler 200 beinhaltet einen Widerstand 207, einen Transistor 226, einen Transistor 228, einen Stromspiegel 255, einen Widerstand 220 und einen Widerstand 222, die zusammen eine Kompensationsschaltung bilden (z.B. die Kompensationsschaltung 106 der 1). Der Stromspiegel 255 beinhaltet einen Transistor 254, einen Transistor 256, einen Transistor 258, einen Transistor 260, einen Transistor 262 und einen Transistor 264. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 226 ein NPN BJT. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 228 ein NPN BJT. Der Widerstand 207 kann ein Beispiel des Widerstands 107 der 1 sein. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 226 ein NPN BJT. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 228 ein NPN BJT.
Der LDO-Regler 200 beinhaltet einen Vorlade-Timer 211, der dazu ausgebildet ist, das Öffnen und das Schließen eines ersten Schalters 230 und eines zweiten Schalters 232 als Reaktion auf eine FREIGABE-Signal zu steuern. So sind beispielsweise während eines ersten Zeitraums der erste Schalter 230 und der zweite Schalter 232 geschlossen, und während eines zweiten Zeitraums der erste Schalter 230 und der zweite Schalter 232 geöffnet, wodurch der Widerstand 207 und der Widerstand 210 kurzgeschlossen werden.
Der Basisstrom IB₁ des Transistors 212 wird nicht eliminiert, sondern sein Einfluss wird durch den den gleichen Wert aufweisenden Strom (z.B. IB₂ ), der durch den mit dem Eingang des Vorladungspuffers 204 verbundenen Widerstand 207 (z.B. Rf₂ = Rf₁ ) fließt, kompensiert. Dann wird am Eingang der Endstufe 214 (z.B. an der Basis des Transistors 212) eine korrekte Spannung (VOUT=VREF) bereitgestellt. Der Kompensationsstrom IB₂ wird erzeugt als Basisstrom des Transistors 228 (der identisch mit dem Transistor 212 ist) mit dem gleichen Strom, der von dem Transistor 254 und dem Transistor 256 bereitgestellt wird, der identisch ist mit dem Strom des Transistors 262 und des Transistors 264. Die Kompensation kann korrekt angewendet werden, selbst wenn die Versorgungsspannung VC sehr nahe an VREF=VOUT liegt.
Der Referenzspannungsgenerator 202 und der Vorladungspuffer 204 sind mit der Versorgungsspannung VC und der Masse GND verbunden. Der Vorladungspuffer 204 beinhaltet einen ersten Eingang, der mit dem Referenzspannungsgenerator 202 verbunden und dazu ausgebildet ist, die Referenzspannung VREF vom Referenzspannungsgenerator 202 aufzunehmen, und ein zweiter Eingang ist dazu ausgebildet, die Feedbackspannung aufzunehmen, die die Referenzspannung VREF ist. Die Referenzspannung VREF kann gleich der Ausgangsspannung VOUT am ersten Eingang und am zweiten Eingang des Vorladungspuffers 204 sein. Bei einigen Beispielen ist der zweite Eingang des Vorladungspuffers 204 mit der Basis des Transistors 228 und dem ersten Anschluss des Widerstands 207 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands 207 ist mit einem Knoten 203 verbunden. Der Knoten 203 kann ein Beispiel des Knotens 103 der 1 sein.
Der Ausgang des Vorladungspuffers 204 ist mit einem Gate eines Transistors 225 verbunden. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 225 ein P-Kanal-Transistor. Die Source des Transistors 225 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden, und die Drain des Transistors 225 ist mit dem Knoten 203 verbunden. Der Widerstand 210 hat einen ersten Anschluss, der mit dem Knoten 203 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem Knoten 205 verbunden ist. Der Knoten 205 kann ein Beispiel des Knotens 105 der 1 sein. Der Kondensator 213 hat einen ersten Anschluss, der mit dem Knoten 205 und einen zweiten Anschluss, der mit der Masse GND verbunden ist. Der Widerstand 210 und der Kondensator 213 können als RC-Filter bezeichnet werden, der das Rauschen der Referenzspannung VREF filtert.
Der Transistor 212 und ein Transistor 252 können als Eingänge zur Endstufe 214 oder als Eingänge zum ersten und zweiten Eingang des Spannungsverstärkers 244 dienen. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 252 ein NPN BJT. Die Basis des Transistors 212 ist mit dem Knoten 205 verbunden. Der Kollektor des Transistors 212 ist mit dem ersten Eingang des Spannungsverstärkers 244 und mit einem ersten Anschluss eines Widerstands 240 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 240 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden. Der Emitter des Transistors 212 ist mit dem Emitter eines Transistors 252 verbunden, und die Emitter des Transistors 212 und des Transistors 252 sind mit dem Stromspiegel 255 verbunden, so dass der Kompensationsstrom IB₂ den gleichen Wert wie der Eingangsstrom IB₁ haben kann. Der Kollektor des Transistors 252 ist mit dem zweiten Eingang des Spannungsverstärkers 244 und einem ersten Anschluss eines Widerstands 242 verbunden, und die Basis des Transistors 252 ist mit der Ausgangsspannung VOUT verbunden, z.B. der Drain des Transistors 246. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 242 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden. Der Ausgang des Spannungsverstärkers 244 ist mit dem Gate des Transistors 246 verbunden. Die Source des Transistors 246 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden. Die Drain des Transistors 246 kann mit der Drain des Transistors 266 verbunden sein. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 266 ein N-Kanal-Transistor. Das Gate des Transistors 266 ist mit dem Stromspiegel 255 verbunden, und die Source des Transistors 266 ist mit der Masse GND verbunden.
Wie hier besprochen, verursacht der Eingangsstrom IB₁ der Basis des Transistors 212 einen Spannungsabfall am Widerstand 210, was dazu führen kann, dass die Referenzspannung VREF nicht gleich der Ausgangsspannung VOUT am Knoten 205 ist. Der LDO-Regler 200 kompensiert jedoch den Eingangsstrom IB₁ , indem er den Kompensationsstrom IB₂ bereitstellt, der einen Spannungsabfall am Widerstand 207 verursacht. Da der Kompensationsstrom IB₂ gleich dem Eingangsstrom IB₁ ist und die Werte RF₁ und RF₂ gleich sind, ist der Spannungsabfall am Widerstand 207 gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 210 und führt somit zu VREF=VOUT am Knoten 205.
Beispielsweise können der Widerstand 220, der Widerstand 222, der Transistor 226 und der Transistor 228 einer ähnlichen Anordnung des Widerstands 240, des Widerstands 242, des Transistors 212 und des Transistors 252 auf der Eingangsseite der Endstufe 214 entsprechen. Mit anderen Worten, um den gleichen Strom wie den Eingangsstrom IB₁ am Eingang der Basis des Transistors 228 bereitzustellen, sind der Widerstand 220, der Widerstand 222, der Transistor 226 und der Transistor 228 in einer ähnlichen Anordnung wie der Widerstand 240, der Widerstand 242, der Transistor 212 und der Transistor 252 auf der Eingangsseite der Endstufe 214 angeordnet.
So ist beispielsweise der Emitter des Transistors 226 mit dem Emitter des Transistors 228 verbunden, und die Emitter des Transistors 226 und des Transistors 228 sind mit dem Stromspiegel 255 verbunden. Der Kollektor des Transistors 226 ist mit einem ersten Anschluss des Widerstands 220 verbunden, und die Basis des Transistors 226 ist mit der Basis des Transistors 252 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 220 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden. Der Kollektor des Transistors 228 ist mit einem ersten Anschluss des Widerstands 222 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands 222 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden. Die Basis des Transistors 228 ist mit einem ersten Anschluss des Widerstands 207 verbunden, und die Basis des Transistors 228 ist mit dem zweiten Eingang des Vorladungspuffer 204 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands 207 ist mit dem Knoten 203 verbunden. Die unterschiedliche Anordnung des Transistors 226 und des Transistors 228 in Übereinstimmung mit dem Transistor 212 und dem Transistor 252 kann unter jeglichen Bedingungen identische Basisströme des Transistors 228 und des Transistors 212 gewährleisten.
Der LDO-Regler 200 beinhaltet auch einen Transistor 224, einen Transistor 236 und einen Transistor 238 sowie einen Transistor 248. Bei einigen Beispielen sind der Transistor 224, der Transistor 236 und der Transistor 238 P-Kanal-Transistoren. Bei einigen Beispielen ist der Transistor 248 ein NPN BJT. Die Source des Transistors 224 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden, und die Drain des Transistors 224 ist mit dem ersten Anschluss des Widerstands 207 verbunden. Die Drain des Transistors 224 ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der größer ist als der Eingangsstrom IB₁ (und IB₂ , da IB₂ gleich IB₁ ist). Der Transistor 224, der Transistor 236 und der Transistor 238 sind in einer Stromspiegelanordnung verbunden. Die Source des Transistors 236 ist mit der Versorgungsspannung VC und die Drain des Transistors 236 mit dem Knoten 205 verbunden. Die Drain des Transistors 236 ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der größer ist als der Eingangsstrom IB₁ (und IB₂ , da IB₂ gleich IB₁ ist). Die Source des Transistors 238 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden, und die Drain des Transistors 238 ist mit der Basis des Transistors 248 verbunden. Die Basis des Transistors 248 ist mit dem Transistor 238 verbunden, und die Basis des Transistors 248 ist dazu ausgebildet, einen Strom aufzunehmen, der dem Eingangsstrom IB₁ entspricht. Der Kollektor des Transistors 248 ist mit der Versorgungsspannung VC verbunden und der Emitter des Transistors 248 ist mit dem Stromspiegel 255 verbunden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Spannung an der Drain des Transistors 225 (z.B. am Knoten 203) um IB₁*RF₁ höher sein kann als VREF=VOUT, was bei Verwendung von Low-Beta-Transistoren problematisch sein kann, und der Spannungsabfall IB₁*RF₁ kann die Leistung des LDO-Reglers 200 negativ beeinflussen (z.B. kann IB₁*RF₁1 höher sein als der Dropout). Die Kompensationsströme (die Drainströme des Transistors 236 und des Transistors 224) werden jedoch aus dem Basisstrom des Transistors 248 abgeleitet (wobei die Ströme identisch zu den Basisströmen des Transistors 228 und des Transistors 212 sind). Die Kompensationsströme können höher sein als IB₁ . Dann ist die Spannung an der Drain des Transistors 225 niedriger als VREF=VOUT. Dies ist kein Problem, da zwischen der Drain des Transistors 225 und der Masse GND genügend Platz vorhanden ist. Bei einigen Beispielen ist nicht erforderlich, dass die Drainströme des Transistors 224 und des Transistors 236 mit dem Drainstrom des Transistors 238 identisch sein müssen. Der Drainstrom des Transistors 224 ist jedoch gleich dem Drainstrom des Transistors 236, der durch eine Anpassung des Transistors 236 und des Transistors 224 und durch den gleichen Zustand (Spannung) an den Drains des Transistors 224 und des Transistors 236 aufrechterhalten wird.
3 stellt ein Diagramm 300 dar, das die Ergebnisse eines Temperaturverlaufs einer Monte-Carlo-Simulation nach einem Aspekt zeigt. Das Diagramm 300 stellt die Änderung des Verhältnisses der Spannung am Eingang des Vorladungspuffers 204 und der Spannung an der Basis des Transistors 212 in Bezug auf die steigende Temperatur dar, was zeigt, dass die Diskrepanz zwischen der Spannung am Eingang des Vorladungspuffers 204 und der Spannung an der Basis des Transistors 212 relativ klein ist. 4 stellt ein Diagramm 400 dar, das ein Rauschspektrum des LDO-Reglers 200 gemäß einem Aspekt zeigt. Wie in 4 zu sehen ist, ist das Rauschverhalten des LDO-Reglers 200 relativ gering.
5 stellt ein Ablaufdiagramm 500 dar, das exemplarische Operationen eines LDO-Reglers nach einem Aspekt zeigt. Obwohl das Ablaufdiagramm 500 der 5 Operationen in sequentieller Reihenfolge veranschaulicht, versteht es sich, dass es sich hierbei lediglich um ein Beispiel handelt und dass zusätzliche oder alternative Operationen einbezogen werden können. Weiterhin können die Operationen der 5 und zugehörige Operationen in einer anderen Reihenfolge als der dargestellten, oder parallel oder überlappend ausgeführt werden. Die Operationen der 5 können von jedem der hier beschriebenen LDO-Regulierer ausgeführt werden.
Die Operation 502 beinhaltet das Herausfiltern von Rauschen aus einer Referenzspannung unter Verwendung eines Rauschfilters, der zwischen einen Vorladungspuffer und eine Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand aufweist und ein Eingang des Vorladungspuffers mit einem Transistor verbunden ist.
Die Operation 504 beinhaltet das Bereitstellen eines Kompensationsstroms durch eine Kompensationsschaltung mit einem zweiten Widerstand, um einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand zu erzeugen, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der durch einen Eingangsstrom des Transistors am ersten Widerstand erzeugt wird.
Die Operation 506 beinhaltet das Erzeugen einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Referenzspannung.
Es versteht sich, dass in der vorstehenden Beschreibung, wenn ein Element als mit dem anderen Element verbunden, elektrisch verbunden, gekoppelt, oder elektrisch gekoppelt bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder mit diesem gekoppelt sein kann, oder ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als direkt mit einem anderen Element verbunden oder direkt mit diesem gekoppelt bezeichnet wird, so sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Obwohl die Begriffe direkt verbunden oder direkt gekoppelt möglicherweise nicht in der gesamten ausführlichen Beschreibung verwendet werden, können Elemente, die als direkt verbunden oder direkt gekoppelt dargestellt werden, als solche bezeichnet werden. Die Ansprüche der Anmeldung, falls vorhanden, können abgeändert werden, um exemplarische Beziehungen wiederzugeben, die in der Beschreibung beschrieben oder in den Figuren dargestellt sind. Implementierungen der verschiedenen hier beschriebenen Techniken können in digitalen elektronischen Schaltungen oder in Computerhardware, Firmware, Software oder in Kombinationen davon implementiert (z.B. darin einbezogen) werden. Teile von Verfahren können auch von einer speziellen Logikschaltung, z.B. einer FPGA [field programmable gate array (vor Ort programmierbaren (Logik-)Gatter-Anordnung)] oder einer ASIC [application specific integrated circuit (anwendungsspezifischen integrierten Schaltung)] durchgeführt werden, und eine Vorrichtung kann als solche implementiert werden.
Einige Implementierungen können unter Verwendung verschiedener Halbleiterherstellungs- und/oder Packagingtechniken ausgeführt werden. Einige Implementierungen können unter Verwendung verschiedener Arten von Halbleiterherstellungstechniken ausgeführt werden, die mit Halbleitersubstraten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, beispielsweise Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Siliziumkarbid (SiC) und/oder so weiter verbunden sind.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Low-Dropout (LDO) Regler einen Vorladungspuffer, eine Endstufe und einen Rauschfilter, der zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist. Der Rauschfilter beinhaltet einen ersten Widerstand. Der LDO-Regler beinhaltet einen Transistor, der als Eingang zur Endstufe ausgebildet ist, und eine Kompensationsschaltung, die mit einem Eingang des Vorladungspuffers verbunden ist. Die Kompensationsschaltung beinhaltet einen zweiten Widerstand. Die Kompensationsschaltung ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall am ersten Widerstand kompensiert, der durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird.
Nach einigen Aspekten ist der Kompensationsstrom gleich dem Eingangsstrom des Transistors, und der zweite Widerstand hat einen Widerstandswert, der gleich einem Widerstandswert des ersten Widerstands ist. Der Transistor ist ein Bipolartransistor (BJT), und der Eingang des Vorladungspuffers ist ein erster Eingang, und der Vorladungspuffer beinhaltet einen zweiten Eingang, der zum Aufnehmen einer Referenzspannung ausgebildet ist. Die Kompensationsschaltung beinhaltet einen mit dem zweiten Widerstand verbundenen Transistor, und der Kompensationsstrom ist ein Eingangsstrom des Transistors der Kom pensationsschaltung.
Nach einem Aspekt umfasst ein LDO-Regler einen Referenzspannungsgenerator, der dazu ausgebildet ist, eine Referenzspannung zu erzeugen, einen Vorladungspuffer mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang, und der erste Eingang ist dazu ausgebildet, die Referenzspannung aufzunehmen, eine Endstufe, einen zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschalteten Rauschfilter, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand und einen Kondensator beinhaltet, einen als Eingang zur Endstufe ausgebildeten Transistor, und eine mit dem zweiten Eingang des Vorladungspuffer verbundene Kompensationsschaltung. Die Kompensationsschaltung beinhaltet einen zweiten Widerstand. Die Kompensationsschaltung ist dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird, und die Endstufe dazu ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die im Wesentlichen gleich der Referenzspannung ist.
Nach einigen Aspekten beinhaltet die Kompensationsschaltung einen Transistor und einen Stromspiegel, und der Stromspiegel ist dazu ausgebildet, den Eingangsstrom des Transistors zu spiegeln und den gespiegelten Eingangsstrom als Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung bereitzustellen, und der Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung ist der Kompensationsstrom. Die Endstufe beinhaltet einen Spannungsverstärker und einen Transistor, und der LDO-Regler umfasst ferner einen ersten Schalter, der mit dem ersten Widerstand verbunden ist, einen zweiten Schalter, der mit dem zweiten Widerstand verbunden ist, und einen Vorlade-Timer, der dazu ausgebildet ist, ein Öffnen und ein Schließen des ersten Schalters und des zweiten Schalters als Reaktion auf ein Freigabesignal zu steuern. Der erste Spannungsabfall entspricht dem zweiten Spannungsabfall. Der LDO-Regler beinhaltet einen Transistor, der mit einem Ausgang des Vorladungspuffers verbunden ist, und der Transistor ist mit einem Knoten verbunden, der zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist.
Nach einem Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Verbessern der Leistung eines Low-Dropout (LDO) Reglers ein Herausfiltern von Rauschen aus einer Referenzspannung unter Verwendung eines Rauschfilters, der zwischen einen Vorladungspuffer und eine Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand aufweist und ein Eingang des Vorladungspuffers mit einem Transistor verbunden ist, ein Bereitstellen eines Kompensationsstroms durch eine Kompensationsschaltung mit einem zweiten Widerstand, um einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand zu erzeugen, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der durch einen Eingangsstrom des Transistors am ersten Widerstand erzeugt wird, und ein Erzeugen einer Ausgangsspannung als Funktion der Referenzspannung.
Während bestimmte Merkmale der beschriebenen Implementierungen wie hier beschrieben veranschaulicht wurden, werden dem Fachmann nun viele Modifikationen, Substitutionen, Änderungen und Äquivalente einfallen. Es versteht sich daher, dass die beigefügten Ansprüche alle Modifikationen und Änderungen abdecken sollen, die in den Bereich der Ausführungsformen fallen. Es versteht sich, dass diese nur als Beispiel dargestellt wurden, und nicht als Einschränkung, und dass verschiedene Änderungen bezüglich der Form und der Details vorgenommen werden können. Jeder Teil der hier beschriebenen Vorrichtungen und/oder Verfahren kann in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von sich gegenseitig ausschließenden Kombinationen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können verschiedene Kombinationen und/oder Unterkombinationen der Funktionen, Komponenten und/oder Merkmale der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen beinhalten.

Claims

Low-Dropout (LDO) Regler, der aufweist: einen Vorladungspuffer; eine Endstufe; einen Rauschfilter, der zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand beinhaltet; einen Transistor, der als Eingang zur Endstufe ausgebildet ist; und eine Kompensationsschaltung, die mit einem Eingang des Vorladungspuffers verbunden ist, wobei die Kompensationsschaltung einen zweiten Widerstand beinhaltet, wobei die Kompensationsschaltung dazu ausgebildet, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird.
LDO-Regler nach Anspruch 1, wobei der Kompensationsstrom gleich dem Eingangsstrom des Transistors ist und der zweite Widerstand einen Widerstandswert aufweist, der gleich einem Widerstandswert des ersten Widerstands ist.
LDO-Regler nach Anspruch 1, wobei der Transistor ein Bipolartransistor (BJT) ist und der Eingang des Vorladungspuffers ein erster Eingang ist, wobei der Vorladungspuffer einen zweiten Eingang aufweist, der zum Aufnehmen einer Referenzspannung ausgebildet ist.
LDO-Regler nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsschaltung einen mit dem zweiten Widerstand verbundenen Transistor aufweist, wobei der Kompensationsstrom ein Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung ist.
Low-Dropout (LDO) Regler, der aufweist: einen Referenzspannungsgenerator, der dazu ausgebildet ist, eine Referenzspannung zu erzeugen; einen Vorladungspuffer mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang, wobei der erste Eingang dazu ausgebildet ist, die Referenzspannung aufzunehmen; eine Endstufe; einen Rauschfilter, der zwischen den Vorladungspuffer und die Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand und einen Kondensator beinhaltet; einen Transistor, der als Eingang zur Endstufe ausgebildet ist; und eine Kompensationsschaltung, die mit dem zweiten Eingang des Vorladungspuffers verbunden ist, wobei die Kompensationsschaltung einen zweiten Widerstand beinhaltet, wobei die Kompensationsschaltung dazu ausgebildet ist, einen Kompensationsstrom bereitzustellen, der einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand erzeugt, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird, wobei die Endstufe dazu ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die im Wesentlichen gleich der Referenzspannung ist.
LDO-Regler nach Anspruch 5, wobei die Kompensationsschaltung einen Transistor und einen Stromspiegel beinhaltet, wobei der Stromspiegel dazu ausgebildet ist, den Eingangsstrom des Transistors zu spiegeln und den gespiegelten Eingangsstrom als Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung bereitzustellen, wobei der Eingangsstrom des Transistors der Kompensationsschaltung der Kompensationsstrom ist.
LDO-Regler nach Anspruch 5, wobei die Endstufe einen Spannungsverstärker und einen Transistor beinhaltet und der LDO-Regler ferner aufweist: einen ersten Schalter, der mit dem ersten Widerstand verbunden ist; einen zweiten Schalter, der mit dem zweiten Widerstand verbunden ist; und einen Vorlade-Timer, der dazu ausgebildet ist, um ein Öffnen und ein Schließen des ersten Schalters und des zweiten Schalters als Reaktion auf ein Freigabesignal zu steuern.
LDO-Regler nach Anspruch 5, wobei der erste Spannungsabfall dem zweiten Spannungsabfall entspricht.
LDO-Regler nach Anspruch 5, der ferner aufweist: einen Transistor, der mit einem Ausgang des Vorladungspuffers verbunden ist, wobei der Transistor mit einem Knoten verbunden ist, der zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist.
Verfahren zum Verbessern der Leistung eines Low-Dropout (LDO) Reglers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Herausfiltern von Rauschen aus einer Referenzspannung unter Verwendung eines Rauschfilters, der zwischen einen Vorladungspuffer und eine Endstufe des LDO-Reglers geschaltet ist, wobei der Rauschfilter einen ersten Widerstand aufweist und ein Eingang des Vorladungspuffers mit einem Transistor verbunden ist; Bereitstellen eines Kompensationsstroms durch eine Kompensationsschaltung mit einem zweiten Widerstand, um einen ersten Spannungsabfall am zweiten Widerstand zu erzeugen, wobei der erste Spannungsabfall einen zweiten Spannungsabfall kompensiert, der am ersten Widerstand durch einen Eingangsstrom des Transistors erzeugt wird; und Erzeugen einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Referenzspannung.