KR102138768B1 - Regulator and amplifier with improved light load stability - Google Patents

Regulator and amplifier with improved light load stability Download PDF

Info

Publication number
KR102138768B1
KR102138768B1 KR1020180085215A KR20180085215A KR102138768B1 KR 102138768 B1 KR102138768 B1 KR 102138768B1 KR 1020180085215 A KR1020180085215 A KR 1020180085215A KR 20180085215 A KR20180085215 A KR 20180085215A KR 102138768 B1 KR102138768 B1 KR 102138768B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
load
signal
amplifier
light load
bias
Prior art date
Application number
KR1020180085215A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200010753A (en
Inventor
김현식
김동규
서한석
김종훈
Original Assignee
주식회사 실리콘마이터스
단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실리콘마이터스, 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 filed Critical 주식회사 실리콘마이터스
Priority to KR1020180085215A priority Critical patent/KR102138768B1/en
Publication of KR20200010753A publication Critical patent/KR20200010753A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102138768B1 publication Critical patent/KR102138768B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/461Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using an operational amplifier as final control device
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

본 발명은 경부하에서 개선된 안정도 특성을 가진 레귤레이터 및 그에 사용되는 증폭기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 측면은, 기준전압을 생성하여 출력하는 기준전압 생성회로; 출력전압에 대응되는 제1 입력신호와 상기 기준전압에 대응되는 제2 입력신호를 입력받고, 상기 제1 입력신호와 상기 제2 입력신호의 차이를 증폭한 출력신호를 출력하는 증폭기; 및 상기 증폭기 출력신호에 대응하여 상기 출력전압을 조절하는 패스 트랜지스터;를 포함하는 레귤레이터이다. The present invention can provide a regulator having improved stability characteristics at a light load and an amplifier used therefor. An aspect of the present invention, a reference voltage generating circuit for generating and outputting a reference voltage; An amplifier for receiving a first input signal corresponding to an output voltage and a second input signal corresponding to the reference voltage, and outputting an output signal amplifying the difference between the first input signal and the second input signal; And a pass transistor that adjusts the output voltage in response to the amplifier output signal.

Description

경부하 안정도가 개선된 레귤레이터 및 증폭기{REGULATOR AND AMPLIFIER WITH IMPROVED LIGHT LOAD STABILITY}REGULATOR AND AMPLIFIER WITH IMPROVED LIGHT LOAD STABILITY}

본 발명은 레귤레이터 및 증폭기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 경부하(light load)에서의 안정도가 개선된 레귤레이터 및 그에 사용되는 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to regulators and amplifiers. More particularly, the present invention relates to a regulator having improved stability at light load and an amplifier used therein.

레귤레이터는 다양한 전자장치에서 안정적인 출력전압을 제공하는데 사용되는 장치이다. 특히, 로우 드롭아웃 레귤레이터(Low Drop Out Regulator; 이하 LDO)는 예컨대, 셀룰라 폰, 무선폰, 페이저, PDA(Personal Digital Assistants), 휴대용 개인용 컴퓨터, 캠코더 및 디지털 카메라와 같은 휴대가능하고, 배터리로 동작되는 장치에서 고효율로 안정적인 전압을 생성하는데 많이 이용되고 있다. A regulator is a device used to provide a stable output voltage in various electronic devices. In particular, the Low Drop Out Regulator (hereinafter referred to as LDO) is a portable, battery-operated battery such as a cell phone, a wireless phone, a pager, a personal digital assistants (PDA), a portable personal computer, a camcorder, and a digital camera. It has been widely used to generate stable voltage with high efficiency in a device.

LDO 레귤레이터는 로우 드롭아웃 전압(Low Drop Out Voltage)을 특징으로 한다. 즉, LDO 레귤레이터는 배터리 등의 전원으로부터 수신한 조절되지 않은 입력전압을 받아 조절된 출력전압을 제공할 때, 입력전압과 출력전압의 차이를 최소화할 수 있다. 드롭아웃 전압을 최소화한다는 것은 전력효율을 증가시키고 에너지 소모를 줄일 수 있음을 의미한다. 따라서 LDO 레귤레이터는 저전력을 요구하는 응용에서 많이 사용되고 있다. 특히, 휴대용 장치 등 배터리로부터 장시간 동작할 필요가 있는 응용에서는 그 유용성이 더욱 크다고 할 수 있다. 이러한 이유로 휴대용 장치에 대한 수요 증가는 직접적으로 LDO 레귤레이터에 대한 수요 증가로 이어지고 있다. The LDO regulator features a low drop out voltage. That is, when the LDO regulator receives an unregulated input voltage received from a power source such as a battery and provides a regulated output voltage, the difference between the input voltage and the output voltage can be minimized. Minimizing the dropout voltage means increasing power efficiency and reducing energy consumption. Therefore, LDO' regulator is widely used in applications requiring low power. In particular, it can be said that the usefulness is greater in applications that require long-term operation from batteries, such as portable devices. For this reason, an increase in demand for portable devices directly leads to an increase in demand for LDO regulators.

레귤레이터의 중요한 특성 중의 하나로 경부하에서의 안정도 특성이 고려될 수 있다. 경부하에서 부하 저항이 증가하면 부하 저항과 출력 커패시턴스가 형성하는 극점(pole)이 낮은 주파수로 이동하면서 레귤레이터의 특성 루프 이득(characteristic loop gain)이 UGF(unity gain frequency; 이득이 0dB가 되는 주파수)보다 낮은 주파수 영역에 위치할 수 있다. 이 경우 위상 마진(phase margin)이 줄어들면서 레귤레이터의 안정성이 낮아질 수 있다. 따라서, 경부하에서 레귤레이터의 안정도 특성에 대한 개선이 요구되고 있다.As one of the important characteristics of the regulator, stability characteristics at light load may be considered. When the load resistance increases at light load, the characteristic loop gain of the regulator is higher than that of the UGF (unity gain frequency) while the pole formed by the load resistance and the output capacitance moves to a lower frequency. It can be located in the lower frequency domain. In this case, the stability of the regulator may be reduced as the phase margin is reduced. Therefore, there is a need to improve the stability characteristics of the regulator at light load.

본 발명은 경부하에서 개선된 안정도 특성을 가진 레귤레이터 및 그에 사용되는 증폭기를 제공할 수 있다.The present invention can provide a regulator having improved stability characteristics at a light load and an amplifier used therefor.

삭제delete

본 발명의 일 측면은, 기준전압을 생성하여 출력하는 기준전압 생성회로; 출력전압에 대응되는 제1 입력신호와 상기 기준전압에 대응되는 제2 입력신호를 입력받고, 상기 제1 입력신호와 상기 제2 입력신호의 차이를 증폭한 출력신호를 출력하는 증폭기; 및 상기 증폭기 출력신호에 대응하여 상기 출력전압을 조절하는 패스 트랜지스터;를 포함하되, 상기 증폭기는 부하상태를 감지하고 상기 부하상태에 대응하여 상기 증폭기의 주파수 응답 특성을 조절하는 경부하 안정화부를 포함하고, 상기 경부하 안정화부는 상기 증폭기 내부의 바이어스 전류를 조절하는 바이어스 조절부를 포함하며, 상기 바이어스 조절부는, 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이에 대응하는 바이어스 제어신호(Vbc)를 사용하여 상기 증폭기 내부에서 접지로 흐르는 바이어스 전류를 조절하되, 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 큰 경우 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류에 영향을 주지 않는 값으로 유지되고, 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 작은 경우, 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이(Ith - Ix)에 대응되는 값을 가지고 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류를 증가시키는, 레귤레이터이다.
상기 레귤레이터에 있어서, 상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류에 대응하여 상기 증폭기의 내부 임피던스를 조절할 수 있다.
An aspect of the present invention, a reference voltage generating circuit for generating and outputting a reference voltage; An amplifier for receiving a first input signal corresponding to an output voltage and a second input signal corresponding to the reference voltage, and outputting an output signal amplifying the difference between the first input signal and the second input signal; And a pass transistor that adjusts the output voltage in response to the output signal of the amplifier, wherein the amplifier includes a light load stabilization unit that senses a load condition and adjusts a frequency response characteristic of the amplifier in response to the load condition. , The light load stabilization unit includes a bias adjustment unit for adjusting the bias current inside the amplifier, the bias adjustment unit, a signal (Ix) corresponding to the load current and a signal (Ith) corresponding to a threshold value for determining whether the light load ) Using a bias control signal (Vbc) corresponding to the difference to adjust the bias current flowing from the amplifier to the ground, the signal (Ix) corresponding to the load current corresponds to a threshold value for determining whether the light load When it is greater than the signal Ith, the bias control signal Vbc is maintained at a value that does not affect the bias current flowing to the ground, and the signal Ix corresponding to the load current determines whether the light load is When it is smaller than the signal Ith corresponding to the threshold, the bias control signal Vbc is the difference between the signal Ix corresponding to the load current and the signal Ith corresponding to the threshold for determining whether the light load is present. It is a regulator that has a value corresponding to (Ith-Ix) and increases the bias current flowing to the ground.
In the regulator, the light load stabilization unit may adjust the internal impedance of the amplifier in response to the load current.

삭제delete

상기 레귤레이터에 있어서, 상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류가 상기 임계값 이하일 때 극점을 높은 주파수로 이동시킬 수 있다. In the regulator, the light load stabilization unit may move the pole to a high frequency when the load current is below the threshold.

상기 레귤레이터에 있어서, 상기 경부하 안정화부는, 상기 부하상태를 감지하는 부하상태 감지부; 및 상기 감지된 부하상태를 상기 임계값과 비교하는 비교부;를 더 포함할 수 있다. In the regulator, the light load stabilization unit, Load state detection unit for sensing the load state; And a comparator comparing the sensed load state with the threshold value.

상기 레귤레이터에 있어서, 상기 부하상태 감지부는 상기 증폭기 내부의 신호를 이용하여 상기 부하상태를 판단할 수 있다. In the regulator, the load state detection unit may determine the load state using a signal inside the amplifier.

상기 레귤레이터에 있어서, 상기 증폭기는 상기 임계값을 조절하기 위한 임계값 제어신호를 상기 증폭기 외부로부터 수신할 수 있다. In the regulator, the amplifier may receive a threshold control signal for adjusting the threshold from outside the amplifier.

본 발명의 다른 일 측면은, 출력전압에 대응되는 제1 입력신호와 기준전압에 대응되는 제2 입력신호를 입력받고, 상기 제1 입력신호와 상기 제2 입력신호의 차이를 증폭한 출력신호를 출력하는 증폭부; 및 부하상태를 감지하고 상기 부하상태에 대응하여 상기 증폭부의 주파수 응답 특성을 조절하는 경부하 안정화부;를 포함하되, 상기 경부하 안정화부는 상기 증폭부 내부의 바이어스 전류를 조절하는 바이어스 조절부를 포함하고, 상기 바이어스 조절부는, 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이에 대응하는 바이어스 제어신호(Vbc)를 사용하여 상기 증폭부 내부에서 접지로 흐르는 바이어스 전류를 조절하되, 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 큰 경우 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류에 영향을 주지 않는 값으로 유지되고, 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 작은 경우, 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이(Ith - Ix)에 대응되는 값을 가지고 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류를 증가시키는, 증폭기이다.Another aspect of the present invention, receiving the first input signal corresponding to the output voltage and the second input signal corresponding to the reference voltage, and amplifying the difference between the first input signal and the second input signal output signal An amplifying unit for outputting; And a light load stabilization unit that senses a load condition and adjusts a frequency response characteristic of the amplification unit in response to the load condition, wherein the light load stabilization unit includes a bias adjustment unit that adjusts a bias current inside the amplification unit. The bias control unit uses a bias control signal Vbc corresponding to a difference between a signal Ix corresponding to a load current and a signal Ith corresponding to a threshold value for determining whether or not a light load is applied, and the inside of the amplification unit. When the bias current flowing to the ground is adjusted, but the signal Ix corresponding to the load current is greater than the signal Ith corresponding to the threshold for determining whether the light load is applied, the bias control signal Vbc is transferred to the ground. When the flow bias current is maintained at a value that does not affect, and the signal Ix corresponding to the load current is smaller than the signal Ith corresponding to the threshold for determining whether the light load is present, the bias control signal Vbc ) Has a value corresponding to the difference (Ith-Ix) between the signal (Ix) corresponding to the load current and the signal (Ith) corresponding to a threshold value for determining whether or not the light load is increased, thereby increasing the bias current flowing to the ground. Let it be, it's an amplifier.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

상기 증폭기에 있어서, 상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류에 대응하여 상기 증폭기의 내부 임피던스를 조절할 수 있다. In the amplifier, the light load stabilization unit may adjust the internal impedance of the amplifier in response to the load current.

상기 증폭기에 있어서, 상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류가 상기 임계값 이하일 때 극점을 높은 주파수로 이동시킬 수 있다. In the amplifier, the light load stabilization unit may move the pole to a high frequency when the load current is below the threshold.

상기 증폭기에 있어서, 상기 경부하 안정화부는, 상기 부하상태를 감지하는 부하상태 감지부; 및 상기 감지된 부하상태를 상기 임계값과 비교하는 비교부;를 더 포함할 수 있다. In the amplifier, the light load stabilization unit, a load state detection unit for sensing the load state; And a comparator comparing the sensed load state with the threshold value.

상기 증폭기에 있어서, 상기 부하상태 감지부는 상기 증폭기 내부의 신호를 이용하여 상기 부하상태를 판단할 수 있다. In the amplifier, the load state detection unit may determine the load state using a signal inside the amplifier.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

본 발명의 실시예에 의하면, 경부하에서 증폭기의 주파수 응답 특성을 조절함으로써 레귤레이터의 경부하 안정도를 개선할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the light load stability of the regulator can be improved by adjusting the frequency response characteristic of the amplifier at light load.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 레귤레이터에서 기생 성분들을 포함하는 등가 회로를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 비교예에 따른 레귤레이터의 안정도를 분석하기 위한 소신호 등가 회로도를 예시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 소신호 등가 모델의 정격 부하에서의 안정도를 분석하기 위한 루프 이득 그래프를 예시하는 도면이다.
도 5는 도 3의 소신호 등가 모델의 경부하에서의 안정도를 분석하기 위한 루프 이득 그래프를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 안정도를 분석하기 위한 소신호 등가 회로도를 예시하는 도면이다.
도 7은 도 6의 레귤레이터의 경부하에서의 안정도를 분석하기 위한 루프 이득 그래프를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 안정도를 분석하기 위한 소신호 등가 회로도를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기를 블록도로 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로 및 주변 회로를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로를 예시하는 도면이다.
도 12는 레귤레이터의 루프 이득 및 위상 마진 그래프를 예시하는 도면이다.
도 13은 부하 전류와 출력 전압 파형을 예시하는 도면이다.
1 is a view schematically illustrating a regulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing an equivalent circuit including parasitic components in the regulator of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating a small signal equivalent circuit diagram for analyzing the stability of a regulator according to a comparative example.
FIG. 4 is a diagram illustrating a loop gain graph for analyzing stability at the rated load of the small signal equivalent model of FIG. 3.
FIG. 5 is a diagram illustrating a loop gain graph for analyzing stability at light load of the small signal equivalent model of FIG. 3.
6 is a diagram illustrating a small signal equivalent circuit diagram for analyzing the stability of a regulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a loop gain graph for analyzing stability of the regulator of FIG. 6 at light load.
8 is a diagram illustrating a small signal equivalent circuit diagram for analyzing the stability of a regulator according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram illustrating an amplifier according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating an amplifier circuit and a peripheral circuit according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating an amplifier circuit according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a loop gain and phase margin graph of the regulator.
13 is a diagram illustrating load current and output voltage waveforms.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known structures or functions may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that elements may be "connected", "coupled" or "connected".

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터를 개략적으로 예시하는 도면이다.1 is a view schematically illustrating a regulator according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 레귤레이터(100)는 기준전압 생성회로(110, BGR), 증폭기(120, Amp), 패스 트랜지스터(130, MP) 및 출력전압 검출부(140)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the regulator 100 may include reference voltage generation circuits 110 and BGR, amplifiers 120 and Amp, pass transistors 130 and MP, and an output voltage detector 140.

레귤레이터(100)는 입력단자(A)를 통해 입력전압(Vin)을 제공받고 출력단자(B)를 통해 부하로 출력전압(Vout)을 제공할 수 있다.The regulator 100 may provide an input voltage Vin through the input terminal A and an output voltage Vout to the load through the output terminal B.

기준전압 생성회로(110)는 기준전압(Vref)을 생성하고 출력할 수 있다. 예시적으로, 기준전압 생성회로(110)는 입력전압(Vin)을 전원으로 사용하여 동작하거나 또는 입력전압(Vin)과 출력전압(Vout)을 모두 입력받고 선택적으로 전원으로 사용할 수도 있다. 기준전압 생성회로(110)에는 통상 밴드갭 레퍼런스(Band Gap Reference)로 언급되는 회로가 사용될 수 있다.The reference voltage generation circuit 110 may generate and output a reference voltage Vref. For example, the reference voltage generation circuit 110 may operate using the input voltage Vin as a power source or may receive both the input voltage Vin and the output voltage Vout and selectively use the power source. As the reference voltage generation circuit 110, a circuit commonly referred to as a band gap reference may be used.

증폭기(120)는 출력전압(Vout)에 대응되는 제1 입력신호(Vin1)와 기준전압(Vref)에 대응되는 제2 입력신호(Vin2)를 입력받고, 제1 입력신호(Vin1)와 제2 입력신호(Vin2)의 차이를 증폭한 출력신호(Vao)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 증폭기(120)의 제1 입력신호(Vin1)는 출력전압(Vout)이 출력전압 검출부(140)에 의해 분압된 전압일 수 있다. 예시적으로, 증폭기(120)의 제2 입력신호(Vin2)는 기준전압 생성회로(110)에 의해 생성된 기준전압(Vref)에 대응되는 전압일 수 있다. 기준전압 생성회로(110)에서 출력된 기준전압(Vref)은 별도의 처리가 없이 바로 증폭기(120)의 제2 입력신호(Vin2)로 사용될 수도 있지만, 소정의 처리를 거쳐 증폭기(120)의 제2 입력신호(Vin2)로 사용될 수도 있다. 증폭기(120)는 입력전압(Vin)을 전원으로 사용하여 동작할 수 있다. The amplifier 120 receives the first input signal Vin1 corresponding to the output voltage Vout and the second input signal Vin2 corresponding to the reference voltage Vref, and the first input signal Vin1 and the second The output signal Vao amplifying the difference between the input signals Vin2 may be output. For example, the first input signal Vin1 of the amplifier 120 may be a voltage at which the output voltage Vout is divided by the output voltage detector 140. For example, the second input signal Vin2 of the amplifier 120 may be a voltage corresponding to the reference voltage Vref generated by the reference voltage generation circuit 110. The reference voltage Vref output from the reference voltage generation circuit 110 may be directly used as the second input signal Vin2 of the amplifier 120 without additional processing, but may be removed from the amplifier 120 after a predetermined process. It can also be used as an input signal (Vin2). The amplifier 120 may operate using the input voltage Vin as a power source.

패스 트랜지스터(130)는 증폭기 출력신호(Vao)에 대응하여 출력전압(Vout)을 조절할 수 있다. 패스 트랜지스터(130)에 의한 출력전압(Vout)의 조절은, 입력단자(A)로부터 출력단자(B)로 흐르는 전류의 조절 또는 입력전압(Vin)과 출력전압(Vout) 사이의 전압강하의 조절 또는 패스 트랜지스터(130) 내부의 임피던스의 조절에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 패스 트랜지스터(130)는 제1 단자가 입력전압(Vin)에 연결되고, 제2 단자는 출력전압(Vout)에 연결되며, 제3 단자(제어단자)는 증폭기 출력신호(Vao)에 연결될 수 있다. 도 1에는 패스 트랜지스터(MP)가 P 타입의 FET로 예시되어 있으나, 본 실시예가 이로 한정되는 것은 아니다.The pass transistor 130 may adjust the output voltage Vout in response to the amplifier output signal Vao. Adjustment of the output voltage (Vout) by the pass transistor 130, adjustment of the current flowing from the input terminal (A) to the output terminal (B) or the adjustment of the voltage drop between the input voltage (Vin) and the output voltage (Vout) Or it may be understood that it is performed by adjusting the impedance inside the pass transistor 130. The first terminal of the pass transistor 130 is connected to the input voltage Vin, the second terminal is connected to the output voltage Vout, and the third terminal (control terminal) can be connected to the amplifier output signal Vao. . 1, the pass transistor MP is illustrated as a P-type FET, but the present embodiment is not limited thereto.

출력전압 검출부(140)는 출력전압(Vout)에 대응되는 전압을 생성하여 증폭기(120)로 피드백하는 기능을 수행할 수 있다. 도 1에는 출력전압 검출부(140)에 두 개의 저항(R1, R2)을 포함하는 저항 분압부가 사용되는 것으로 예시되어 있으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니고 다른 형태의 분압회로 또는 검출회로가 사용될 수 있다.The output voltage detector 140 may generate a voltage corresponding to the output voltage Vout and feed it back to the amplifier 120. In Figure 1, the output voltage detection unit 140 is illustrated as using a resistor voltage divider including two resistors R1 and R2, but the present invention is not limited to this and other types of voltage divider circuits or detection circuits may be used. have.

도 1과 같은 구성에서, 증폭기(120)의 이득이 클 경우 증폭기(120)의 두 입력신호(Vin1, Vin2)는 실질적으로 같은 크기를 가질 수 있다. 예시적으로, 증폭기(120)는 출력전압(Vout)이 분압된 전압(Vin1)이 기준전압(Vref)과 같은 크기를 가지도록 동작하고, 이로 인해 출력전압(Vout)은 기준전압(Vref)에 대응되는 크기로 조절될 수 있다.In the configuration as shown in FIG. 1, when the gain of the amplifier 120 is large, the two input signals Vin1 and Vin2 of the amplifier 120 may have substantially the same magnitude. For example, the amplifier 120 operates such that the voltage Vin1 in which the output voltage Vout is divided has the same size as the reference voltage Vref, so that the output voltage Vout is applied to the reference voltage Vref. It can be adjusted to the corresponding size.

도 2는 도 1의 레귤레이터에서 기생 성분들을 포함하는 등가 회로를 개략적으로 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing an equivalent circuit including parasitic components in the regulator of FIG. 1.

패스 트랜지스터(130)에 병렬로 연결된 드레인-소스 저항(Rds)은 패스 트랜지스터(130) 내부의 드레인 단자와 소스 단자 사이의 저항 성분으로 이해될 수 있다. 증폭기(120)의 출력단에는 저항(Roso)과 커패시터(Cpass)가 연결되어 있다. 저항(Roso)은 증폭기(120)의 출력단 임피던스로 이해될 수 있고, 커패시터(Cpass)는 패스 트랜지스터(130)의 게이트 단자의 입력 커패시턴스를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 출력단자(B)에는 출력 커패시터(Co)와 부하 저항(Ro)이 연결될 수 있다. 부하는 저항이 아닌 임피던스 성분일 수 있으나, 분석의 편의를 위해 부하를 저항으로 가정한다. 출력 커패시터(Co)에 직렬로 연결된 저항(Resr)은 출력 커패시터(Co)의 직렬 저항 성분으로 이해될 수 있다.The drain-source resistor Rds connected in parallel to the pass transistor 130 may be understood as a resistance component between the drain terminal and the source terminal inside the pass transistor 130. A resistor (Roso) and a capacitor (Cpass) are connected to the output terminal of the amplifier (120). The resistor Roso may be understood as the output terminal impedance of the amplifier 120, and the capacitor Cpass may be understood as meaning the input capacitance of the gate terminal of the pass transistor 130. An output capacitor Co and a load resistor Ro may be connected to the output terminal B. The load may be an impedance component rather than a resistance, but for convenience of analysis, the load is assumed to be a resistance. The resistor Resr connected in series to the output capacitor Co may be understood as a series resistance component of the output capacitor Co.

도 2에 예시된 각종 저항 및 커패시터 성분들은 증폭기(120) 내부의 임피던스 성분들과 함께 레귤레이터의 안정도에 영향을 주는 극점(pole)과 영점(zero)를 형성할 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 레귤레이터의 루프 이득(loop gain)의 극점(pole)과 영점(zero)을 분석한다.The various resistance and capacitor components illustrated in FIG. 2 may form poles and zeros that affect the stability of the regulator together with impedance components inside the amplifier 120. Hereinafter, the pole and the zero of the loop gain of the regulator are analyzed with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예와 대비되는 비교예에 따른 레귤레이터의 안정도를 분석하기 위한 소신호 등가 회로도를 예시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a small-signal equivalent circuit diagram for analyzing the stability of a regulator according to a comparative example compared to an embodiment of the present invention.

도 3에는 도 2의 증폭기(120)와 패스 트랜지스터(130)가 소신호 등가 모델로 대체되어 있다. 도 3은 소신호 왜란에 대한 반응을 분석하기 위한 소신호 등가 모델이므로, 입력전압(Vin)에 연결되는 소자들은 입력전압(Vin) 대신 접지에 연결된 것으로 표시되어 있다. In FIG. 3, the amplifier 120 and the pass transistor 130 of FIG. 2 are replaced with small signal equivalent models. 3 is a small signal equivalent model for analyzing the response to a small signal disturbance, the devices connected to the input voltage Vin are indicated as being connected to ground instead of the input voltage Vin.

증폭기(120)는 이득 스테이지(Gain Stage)와 출력 스테이지(Output Stage)의 두 개의 스테이지를 가지는 것으로 가정한다. 그러나 본 실시예가 이로 한정되는 것은 아니다.It is assumed that the amplifier 120 has two stages, a gain stage and an output stage. However, the present embodiment is not limited to this.

이득 스테이지(Gain Stage)는 제1 트랜스컨덕턴스(gm1), 저항(Rgso) 및 커패시터(Cm) 성분을 포함할 수 있다. 제1 트랜스컨덕턴스(gm1)는 이득 스테이지(Gain Stage)의 상호 컨덕턴스를 의미하고, 저항(Rgso)은 이득 스테이지(Gain Stage)의 출력 임피던스를 의미하여, 커패시터(Cm)는 이득 스테이지(Gain Stage) 내부의 밀러 커패시턴스를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이득 스테이지(Gain Stage)의 증폭 이득(A1)은 제1 트랜스컨덕턴스(gm1)와 저항(Rgso)의 곱으로 이해될 수 있다.The gain stage may include a first transconductance (gm1), a resistor (Rgso), and a capacitor (Cm) component. The first transconductance gm1 means the mutual conductance of the gain stage, the resistor Rgso means the output impedance of the gain stage, and the capacitor Cm is the gain stage It can be understood to mean the internal Miller capacitance. The gain stage A1 of the gain stage may be understood as a product of the first transconductance gm1 and the resistance Rgso.

출력 스테이지(Output Stage)는 제2 트랜스컨덕턴스(gm2)와 저항(Roso) 성분을 포함할 수 있다. 제2 트랜스컨덕턴스(gm2)는 출력 스테이지(Output Stage)의 상호 컨덕턴스를 의미하고, 저항(Roso)은 출력 스테이지(Output Stage)의 출력 임피던스를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 출력 스테이지(Output Stage)의 증폭 이득(A2)은 제2 트랜스컨덕턴스(gm2)와 저항(Roso)의 곱으로 이해될 수 있다. The output stage may include a second transconductance (gm2) and a resistor (Roso) component. It can be understood that the second transconductance gm2 means the mutual conductance of the output stage, and the resistor Roso means the output impedance of the output stage. The amplification gain A2 of the output stage can be understood as a product of the second transconductance gm2 and the resistance Roso.

이득 스테이지(Gain Stage)의 증폭 이득(A1)은 출력 스테이지(Output Stage)의 증폭 이득(A2)에 비해 큰 값을 가질 수 있다. 또한, 출력 스테이지(Output Stage)의 출력단 저항(Roso)은 이득 스테이지(Gain Stage)의 출력단 저항(Rgso)에 비해 작은 값을 가질 수 있다. 즉, 이득 스테이지(Gain Stage)는 증폭기(120)의 이득 증폭 기능을 주로 담당하고, 출력 스테이지(Output Stage)는 증폭기(120)의 출력 임피던스를 낮추는 기능을 주로 담당할 수 있다. The amplification gain A1 of the gain stage may have a larger value than the amplification gain A2 of the output stage. Also, the output stage resistor Roso of the output stage may have a smaller value than the output stage resistor Rgso of the gain stage. That is, the gain stage (Gain Stage) is mainly responsible for the gain amplification function of the amplifier 120, the output stage (Output Stage) may mainly be responsible for the function of lowering the output impedance of the amplifier 120.

패스 트랜지스터(130)는 제3 트랜스컨덕턴스(-gmp), 커패시터(Cpass)와 저항(Rds) 성분을 포함할 수 있다. 제3 트랜스컨덕턴스(-gmp)는 패스 트랜지스터(130)의 상호 컨덕턴스를 의미한다. 제3 트랜스컨덕턴스(-gmp)의 '-' 표기는 패스 트랜지스터(130)가 게이트 단자의 제어 전압의 변동에 대해 출력전류의 변동이 반대 방향으로 동작함을 의미한다. 커패시터(Cpass)는 패스 트랜지스터(130)의 게이트 단자의 입력 커패시턴스를 의미하고, 드레인-소스 저항(Rds)은 패스 트랜지스터(130) 내부의 드레인 단자와 소스 단자 사이의 저항 성분을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.The pass transistor 130 may include a third transconductance (-gmp), a capacitor (Cpass), and a resistance (Rds) component. The third transconductance (-gmp) means the mutual conductance of the pass transistor 130. The notation'-' in the third transconductance (-gmp) means that the pass transistor 130 operates in the opposite direction with respect to the change in the control voltage of the gate terminal. Capacitor Cpass means the input capacitance of the gate terminal of the pass transistor 130, and the drain-source resistor Rds means the resistance component between the drain terminal and the source terminal inside the pass transistor 130. Can.

도 3을 참조하면, 레귤레이터 시스템의 안정도에 영향을 주는 극점(pole)은 세 개, 영점(zero)은 한 개로 파악될 수 있다. 각 극점의 주파수(fp1, fp2, fp3) 및 영점의 주파수(fz1)는 아래 [수학식 1] 내지 [수학식 4]와 같이 분석될 수 있다.Referring to FIG. 3, three poles and one zero may be identified as one affecting the stability of the regulator system. The frequency (fp1, fp2, fp3) of each pole and the frequency (fz1) of the zero point can be analyzed as shown in [Equation 1] to [Equation 4] below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018072356466-pat00001
Figure 112018072356466-pat00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018072356466-pat00002
Figure 112018072356466-pat00002

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018072356466-pat00003
Figure 112018072356466-pat00003

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018072356466-pat00004
Figure 112018072356466-pat00004

여기서, (Rds∥Ro)는 Rds와 Ro가 병렬로 연결된 상태에서의 저항값을 의미한다. Here, (Rds∥Ro) means the resistance value in a state where Rds and Ro are connected in parallel.

도 4는 도 3의 소신호 등가 모델의 정격 부하에서의 안정도를 분석하기 위한 루프 이득 그래프를 예시하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a loop gain graph for analyzing stability at the rated load of the small signal equivalent model of FIG. 3.

도 4에서 X 축은 주파수이고 Y 축은 레귤레이터 시스템의 안정도를 평가하기 위한 루프 이득(loop gain)이다. 도면 부호 401은 정격 부하에서의 루프 이득을 나타내는 그래프이다. 정격 부하 루프 이득 그래프(401)에 병기된 '-1' 및 '-2'는 루프 이득의 경사도를 의미하는 것으로서, 하나의 극점에 의해서는 '-1'의 경사를 가지고 하나의 영점에 의해서는 '+1'의 경사를 가질 수 있다. 특정 주파수에서의 루프 이득의 경사도는 그 이하의 주파수 영역에서의 극점과 영점의 개수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 제1 극점 주파수(fp1)과 제2 극점 주파수(fp2) 사이의 주파수 영역에서는 그 이하의 주파수 범위에서 하나의 극점(fp1)이 있으므로 -1의 경사도를 가질 수 있다. 제2 극점 주파수(fp2)과 제1 영점 주파수(fz1) 사이의 주파수 영역에서는 그 이하의 주파수 범위에서 두 개의 극점(fp1, fp2)이 있으므로 -2의 경사도를 가질 수 있다. 루프 이득이 -1의 경사도를 가질 경우 위상은 -90도를 향해 움직이고, 루프 이득이 -2의 경사도를 가질 경우 위상은 -180도를 향해 움직이므로 UGF 에서의 경사도를 통해 위상 마진을 대략적으로 파악할 수 있다. In FIG. 4, the X-axis is a frequency and the Y-axis is a loop gain for evaluating the stability of the regulator system. Reference numeral 401 is a graph showing the loop gain at the rated load. '-1' and'-2' written in the rated load loop gain graph 401 mean the slope of the loop gain, and by one pole, the slope of'-1' and by one zero point It can have a slope of'+1'. The slope of the loop gain at a particular frequency can be determined by the number of poles and zeros in the frequency domain below. For example, in the frequency region between the first pole frequency fp1 and the second pole frequency fp2, since there is one pole fp1 in a frequency range below that, a slope of -1 may be obtained. In the frequency region between the second pole frequency fp2 and the first zero frequency fz1, since there are two poles fp1 and fp2 in a frequency range below that, a slope of -2 may be obtained. If the loop gain has a slope of -1, the phase moves toward -90 degrees, and if the loop gain has a slope of -2, the phase moves toward -180 degrees, so you can roughly grasp the phase margin through the slope in UGF. Can.

정격 부하인 경우, 제1 극점 주파수(fp1), 제2 극점 주파수(fp2), 제1 영점 주파수(fz1) 및 제3 극점 주파수(fp3)의 순으로 극점 및 영점이 배치될 수 있다. 통상 루프 이득의 절대값이 1이 되는(즉, 루프 이득이 0dB가 되는) 주파수(UGF) 이하에는 1개의 극점이 배치되어야 시스템이 충분한 위상 마진(phase margin)을 확보할 수 있다(UGF 이하에 영점이 없는 경우. 만약, UGF 이하에 영점이 한 개가 있는 경우에는 극점이 UGF 내에 2개가 있어도 위상 마진이 충분히 확보될 수 있을 것이다). [수학식 2]를 참조하면, 정격 부하에서는 부하 저항(Ro)이 상대적으로 작은 값을 가지므로 제2 극점 주파수(fp2)는 UGF에 비해 상대적으로 높은 주파수에 형성되어 UGF 내에는 1개의 극점(fp1)이 존재하여 시스템은 충분히 안정적일 수 있다.In the case of the rated load, the poles and zeros may be arranged in the order of the first pole frequency fp1, the second pole frequency fp2, the first zero frequency fz1, and the third pole frequency fp3. Normally, one pole should be placed below the frequency (UGF) at which the absolute value of the loop gain is 1 (ie, the loop gain is 0 dB) so that the system can secure sufficient phase margin (below the UGF). If there is no zero point, if there is one zero point below the UGF, even if there are two pole points in the UGF, the phase margin can be sufficiently secured). Referring to [Equation 2], since the load resistance (Ro) has a relatively small value at the rated load, the second pole frequency (fp2) is formed at a relatively high frequency compared to the UGF, so that one pole in the UGF ( fp1) exists, so the system can be sufficiently stable.

도 5는 도 3의 소신호 등가 모델의 경부하에서의 안정도를 분석하기 위한 루프 이득 그래프를 예시하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a loop gain graph for analyzing stability at light load of the small signal equivalent model of FIG. 3.

도 5를 참조하면, 제2 극점 주파수(fp2)가 UGF 보다 높은 주파수(fa)에서 UGF 보다 낮은 주파수(fb)로 이동할 수 있다. 제2 극점 주파수(fp2)의 낮은 주파수로의 이동은 부하 저항(Ro)의 변화에 기인한 것으로 이해될 수 있다. [수학식 2]를 참조하면 제2 극점 주파수(fp2)는 부하 저항(Ro)이 커질수록 작아진다. 경부하(light load)에서는 정격 부하에 비해 부하 저항(Ro)이 상대적으로 큰 값을 가지므로(예를 들어, 부하가 정격 부하의 10%가 되면 부하 저항(Ro)은 정격 부하의 10배로 증가), 제2 극점 주파수(fp2)가 낮은 주파수로 이동한 것으로 분석될 수 있다. 이와 같이, 부하가 감소함에 따라 제2 극점 주파수(fp2)는 UGF 보다 낮은 주파수로 이동할 수 있고, 이 경우 UGF 이내에 2개의 극점(fp1, fp2)이 존재하여 UGF에서의 위상 마진이 충분하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 5, the second pole frequency fp2 may move from a frequency fa higher than UGF to a frequency fb lower than UGF. It can be understood that the movement of the second pole frequency fp2 to the lower frequency is due to a change in the load resistance Ro. Referring to [Equation 2], the second pole frequency fp2 becomes smaller as the load resistance Ro increases. At light load, the load resistance (Ro) has a relatively large value compared to the rated load (for example, when the load becomes 10% of the rated load, the load resistance (Ro) increases by 10 times the rated load) ), it can be analyzed that the second pole frequency fp2 has moved to a lower frequency. As such, as the load decreases, the second pole frequency (fp2) may move to a frequency lower than UGF, and in this case, there may be insufficient two phase poles (fp1, fp2) within UGF, so that the phase margin in UGF may not be sufficient. have.

이와 같이, 도 3의 경우 경부하에서 레귤레이터 시스템의 안정성이 낮아질 수 있다.As described above, in the case of FIG. 3, the stability of the regulator system may be lowered at light load.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 안정도를 분석하기 위한 소신호 등가 회로도를 예시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating a small signal equivalent circuit diagram for analyzing the stability of a regulator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 증폭기(620)는 경부하 안정화부(622, Light Load Stabilizer)를 포함하고, 이득 스테이지의 출력단 저항(Rgso)은 경부하 안정화부(622)의 제어에 따라 가변될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the amplifier 620 includes a light load stabilizer (622), and the output stage resistance (Rgso) of the gain stage is variable under the control of the light load stabilizer 622 Can be.

경부하 안정화부(622)는 부하상태를 감지하고 부하상태에 대응하여 증폭기(620)의 주파수 응답 특성을 조절할 수 있다. 예시적으로, 부하상태는 부하로 공급되는 부하전류(Io)를 통해 파악될 수 있다. 도 7에는 부하 전류(Io)를 검출하여 경부하 안정화부(622)로 제공하는 것으로 도시되어 있으나, 본 실시예가 이러한 방법으로 한정되는 것은 아니다.The light load stabilization unit 622 may detect a load condition and adjust the frequency response characteristics of the amplifier 620 in response to the load condition. For example, the load state may be determined through a load current (Io) supplied to the load. In FIG. 7, it is shown that the load current Io is detected and provided to the light load stabilization unit 622, but the present embodiment is not limited to this method.

증폭기(620)의 주파수 응답 특성의 조절은, 예시적으로, 증폭기(620)의 내부 임피던스의 조절일 수 있다. 구체적인 예시로서, 증폭기(620)의 내부 임피던스의 조절은, 이득 스테이지의 출력단 저항(Rgso)의 저항값의 조절일 수 있다. [수학식 1]을 참조하면, 제1 극점 주파수(fp1)는 이득 스테이지의 출력단 저항(Rgso)에 반비례하므로, 이득 스테이지의 출력단 저항(Rgso)을 감소시킬 경우 제1 극점 주파수(fp1)가 높은 주파수로 이동할 수 있다. 경부하에서의 시스템의 안정도를 높이기 위해, 경부하 안정화부(622)는 부하전류가 임계값 이하일 때(즉, 경부하로 판단될 때) 이득 스테이지의 출력단 저항(Rgso)을 감소시켜 제1 극점 주파수(fp1)를 UGF 보다 높은 주파수로 이동시킴으로써, 경부하에서도 UGF 내에 하나의 극점이 존재하도록 하여 충분한 위상 마진을 확보할 수 있다.Adjustment of the frequency response characteristic of the amplifier 620 may be, for example, adjustment of the internal impedance of the amplifier 620. As a specific example, adjustment of the internal impedance of the amplifier 620 may be adjustment of a resistance value of the output stage resistance Rgso of the gain stage. Referring to Equation 1, since the first pole frequency fp1 is inversely proportional to the output stage resistance Rgso of the gain stage, when the output stage resistance Rgso of the gain stage is decreased, the first pole frequency fp1 is high. It can move in frequency. In order to increase the stability of the system at light load, the light load stabilizer 622 decreases the output stage resistance Rgso of the gain stage when the load current is below a threshold value (that is, when it is judged as a light load) to reduce the first pole frequency fp1. By moving) to a higher frequency than UGF, it is possible to secure a sufficient phase margin by having one pole in UGF even at light load.

도 7은 도 6의 레귤레이터의 경부하에서의 안정도를 분석하기 위한 루프 이득 그래프를 예시하는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a loop gain graph for analyzing stability of the regulator of FIG. 6 at light load.

도 7을 참조하면, 경부하 루프 이득(701)의 경우 UGF 내에 하나의 극점만이 존재할 수 있다. 도 6의 경부하 안정화부(622)가 경부하에서 이득 스테이지의 출력단 저항(Rgso)을 감소시켜 제1 극점 주파수(fp1)를 UGF 이하의 주파수(fc)로부터 UGF 이상의 주파수(fd)로 이동시킬 경우, 경부하에서 제2 극점 주파수(fp2)가 UGF 이하의 주파수로 이동한다고 하더라도 UGF 이하에는 하나의 극점만이 존재할 수 있다. 따라서, 경부하에서의 위상 마진이 충분히 확보되어 시스템의 안정성이 높아질 수 있다. 이와 같이, 경부하 안정화부(622)는 부하전류의 감소에 따라 제1 극점(p1)을 높은 주파수로 이동시킴으로써 경부하에서의 안정도를 개선할 수 있다.Referring to FIG. 7, in the case of the light load loop gain 701, only one pole may exist in the UGF. When the light load stabilizing unit 622 of FIG. 6 reduces the output stage resistance Rgso of the gain stage at light load to move the first pole frequency fp1 from a frequency fc below UGF to a frequency fd above UGF. , Even if the second pole frequency fp2 moves at a light load or less than UGF, only one pole may exist below UGF. Therefore, the phase margin under light load is sufficiently secured, and the stability of the system can be increased. As described above, the light load stabilization unit 622 may improve stability at light loads by moving the first pole p1 to a high frequency as the load current decreases.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 안정도를 분석하기 위한 소신호 등가 회로도를 예시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating a small signal equivalent circuit diagram for analyzing the stability of a regulator according to an embodiment of the present invention.

도 8의 실시예의 경우, 경부하 안정화부(822)가 증폭기(820) 내부의 신호를 이용하여 부하상태를 판단하는 점에서 도 6의 실시예와 차이가 있다. 예시적으로, 경부하 안정화부(822)는 이득 스테이지로부터 출력되어 출력 스테이지로 입력되는 신호(Vgso)를 이용하여 부하상태를 판단할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 부하전류(Io)를 검출하기 위한 소자를 별도로 구비할 필요가 없을뿐만 아니라, 증폭기(820)가 부하전류에 대응하는 신호를 입력받는 핀을 구비하지 않아도 되므로 회로 구성이 간단해지고 비용을 절감할 수 있다.The embodiment of FIG. 8 differs from the embodiment of FIG. 6 in that the light load stabilization unit 822 determines the load state using the signal inside the amplifier 820. For example, the light load stabilization unit 822 may determine a load state using a signal Vgso output from the gain stage and input to the output stage. According to this method, it is not necessary to separately provide an element for detecting the load current Io, and the amplifier 820 does not need to have a pin for receiving a signal corresponding to the load current, thereby simplifying the circuit configuration. You can save money.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기를 블록도로 예시하는 도면이다.9 is a block diagram illustrating an amplifier according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 증폭기(920)는 증폭부(921)와 경부하 안정화부(922)를 포함할 수 있다. 경부하 안정화부(922)는 부하상태 감지부(922a), 비교부(922b) 및 바이어스 조절부(922c)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the amplifier 920 may include an amplification unit 921 and a light load stabilization unit 922. The light load stabilization unit 922 may include a load state detection unit 922a, a comparison unit 922b, and a bias adjustment unit 922c.

증폭부(921)는 증폭기(920)의 기본적인 증폭 기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 증폭부(921)는 제1 입력신호(Vin1)와 제2 입력신호(Vin2)를 입력받고, 두 신호의 차이를 증폭한 출력신호(Vao)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 증폭부(921)는 이득 스테이지와 출력 스테이지의 두 개의 스테이지를 포함할 수 있다. 이 경우, 이득 스테이지는 증폭기(920)의 증폭 이득 기능을 주로 담당하고, 출력 스테이지는 증폭기(920)의 출력 임피던스를 낮추는 기능을 주로 담당할 수 있다.The amplification unit 921 may perform a basic amplification function of the amplifier 920. For example, the amplification unit 921 may receive the first input signal Vin1 and the second input signal Vin2, and output an output signal Vao amplifying the difference between the two signals. For example, the amplification unit 921 may include two stages, a gain stage and an output stage. In this case, the gain stage is mainly responsible for the amplification gain function of the amplifier 920, and the output stage can be mainly responsible for the function of lowering the output impedance of the amplifier 920.

부하상태 감지부(922a)는 부하상태를 감지할 수 있다. 경부하 안정화부(922)는 경부하 상태에서 증폭기(920)의 주파수 응답 특성을 조절하여 안정도를 개선하도록 동작할 수 있다. 이를 위해 부하상태 감지부(922a)는 부하가 경부하인지 여부를 판단하기 위한 정보를 수집할 수 있다. 부하상태 감지부(922a)가 수집하는 부하상태에 대한 정보는 부하로 공급되는 전류 또는 전력에 대한 정보일 수 있다. 부하상태 감지부(922a)는 직접 부하로 공급되는 전류 또는 전력을 검출할 수도 있으나, 이 경우 증폭기(920)가 부하상태에 대한 정보를 수신하기 위한 핀 등의 구성을 더 포함해야 한다는 단점이 있다. 이러한 상황을 고려하여, 부하상태 감지부(922a)는 증폭기(920)의 내부 신호(Sos)를 이용하여 부하상태를 감지할 수 있다. 부하로 공급되는 전류 또는 전력은 증폭기(920)의 제어에 의해 패스 트랜지스터를 통해 공급되므로(도 1 참조), 증폭기(920) 내부에는 부하 전류 또는 전력에 대한 정보를 포함하는 신호가 존재할 수 있다. 따라서, 부하상태 감지부(922a)는 증폭기(920) 내부의 신호(Sos)를 이용하여 부하상태를 감지할 수 있다.The load state detection unit 922a may detect a load state. The light load stabilization unit 922 may operate to improve stability by adjusting a frequency response characteristic of the amplifier 920 in a light load state. To this end, the load state detection unit 922a may collect information for determining whether the load is a light load. The load state information collected by the load state detection unit 922a may be information about current or power supplied to the load. The load state detection unit 922a may directly detect the current or power supplied to the load, but in this case, there is a disadvantage that the amplifier 920 must further include a configuration such as a pin for receiving information on the load state. . In consideration of this situation, the load state detection unit 922a may detect the load state using the internal signal Sos of the amplifier 920. Since the current or power supplied to the load is supplied through the pass transistor under the control of the amplifier 920 (see FIG. 1 ), a signal including information about the load current or power may exist inside the amplifier 920. Therefore, the load state detection unit 922a may sense the load state using a signal Sos inside the amplifier 920.

비교부(922b)는 부하상태 감지부(922a)에서 감지한 신호를 임계값과 비교하여 경부하인지 여부를 판단할 수 있다. 경부하 여부에 대한 판단 기준이 되는 임계값은 증폭기(920) 외부로부터 입력되는 임계값 제어신호에 의해 조절될 수 있다. 이 경우, 사용자가 증폭기(920) 외부에서 임계값 제어신호를 통해 임계값을 원하는 값으로 조절할 수 있다. The comparator 922b may compare the signal sensed by the load state detector 922a with a threshold value to determine whether it is a light load. The threshold value as a criterion for determining whether or not the light load is applied may be adjusted by a threshold control signal input from the outside of the amplifier 920. In this case, the user can adjust the threshold to a desired value through the threshold control signal outside the amplifier 920.

바이어스 조절부(922c)는 비교부(922b)의 비교결과에 기초하여 경부하로 판단되는 경우 증폭기(920)의 주파수 응답 특성을 조절할 수 있다. 예시적으로, 바이어스 조절부(922c)는 바이어스 제어 신호(Sbc)를 통해 증폭부(921) 내부의 바이어스 전류를 조절함으로써 증폭기(920)의 주파수 응답 특성을 조절할 수 있다. 증폭부(921) 내부의 바이어스 전류를 조절하는 방법에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.The bias adjusting unit 922c may adjust the frequency response characteristic of the amplifier 920 when it is determined as a light load based on the comparison result of the comparing unit 922b. For example, the bias adjusting unit 922c may adjust the frequency response characteristic of the amplifier 920 by adjusting the bias current inside the amplifying unit 921 through the bias control signal Sbc. A method of adjusting the bias current inside the amplification unit 921 will be described in detail below.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로 및 주변 회로를 예시하는 도면이다.10 is a diagram illustrating an amplifier circuit and a peripheral circuit according to an embodiment of the present invention.

증폭기(920)는 증폭부(921)와 경부하 안정화부(922)를 포함할 수 있다. 증폭부(921)는 이득 스테이지(921a)와 출력 스테이지(921b)를 포함할 수 있다. The amplifier 920 may include an amplification unit 921 and a light load stabilization unit 922. The amplifying unit 921 may include a gain stage 921a and an output stage 921b.

이득 스테이지(921a)는 다수의 트랜지스터(M1 ~ M9)를 포함할 수 있다. 트랜지스터 M1에는 바이어스 신호 Vb가 인가되어 바이어스 전류 Ib1이 흐를 수 있다. 즉, 트랜지스터 M1은 바이어스 전류 Ib1을 공급하는 바이어스 전류 소스로 동작할 수 있다. The gain stage 921a may include a plurality of transistors M1 to M9. A bias signal Vb may be applied to the transistor M1 to allow the bias current Ib1 to flow. That is, transistor M1 can operate as a bias current source that supplies bias current Ib1.

바이어스 전류 Ib1은 트랜지스터 M2 및 트랜지스터 M3로 나누어져 흐를 수 있다. 트랜지스터 M2에는 제1 입력신호 Vin1이 인가되어 제1 입력신호 Vin1에 대응되는 전류가 흐를 수 있다. 트랜지스터 M3에는 제2 입력신호 Vin2가 인가되어 제2 입력신호 Vin2에 대응되는 전류가 흐를 수 있다. 제1 입력신호 Vin1에는 출력전압(도 1의 Vout)에 대응되는 신호가 인가되고, 제2 입력신호 Vin2에는 기준전압(도 1의 Vref)에 대응되는 신호가 인가될 수 있다. 트랜지스터 M2와 M3를 통해 흐르는 전류의 합은 바이어스 전류 Ib1과 동일할 수 있다. The bias current Ib1 can be divided into transistors M2 and M3 and flow. The first input signal Vin1 may be applied to the transistor M2, and a current corresponding to the first input signal Vin1 may flow. The second input signal Vin2 is applied to the transistor M3, and a current corresponding to the second input signal Vin2 may flow. A signal corresponding to the output voltage (Vout in FIG. 1) may be applied to the first input signal Vin1, and a signal corresponding to the reference voltage (Vref in FIG. 1) may be applied to the second input signal Vin2. The sum of the currents flowing through the transistors M2 and M3 may be equal to the bias current Ib1.

트랜지스터 M4와 M5에는 바이어스 신호 Vb가 인가되어 바이어스 전류Ib2 및 Ib3가 접지로 흐르는 경로를 제공할 수 있다. 즉, 트랜지스터 M4와 M5는 바이어스 전류 드레인(drain)으로 동작할 수 있다. A bias signal Vb is applied to the transistors M4 and M5 to provide a path through which the bias currents Ib2 and Ib3 flow to ground. That is, transistors M4 and M5 can operate as a bias current drain.

트랜지스터 M6 ~ M9는 이득 스테이지(921a)의 출력단을 구성할 수 있다. 이득 스테이지(921a)는 출력신호 Vgso를 생성하여 다음 스테이지로 제공할 수 있다. Transistors M6 to M9 may constitute the output stage of gain stage 921a. The gain stage 921a may generate the output signal Vgso and provide it to the next stage.

경부하 안정화부(922)는 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso 및 임계값 제어신호 Vtc를 입력받고, 경부하인지 여부를 판단하며, 경부하라고 판단되면 이득 스테이지(921a)의 바이어스 전류 Ib2와 Ib3를 조절할 수 있다. 이를 위해 경부하 안정화부(922)는 다수의 트랜지스터(M11 ~ M17)를 포함할 수 있다.The light load stabilization unit 922 receives the output signal Vgso and the threshold control signal Vtc of the gain stage 921a, determines whether it is a light load, and if determined to be a light load, bias currents Ib2 and Ib3 of the gain stage 921a Can be adjusted. To this end, the light load stabilizer 922 may include a plurality of transistors M11 to M17.

트랜지스터 M11은 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso에 대응하는 전류 Ix가 흐르도록 할 수 있다. 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso는 트랜지스터 M11과 출력 스테이지(921b)를 거쳐 출력전류(Io)을 제어하는 신호이므로, 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso는 출력전류(Io)와 소정의 관계를 가지고 있다. 따라서 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso에 대응되는 전류 Ix 역시 출력전류(Io)와 소정의 관계를 가질 수 있다. 예시적으로, 전류 Ix는 출력전류(Io)와 비례 관계를 가질 수 있다. 경부하 안정화부(922)는 부하전류(Io)를 직접 검출하는 대신 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso를 사용하여 경부하 여부를 판단할 수 있다.The transistor M11 can cause the current Ix corresponding to the output signal Vgso of the gain stage 921a to flow. Since the output signal Vgso of the gain stage 921a is a signal that controls the output current Io through the transistor M11 and the output stage 921b, the output signal Vgso of the gain stage 921a has a predetermined relationship with the output current Io Have Therefore, the current Ix corresponding to the output signal Vgso of the gain stage 921a may also have a predetermined relationship with the output current Io. For example, the current Ix may have a proportional relationship with the output current Io. The light load stabilization unit 922 may determine whether light load is performed by using the output signal Vgso of the gain stage 921a instead of directly detecting the load current Io.

트랜지스터 M13은 임계값 제어신호 Vtc에 대응하는 전류 Ith가 흐르도록 할 수 있다. 증폭기(920)는 임계값 제어신호 Vtc를 외부로부터 입력받음으로써 사용자가 경부하 판단 기준이 되는 부하 레벨(예, 부하전류의 크기)을 결정하도록 할 수 있다. The transistor M13 may allow the current Ith corresponding to the threshold control signal Vtc to flow. The amplifier 920 may allow the user to determine a load level (eg, the magnitude of the load current) that is a light load judgment criterion by receiving the threshold control signal Vtc from the outside.

트랜지스터 M12와 M14는 전류 미러를 형성하여 트랜지스터 M12를 통해 흐르는 전류 Ix가 트랜지스터 M14에도 동일하게 흐르도록 할 수 있다. 전류 Ith와 전류 Ix의 차이는 트랜지스터 M15를 통해 흐르고, 전류 Ith와 전류 Ix의 차이에 대응하는 바이어스 제어신호 Vbc가 생성되어 트랜지스터 M16과 M17에 인가될 수 있다. The transistors M12 and M14 form a current mirror so that the current Ix flowing through the transistor M12 flows the same in the transistor M14. The difference between the current Ith and the current Ix flows through the transistor M15, and a bias control signal Vbc corresponding to the difference between the current Ith and the current Ix is generated and can be applied to the transistors M16 and M17.

예시적으로, 정격 부하에서 전류 Ix는 전류 Ith보다 큰 값을 가지도록 설정될 수 있다. 이 경우 트랜지스터 M15에는 전류가 흐르지 않고 바이어스 제어신호 Vbc는 트랜지스터 M16과 M17을 구동하지 못할 정도의 낮은 전압으로 유지될 수 있다. 경부하에서는 전류 Ix가 전류 Ith보다 작게 설정될 수 있고, 이 경우 트랜지스터 M15에는 (Ith - Ix)에 대응되는 전류가 흐르며, 이에 대응되는 바이어스 제어신호 Vbc가 생성되어 트랜지스터 M16과 M17을 구동할 수 있다. 즉, 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso에 대응되는 전류 Ix와 임계값 제어신호 Vtc에 대응되는 Ith를 비교하는 방식으로 경부하 여부를 판단하고, 이에 따라 바이어스 제어신호 Vbc를 변경할 수 있다.For example, the current Ix at the rated load may be set to have a value greater than the current Ith. In this case, no current flows through the transistor M15 and the bias control signal Vbc can be maintained at a voltage low enough to drive the transistors M16 and M17. At light load, the current Ix can be set smaller than the current Ith, in this case, a current corresponding to (Ith-Ix) flows through the transistor M15, and a bias control signal Vbc corresponding to it is generated to drive the transistors M16 and M17. . That is, it is possible to determine whether or not the light load is performed by comparing the current Ix corresponding to the output signal Vgso of the gain stage 921a with the Ith corresponding to the threshold control signal Vtc, and thereby change the bias control signal Vbc.

트랜지스터 M16과 M17은 각각 바이어스 제어신호 Vbc에 대응하는 전류가 흐르도록 함으로써, 바이어스 제어신호 Vbc에 따라 바이어스 전류 Ib2와 Ib3이 조절될 수 있다. 바이어스 제어신호 Vbc에 의해 트랜지스터 M16과 M17을 통해 전류가 흘러 바이어스 전류 Ib2와 Ib3이 증가할 경우, 이득 스테이지(921a)의 출력단(M6 ~ M9)으로부터 전류를 더 많이 공급받게 되므로 이득 스테이지(921a)의 츨력단 임피던스(도 8의 Rgso)가 작아질 수 있다. 즉, 경부하 상태에서 트랜지스터 M16과 M17를 동작시켜 바이어스 전류 Ib2와 Ib3를 증가시키면 [수학식 1]의 제1 극점 주파수(fp1)를 높은 주파수로 이동시킬 수 있다. 경부하가 아닌 경우, 트랜지스터 M16과 M17은 전류가 흐르지 않도록 하거나 또는 작은 전류가 흐르도록 함으로써 바이어스 전류(Ib2, Ib3)가 상대적으로 작아지도록 할 수 있다.The transistors M16 and M17 allow currents corresponding to the bias control signals Vbc to flow, so that the bias currents Ib2 and Ib3 can be adjusted according to the bias control signals Vbc. When the current flows through the transistors M16 and M17 by the bias control signal Vbc and the bias currents Ib2 and Ib3 increase, more current is supplied from the output terminals M6 to M9 of the gain stage 921a, so the gain stage 921a The output terminal impedance (Rgso in FIG. 8) may be reduced. That is, when the bias currents Ib2 and Ib3 are increased by operating the transistors M16 and M17 in a light load state, the first pole frequency fp1 of Equation 1 can be moved to a high frequency. In the case of non-light load, the transistors M16 and M17 may be made to have relatively small bias currents Ib2 and Ib3 by preventing current from flowing or by allowing a small current to flow.

이와 같이, 경부하 안정화부(920)는 이득 스테이지(921a)의 출력신호 Vgso를 사용하여 경부하 여부를 판단하고, 경부하에서 바이어스 전류 Ib2 및 Ib3를 조절함으로써 극점을 이동시키는 방식으로 증폭기(920)의 주파수 응답 특성을 조절할 수 있다. 예시적으로, 경부하 안정화부(922)는 증폭기(920) 내부의 바이어스 전류 드레인(M4, M5)에 연결되어 경부하 상태에서 접지로 흐르는 바이어스 전류(Ib2, Ib3)를 조절하는 방식으로 동작할 수 있다. 예시적으로, 경부하 안정화부(920)는 경부하로 판단되는 경우 접지로 흐르는 바이어스 전류(Ib2, Ib3)를 증가시키고, 경부하가 아닌 것으로 판단되는 경우 접지로 흐르는 바이어스 전류(Ib2, Ib3)를 감소시킬 수 있다.As described above, the light load stabilization unit 920 determines whether light load is performed using the output signal Vgso of the gain stage 921a, and adjusts the bias currents Ib2 and Ib3 at the light load to move the pole 920. The frequency response characteristics of can be adjusted. For example, the light load stabilization unit 922 is connected to the bias current drains M4 and M5 inside the amplifier 920 and operates in a manner of adjusting bias currents Ib2 and Ib3 flowing from the light load state to ground. Can. For example, the light load stabilization unit 920 increases the bias currents Ib2 and Ib3 flowing to the ground when it is determined to be light load, and increases the bias currents Ib2 and Ib3 flowing to the ground when it is determined that the light load is not. Can be reduced.

여기서, 트랜지스터 M11과 M12는 부하상태 감지부(도 9의 922a)로 이해될 수 있고, 트랜지스터 M13 ~ M15는 비교부(도 9의 922b)로 이해될 수 있으며, 트랜지스터 M16 및 M17은 바이어스 조절부(도 9의 922c)로 이해될 수 있다. 다만, 도 10은 증폭기 회로의 구체적 예시일 뿐, 본 발명이 이러한 회로로 한정되는 것은 아니다.Here, the transistors M11 and M12 may be understood as a load state sensing unit (922a in FIG. 9), the transistors M13 to M15 may be understood as a comparison unit (922b in FIG. 9), and the transistors M16 and M17 may be bias adjusting units. It can be understood as (922c in FIG. 9). However, FIG. 10 is only a specific example of the amplifier circuit, and the present invention is not limited to such a circuit.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭기 회로를 예시하는 도면이다. 도 11에는 증폭기의 이득 스테이지(1121a)의 일부가 도시되어 있다. 생략된 나머지 부분은 도 10을 참조하여 이해될 수 있다.11 is a diagram illustrating an amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. 11 shows a portion of the gain stage 1121a of the amplifier. The remaining part omitted may be understood with reference to FIG. 10.

도 11에서는 바이어스 조절부(1122c)가 바이어스 전류 소스로 동작하는 트랜지스터 M1에 병렬로 연결되어 있다는 점에서 도 10의 실시예와 차이가 있다.11 differs from the embodiment of FIG. 10 in that the bias adjusting unit 1122c is connected in parallel to the transistor M1 operating as a bias current source.

바이어스 조절부(1122c)는 전술한 바이어스 제어신호 Vbc에 의해 제어되는 전류원일 수 있다. 즉, 바이어스 조절부(1122c)는 바이어스 제어신호 Vbc에 대응하는 바이어스 전류 Ib5를 공급할 수 있다. 예시적으로, 바이어스 조절부(1122c)는 전압 제어 전류원으로서 공지의 회로를 사용하여 구현될 수 있다.The bias adjusting unit 1122c may be a current source controlled by the bias control signal Vbc described above. That is, the bias adjusting unit 1122c may supply a bias current Ib5 corresponding to the bias control signal Vbc. For example, the bias adjusting unit 1122c may be implemented using a known circuit as a voltage control current source.

트랜지스터 M2와 M3로 공급되는 바이어스 전류 Ib1은 바이어스 전류 소스 M1을 통해 공급되는 전류 Ib4와 바이어스 조절부(1122c)를 통해 공급되는 전류 Ib5의 합이 될 수 있다. 즉, 바이어스 조절부(1122c)는 바이어스 제어신호 Vbc에 대응하여 이득 스테이지(1121a)로 공급되는 바이어스 전류 Ib1을 조절할 수 있다. The bias current Ib1 supplied to the transistors M2 and M3 may be the sum of the current Ib4 supplied through the bias current source M1 and the current Ib5 supplied through the bias adjusting unit 1122c. That is, the bias adjusting unit 1122c may adjust the bias current Ib1 supplied to the gain stage 1121a in response to the bias control signal Vbc.

예시적으로, 바이어스 조절부(1122c)는 경부하가 아닌 것으로 판단되는 경우 바이어스 전류 Ib5가 흐르도록 함으로써 이득 스테이지(1121a)로 공급되는 바이어스 전류 Ib1을 크게 할 수 있다. 이 경우, 이득 스테이지(1121a)의 출력단(도 10의 M6 ~ M9 참조)으로부터 바이어스 전류 드레인(M5, M6)으로 흐르는 전류가 감소하므로 이득 스테이지(1121a)의 출력단 임피던스(도 8의 Rgso)가 상대적으로 커질 수 있다. 경부하로 판단되는 경우, 바이어스 조절부(1122c)는 바이어스 전류 Ib5가 흐르지 않도록 하거나 그 크기를 줄임으로써 이득 스테이지(1121a)로 공급되는 바이어스 전류 Ib1을 작게 할 수 있다. 이경우 이득 스테이지(1121a)의 출력단으로부터 바이어스 전류 드레인(M5, M6)로 흐르는 전류가 증가하므로, 이득 스테이지(1121a)의 출력단 임피던스(도 8의 Rgso)가 상대적으로 작아질 수 있다. 따라서 전술한 바와 같이 경부하에서 제1 극점 주파수(fp1)는 높은 주파수로 이동될 수 있다.For example, the bias adjusting unit 1122c may increase the bias current Ib1 supplied to the gain stage 1121a by allowing the bias current Ib5 to flow when it is determined that it is not a light load. In this case, since the current flowing from the output stage of the gain stage 1121a (see M6 to M9 in FIG. 10) to the bias current drains M5 and M6 decreases, the output stage impedance of the gain stage 1121a (Rgso in FIG. 8) is relatively Can be increased. When judged to be a light load, the bias adjusting unit 1122c may make the bias current Ib1 supplied to the gain stage 1121a small by preventing the bias current Ib5 from flowing or reducing its size. In this case, since the current flowing from the output stage of the gain stage 1121a to the bias current drains M5 and M6 increases, the output stage impedance (Rgso of FIG. 8) of the gain stage 1121a may be relatively small. Therefore, as described above, the first pole frequency fp1 may be moved to a high frequency at light load.

도 11과 같이 바이어스 조절부(1122c)를 바이어스 전류 소스 측에 구비하는 경우, 바이어스 조절부(1122c)가 하나의 블록으로 구성되므로 바이어스 전류의 불균형 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있다. 도 10의 경우 바이어스 조절부가 두 개의 경로(트랜지스터 M16, M17)로 나뉘어 바이어스 전류를 조절하므로 트랜지스터 M16과 M17 사이의 불균형 문제가 발생할 가능성이 있음에 반해, 도 11의 경우 이러한 문제가 발생하지 않을 수 있다. 또한, 도 11의 바이어스 조절부(1122c)에 의하면 경부하가 아닌 경우 바이어스 전류 Ib5를 공급하고 경부하에서 바이어스 전류 Ib5를 공급하지 않거나 줄이는 방식으로 동작하므로 경부하에서의 바이어스 전류를 줄여 소비 전력을 낮추는 장점이 있다. When the bias adjusting unit 1122c is provided at the bias current source side as shown in FIG. 11, the bias adjusting unit 1122c is configured as one block, and thus, there is an advantage that the bias current imbalance problem does not occur. In the case of FIG. 10, since the bias regulator is divided into two paths (transistors M16 and M17) to adjust the bias current, there is a possibility of an imbalance problem between transistors M16 and M17, whereas in FIG. 11, this problem may not occur. have. In addition, according to the bias adjusting unit 1122c of FIG. 11, when the load is not light, the bias current Ib5 is supplied and the bias current Ib5 is not supplied or reduced in the light load, so the bias current at the light load is reduced to reduce power consumption. have.

도 12는 레귤레이터의 루프 이득 및 위상 마진 그래프를 예시하는 도면이다.12 is a diagram illustrating a loop gain and phase margin graph of the regulator.

도 12를 참조하면, 그래프 1211과 1212는 각각 경부하 안정화부를 사용한 경우의 경부하에서의 루프 이득과 위상을 예시하고 있고, 그래프 1221과 1222는 각각 경부하 안정화부를 사용하지 않는 경우의 경부하에서의 루프 이득과 위상을 예시하고 있다. Referring to FIG. 12, graphs 1211 and 1212 respectively illustrate the loop gain and phase at light load when a light load stabilizer is used, and graphs 1221 and 1222 respectively show loop gain at light load when a light load stabilizer is not used. Phase is illustrated.

경부하 안정화부를 사용한 경우(그래프 1211 및 1212 참조), UGF1 이내에는 하나의 극점만이 존재하고, 이에 따라 위상 마진 PM1은 대략 90도 정도로 충분한 위상 마진이 확보됨을 알 수 있다. 반면, 경부하 안정화부를 사용하지 않는 경우(그래프 1221 및 1222 참조), UGF2 이내에는 두 개의 극점이 존재하고, 이에 따라 위상 마진 PM2는 대략 20도 정도로 위상 마진이 충분히 확보되지 않음을 알 수 있다. 이와 같이, 경부하 안정화부를 사용할 경우 경부하에서의 안정성을 높일 수 있는 장점이 있다.In the case of using the light load stabilization unit (see graphs 1211 and 1212), it can be seen that only one pole exists within UGF1, and accordingly, the phase margin PM1 is secured to a sufficient phase margin of approximately 90 degrees. On the other hand, when the light load stabilizer is not used (see graphs 1221 and 1222), it can be seen that there are two poles within the UGF2, and thus the phase margin PM2 is not sufficiently secured to approximately 20 degrees. As described above, when a light load stabilizing part is used, there is an advantage of improving stability at a light load.

도 13은 부하 전류와 출력 전압 파형을 예시하는 도면이다. 앞서 소신호 등가 모델을 사용하여 레귤레이터의 안정성을 분석하였고, 도 13에서는 대신호 관점에서 부하전류의 스텝 변화 시의 출력전압의 응답을 시뮬레이션을 통해 살펴봄으로써 본 실시예에 따른 경부하 안정화부의 효과를 확인할 수 있다. 도 13에서, 그래프 1331은 부하전류(Io)이고, 그래프 1332는 경부하 안정화부를 사용하는 경우의 출력전압(Vo)이며, 그래프 1333은 경부하 안정화부를 사용하지 않는 경우의 출력전압(Vo)을 예시하고 있다.13 is a diagram illustrating load current and output voltage waveforms. The stability of the regulator was previously analyzed using a small-signal equivalent model, and in FIG. 13, the effect of the light load stabilization unit according to the present embodiment is examined by examining the response of the output voltage when the step of the load current is changed through a simulation from a large signal perspective. Can be confirmed. In FIG. 13, graph 1331 is a load current Io, graph 1332 is an output voltage Vo when a light load stabilizer is used, and graph 1333 is an output voltage Vo when a light load stabilizer is not used. For example.

부하전류(Io)는 시각 t1 이전에 경부하(0.1mA)를 유지하다가 시각 t1에서 정격부하(320mA)로 변경되고 시각 t2에서 다시 경부하(0.1mA)로 변경되고 있다. 이 상황에서 경부하 안정화부를 사용하는 경우 출력전압(Vo)은 오실레이션이 없이 안정적으로 유지되지만(그래프 1332 참조), 경부하 안정화부를 사용하지 않는 경우 출력전압(Vo)은 오실레이션을 거치며 정상상태 값을 추종하는데 시간이 오래 걸리는 형태로 동작할 수 있다(그래프 1333 참조). 이와 같이, 경부하 안정화부를 사용하지 않는 경우 위상 마진의 불충분으로 인해 안정성이 낮아질 수 있음에 반해, 동일한 조건에서 경부하 안정화부를 사용할 경우 안정성이 높아질 수 있다.The load current Io maintains the light load (0.1mA) before time t1, and is changed to the rated load (320mA) at time t1 and is again changed to the light load (0.1mA) at time t2. In this situation, when a light load stabilizer is used, the output voltage (Vo) remains stable without oscillation (see graph 1332), but when a light load stabilizer is not used, the output voltage (Vo) undergoes oscillation and is in a steady state. It can operate in a form that takes a long time to follow values (see graph 1333). As described above, when the light load stabilizer is not used, stability may be lowered due to insufficient phase margin, whereas when the light load stabilizer is used under the same conditions, stability may be increased.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.The terms "comprise", "compose" or "have" as described above mean that the component can be inherent, unless otherwise stated, and do not exclude other components. It should be interpreted that it may further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted as being consistent with the meaning in the context of the related art, and are not to be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (20)

기준전압을 생성하여 출력하는 기준전압 생성회로;
출력전압에 대응되는 제1 입력신호와 상기 기준전압에 대응되는 제2 입력신호를 입력받고, 상기 제1 입력신호와 상기 제2 입력신호의 차이를 증폭한 출력신호를 출력하는 증폭기; 및
상기 증폭기 출력신호에 대응하여 상기 출력전압을 조절하는 패스 트랜지스터;를 포함하되,
상기 증폭기는 부하상태를 감지하고 상기 부하상태에 대응하여 상기 증폭기의 주파수 응답 특성을 조절하는 경부하 안정화부를 포함하고,
상기 경부하 안정화부는 상기 증폭기 내부의 바이어스 전류를 조절하는 바이어스 조절부를 포함하며,
상기 바이어스 조절부는, 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이에 대응하는 바이어스 제어신호(Vbc)를 사용하여 상기 증폭기 내부에서 접지로 흐르는 바이어스 전류를 조절하되,
상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 큰 경우 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류에 영향을 주지 않는 값으로 유지되고,
상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 작은 경우, 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이(Ith - Ix)에 대응되는 값을 가지고 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류를 증가시키는, 레귤레이터.
A reference voltage generation circuit that generates and outputs a reference voltage;
An amplifier for receiving a first input signal corresponding to an output voltage and a second input signal corresponding to the reference voltage, and outputting an output signal amplifying the difference between the first input signal and the second input signal; And
Includes; pass transistor for adjusting the output voltage in response to the output signal of the amplifier,
The amplifier includes a light load stabilizer that senses a load condition and adjusts a frequency response characteristic of the amplifier in response to the load condition,
The light load stabilization unit includes a bias adjustment unit for adjusting the bias current inside the amplifier,
The bias adjusting unit uses a bias control signal Vbc corresponding to a difference between a signal Ix corresponding to a load current and a signal Ith corresponding to a threshold value for determining whether or not a light load is applied, to the ground inside the amplifier. Adjust the flowing bias current,
When the signal Ix corresponding to the load current is greater than the signal Ith corresponding to the threshold value for determining whether the light load is applied, the bias control signal Vbc does not affect the bias current flowing to the ground. Being maintained,
When the signal Ix corresponding to the load current is smaller than the signal Ith corresponding to the threshold value for determining whether the light load is applied, the bias control signal Vbc and the signal Ix corresponding to the load current A regulator having a value corresponding to a difference (Ith-Ix) of a signal (Ith) corresponding to a threshold for determining whether the light load is applied, and increasing a bias current flowing to the ground.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류에 대응하여 상기 증폭기의 내부 임피던스를 조절하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
The method according to claim 1,
The light load stabilizer is a regulator, characterized in that for adjusting the internal impedance of the amplifier in response to the load current.
청구항 1에 있어서,
상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류가 상기 임계값 이하일 때 극점을 높은 주파수로 이동시키는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
The method according to claim 1,
The light load stabilizer is a regulator, characterized in that for moving the pole to a high frequency when the load current is below the threshold.
청구항 1에 있어서,
상기 경부하 안정화부는,
상기 부하상태를 감지하는 부하상태 감지부; 및
상기 감지된 부하상태를 상기 임계값과 비교하는 비교부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
The method according to claim 1,
The light load stabilization unit,
A load state detection unit that senses the load state; And
A comparison unit comparing the sensed load state with the threshold value;
Regulator characterized in that it further comprises.
청구항 5에 있어서,
상기 부하상태 감지부는 상기 증폭기 내부의 신호를 이용하여 상기 부하상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
The method according to claim 5,
The load condition detecting unit is a regulator, characterized in that for determining the load condition using the signal inside the amplifier.
청구항 5에 있어서,
상기 증폭기는 상기 임계값을 조절하기 위한 임계값 제어신호를 상기 증폭기 외부로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
The method according to claim 5,
The amplifier is a regulator, characterized in that for receiving the threshold control signal for adjusting the threshold from the outside of the amplifier.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 출력전압에 대응되는 제1 입력신호와 기준전압에 대응되는 제2 입력신호를 입력받고, 상기 제1 입력신호와 상기 제2 입력신호의 차이를 증폭한 출력신호를 출력하는 증폭부; 및
부하상태를 감지하고 상기 부하상태에 대응하여 상기 증폭부의 주파수 응답 특성을 조절하는 경부하 안정화부;를 포함하되,
상기 경부하 안정화부는 상기 증폭부 내부의 바이어스 전류를 조절하는 바이어스 조절부를 포함하고,
상기 바이어스 조절부는, 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이에 대응하는 바이어스 제어신호(Vbc)를 사용하여 상기 증폭부 내부에서 접지로 흐르는 바이어스 전류를 조절하되,
상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 큰 경우 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류에 영향을 주지 않는 값으로 유지되고,
상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)가 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)보다 작은 경우, 상기 바이어스 제어신호(Vbc)는 상기 부하전류에 대응하는 신호(Ix)와 상기 경부하 여부를 판단하는 임계값에 대응하는 신호(Ith)의 차이(Ith - Ix)에 대응되는 값을 가지고 상기 접지로 흐르는 바이어스 전류를 증가시키는, 증폭기.
An amplifier for receiving a first input signal corresponding to an output voltage and a second input signal corresponding to a reference voltage, and outputting an output signal amplifying the difference between the first input signal and the second input signal; And
Includes a; light load stabilization unit for sensing the load condition and adjusting the frequency response characteristics of the amplification unit in response to the load condition;
The light load stabilization unit includes a bias adjustment unit for adjusting the bias current inside the amplification unit,
The bias adjusting unit uses the bias control signal Vbc corresponding to the difference between the signal Ix corresponding to the load current and the signal Ith corresponding to the threshold value for determining whether or not the light load is applied, and grounds inside the amplification unit. Adjust the bias current flowing through,
When the signal Ix corresponding to the load current is greater than the signal Ith corresponding to the threshold value for determining whether the light load is applied, the bias control signal Vbc does not affect the bias current flowing to the ground. Being maintained,
When the signal Ix corresponding to the load current is smaller than the signal Ith corresponding to the threshold value for determining whether the light load is applied, the bias control signal Vbc and the signal Ix corresponding to the load current The amplifier having a value corresponding to a difference (Ith-Ix) of a signal (Ith) corresponding to a threshold value for determining whether the light load is increased.
청구항 12에 있어서,
상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류에 대응하여 상기 증폭부의 내부 임피던스를 조절하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
The method according to claim 12,
The light load stabilization unit, characterized in that for adjusting the internal impedance of the amplification unit in response to the load current.
청구항 13에 있어서,
상기 경부하 안정화부는 상기 부하전류가 상기 임계값 이하일 때 극점을 높은 주파수로 이동시키는 것을 특징으로 하는 증폭기.
The method according to claim 13,
The light load stabilization unit amplifier, characterized in that for moving the pole to a high frequency when the load current is below the threshold.
청구항 13에 있어서,
상기 경부하 안정화부는,
상기 부하상태를 감지하는 부하상태 감지부; 및
상기 감지된 부하상태를 상기 임계값과 비교하는 비교부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
The method according to claim 13,
The light load stabilization unit,
A load state detection unit that senses the load state; And
A comparison unit comparing the sensed load state with the threshold value;
Amplifier further comprising a.
청구항 15에 있어서,
상기 부하상태 감지부는 상기 증폭부 내부의 신호를 이용하여 상기 부하상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
The method according to claim 15,
The load state detection unit amplifier characterized in that it determines the load state by using a signal inside the amplification unit.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180085215A 2018-07-23 2018-07-23 Regulator and amplifier with improved light load stability KR102138768B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180085215A KR102138768B1 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Regulator and amplifier with improved light load stability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180085215A KR102138768B1 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Regulator and amplifier with improved light load stability

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200010753A KR20200010753A (en) 2020-01-31
KR102138768B1 true KR102138768B1 (en) 2020-07-29

Family

ID=69369307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180085215A KR102138768B1 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Regulator and amplifier with improved light load stability

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102138768B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230040792A (en) 2021-09-16 2023-03-23 고려대학교 산학협력단 Capacitor-less low dropout regulator using dual feedback loop structure

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240124686A (en) 2023-02-09 2024-08-19 어보브반도체 주식회사 Low power reference device using switching

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130113447A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-09 Petr Kadanka Low dropout voltage regulator including a bias control circuit

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7843180B1 (en) * 2008-04-11 2010-11-30 Lonestar Inventions, L.P. Multi-stage linear voltage regulator with frequency compensation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130113447A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-09 Petr Kadanka Low dropout voltage regulator including a bias control circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230040792A (en) 2021-09-16 2023-03-23 고려대학교 산학협력단 Capacitor-less low dropout regulator using dual feedback loop structure
US12007801B2 (en) 2021-09-16 2024-06-11 Korea University Research And Business Foundation Capacitor-less low dropout regulator using dual feedback loop structure

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200010753A (en) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115309226B (en) Adaptive gate bias field effect transistor for low dropout regulator
US7166991B2 (en) Adaptive biasing concept for current mode voltage regulators
US6522111B2 (en) Linear voltage regulator using adaptive biasing
US7492137B2 (en) Series regulator and differential amplifier circuit thereof
US8841897B2 (en) Voltage regulator having current and voltage foldback based upon load impedance
US6509722B2 (en) Dynamic input stage biasing for low quiescent current amplifiers
JP5694512B2 (en) On-chip low voltage capacitorless low dropout regulator with adjustable Q factor
US8143868B2 (en) Integrated LDO with variable resistive load
EP1378808A1 (en) LDO regulator with wide output load range and fast internal loop
US8289009B1 (en) Low dropout (LDO) regulator with ultra-low quiescent current
US7091709B2 (en) Constant voltage power supply circuit
CN202995523U (en) Linear dropout regulator (LDO) with ultra-low power consumption and without output filtering capacitor
US7843180B1 (en) Multi-stage linear voltage regulator with frequency compensation
US20130069608A1 (en) Voltage regulator stabilization for operation with a wide range of output capacitances
US20070182399A1 (en) Low drop-out dc voltage regulator
US9887674B2 (en) Multi-stage amplifier with improved operating efficiency
US10067521B2 (en) Low dropout regulator with PMOS power transistor
EP2894537A1 (en) Voltage regulator
EP1947544A1 (en) Voltage regulator and method for voltage regulation
JP2005518010A (en) Low dropout voltage regulator
US7956589B1 (en) Compensation network for error amplifier of a low dropout regulator
US20110156686A1 (en) Ldo regulator with low quiescent current at light load
KR101768064B1 (en) Low drop-out regulator using an adaptively controlled negative capacitance circuit for improved psrr
US9766643B1 (en) Voltage regulator with stability compensation
KR20160022829A (en) Voltage regulator

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant