TWI537699B - 低壓差線性穩壓器 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種穩壓器，且特別是有關於一種低壓差線性穩壓器(low-dropout voltage regulator，LDO)。
在現今電子裝置的應用中，特別是對於可攜式電子裝置而言，使用者對於電池使用時間的要求越來越高。若是能讓整個裝置的靜態功率消耗減少，就能夠有效地延長可攜式電子裝置的使用時間。所述靜態功率消耗主要是由可攜式電子裝置內部的低壓差線性穩壓器所造成，但在一般低壓差線性穩壓器中，靜態功率並不會隨著輸出電流的改變而隨之調整。
於此前提下，若考量到要將低壓差線性穩壓器設計在大電流應用下時，則低壓差線性穩壓器的靜態功耗通常在0.5mA~2mA左右，如此並無法滿足可攜式電子裝置待機時間越來越長的需求。另一方面，若是為了要降低靜態功耗(例如降至0.1mA左右)而調整低壓差線性穩壓器的硬體參數，則往往會帶來負載響應特性(load transient response)變差的問題。如此可能會導致系統從待機到工作的轉換過程中當機卡死。
本發明提供一種低壓差線性穩壓器，其可同時具備低靜態功耗與較佳負載暫態響應特性。
本發明的低壓差線性穩壓器包括功率電晶體、驅動級電路、回授電路、偏壓電源以及輔助參考電流產生電路。功率電晶體接受驅動訊號以控制切換，將輸入電壓轉換為輸出電壓並提供給負載。回授電路耦接功率電晶體，根據輸出電壓產生回授電壓。驅動級電路依據回授電壓與參考電壓產生驅動訊號。偏壓電源耦接驅動級電路，用以提供偏壓電流。輔助參考電流產生電路耦接功率電晶體、驅動級電路以及偏壓電源，用以取樣流經功率電晶體的輸出電流，再以映射方式調成調整電流，並將調整電流疊加至偏壓電流上，產生參考電流控制驅動級電路的驅動能力。
基於上述，本發明實施例提出一種低壓差線性穩壓器，其可取樣輸出電流並且藉由電流鏡映射的方式將關聯於輸出電流大小的調整電流疊加至一固定的偏壓電流上，藉以作為控制驅動級電路的驅動能力的參考電流。如此一來，本發明實施例的低壓差線性穩壓器即可動態地根據輸出電流的大小而對應調整驅動級電路的驅動能力，藉以令低壓差線性穩壓器可同時具備低靜態功耗與較佳負載暫態響應特性的優勢。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200、300、400、500、600、700、800、900‧‧‧低壓差線性穩壓器
110、210、310、410、510、610、710、810、910‧‧‧功率電晶體
120、220、320、420、520、620、720、820、920‧‧‧驅動級電路
130、230、330、430、530、630、730、830、930‧‧‧回授電路
140、240、340、440、540、640、740、840、940‧‧‧偏壓電源
150、250、350、450、550、650、750、850、950‧‧‧輔助參考電流產生電路
152、252、352、452、552、652、752、852、952‧‧‧取樣單元
154、254、354、454、554、654、754、854、954‧‧‧電流鏡
222、322、422、522、622、722、822、922‧‧‧誤差放大器
224、324、424、524、624、724、824、924‧‧‧輸出緩衝器
Mp1、Mp2、Mn1、Mn2‧‧‧電晶體
DSIT‧‧‧輸出緩衝器的參考電流流入端
DSOT‧‧‧輸出緩衝器的參考電流流出端
ESIT‧‧‧誤差放大器的參考電流流入端
ESOT‧‧‧誤差放大器的參考電流流出端
GND‧‧‧接地端
NAD‧‧‧節點
IBIT‧‧‧偏壓電流流入端
IBOT‧‧‧偏壓電流流出端
IOUT‧‧‧輸出電流
ISAMP‧‧‧取樣電流
IADJ‧‧‧調整電流
Ibias‧‧‧偏壓電流
IREF‧‧‧參考電流
LD‧‧‧負載
R、R1、R2‧‧‧電阻
S_EA‧‧‧誤差放大訊號
S_D‧‧‧驅動訊號
VFB‧‧‧回授電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VDD‧‧‧正電源電壓
圖1為本發明一實施例的低壓差線性穩壓器的功能方塊示意圖。
圖2為本發明第一實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖3為本發明第二實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖4為本發明第三實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖5為本發明第四實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖6為本發明第五實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖7為本發明第六實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖8為本發明第七實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
圖9為本發明第八實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。
為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1為本發明一實施例的低壓差線性穩壓器的功能方塊示意圖。請參照圖1，在本實施例中，低壓差線性穩壓器100包括功率電晶體110、驅動級電路120、回授電路130、偏壓電源140以及輔助參考電流產生電路150。
功率電晶體110可例如為N型電晶體或P型電晶體，其會從驅動級電路120接收驅動訊號S_D，並且受控於驅動訊號S_D而控制其切換/導通狀態，從而將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT並提供給負載LD使用。
驅動級電路120用以依據關聯於輸出電壓VOUT的回授電壓VFB與參考電壓VREF產生驅動訊號S_D來驅動功率電晶體110。其中，驅動級電路120例如是由多個運算放大器所組成(後續實施例會說明具體電路架構)，而運算放大器的驅動能力基本上係依據工作電源大小而決定。本實施例的驅動級電路120會從外部接收一參考電流IREF，並且依據參考電流IREF的大小產生對應的工作電流來驅動電路運作。換言之，在本實施例中，驅動級電路120的驅動能力/電流輸出能力係依據所接收的參考電流IREF而決定。
回授電路130耦接負載LD、功率電晶體110以及驅動級
電路120。回授電路130可用以對輸出電壓VOUT進行分壓，據以產生回授電壓VFB以提供給驅動級電路120。偏壓電源140耦接驅動級電路120，其可用以提供一固定的偏壓電流Ibias作為提供給驅動級電路120的參考電流IREF的一部分。
輔助參考電流產生電路150耦接功率電晶體110、驅動級
電路120以及偏壓電源140。輔助參考電流產生電路150係用以取樣流經功率電晶體的輸出電流IOUT，再以映射方式將所取樣到的取樣電流ISAMP調成調整電流IADJ。其中，輔助參考電流產生電路150會將所產生的調整電流IADJ疊加至偏壓電流Ibias上，以將疊加後的電流作為參考電流IREF提供給驅動級電路120。
具體而言，所述輔助參考電流產生電路150包括取樣單元152以及電流鏡154。取樣單元152耦接功率電晶體110。取樣單元152會以一第一比例關係取樣輸出電流IOUT，並據以產生取樣電流ISAMP。電流鏡154耦接取樣單元152以將取樣電流ISAMP以一第二比例關係映射成調整電流IADJ，其中電流鏡154將調整電流IADJ疊加至偏壓電源140所提供的偏壓電流Ibias上，藉以作為參考電流IREF提供給驅動級電路120。
換言之，本實施例的取樣電流ISAMP與輸出電流IOUT具有第一比例關係，並且取樣電流ISAMP與調整電流IADJ具有第二比例關係。舉例來說，所述第一比例關係可例如為1：10000(即，取樣電流ISAMP為輸出電流IOUT的1/10000)，而所述第
二比例關係可例如為10：1(即，調整電流IADJ為取樣電流ISAMP的1/10)，但本發明不僅限於此。所述比例關係的選擇可根據電路設計而有所更動，故只要能對輸出電流IOUT進行取樣並且映射疊加成驅動級電路120的參考電流IREF者，其電路設計皆不脫離本發明之範疇。
在本實施例中，當負載LD操作於待載工作狀態時，輔助參考電流產生電路150會基於輸出電流IOUT產生電流大小約為0μA(但不僅限於此)的調整電流IADJ，並且將調整電流IADJ疊加至偏壓電流Ibias(例如為1μA，但不僅限於此)以作為參考電流IREF提供給驅動級電路120，藉以令驅動級電路120依據參考電流IREF產生一對應的驅動電流來驅動電路運作。當負載LD操作於正常工作狀態時，輔助參考電流產生電路150會基於輸出電流IOUT產生電流大小由負載LD輕重所決定的調整電流IADJ(一般大於10μA)，並且將調整電流IADJ疊加至偏壓電流Ibias以作為參考電流IREF提供給驅動級電路120，藉以令驅動級電路120依據參考電流IREF產生另一對應的驅動電流(大於待載工作狀態下的驅動地流)來驅動電路運作。
更具體地說，由於決定驅動級電路120的驅動能力大小的參考電流IREF會動態地根據輸出電流IOUT大小(亦即，負載LD的輕重)而對應的調整，因此本實施例的低壓差線性穩壓器100可以在負載LD操作於待載/輕載的狀態下，令驅動級電路120以較低的驅動能力產生驅動訊號S_D，藉以降低靜態功耗。另一方
面，在負載操作於正常工作的狀態下，驅動級電路120則會基於所接收的參考電流IREF而對應的調升其驅動能力，藉以避免負載暫態響應(load transient response)的特性不佳，進而導致系統從待載狀態轉換至正常工作狀態的轉換過程中當機。
下面以圖2至圖9所繪示之第一至第八實施例來說明本
發明實施例的低壓差線性穩壓器的具體電路架構。其中，圖2至圖5為採用N型電晶體作為功率電晶體的實施範例，而圖6至圖9為採用P型電晶體作為功率電晶體的實施範例。
圖2為本發明第一實施例的低壓差線性穩壓器的電路架
構示意圖。請參照圖2，在本實施例中，低壓差線性穩壓器200包括功率電晶體210、驅動級電路220、回授電路230、偏壓電源240以及輔助參考電流產生電路250。其中，驅動級電路220包括誤差放大器222以及輸出緩衝器224。回授電路230包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路250包括取樣單元252以及電流鏡254。
本實施例的功率電晶體210為N型電晶體。功率電晶體
210的閘極耦接輸出緩衝器224的輸出端。功率電晶體210的汲極接收輸入電壓VIN，並且功率電晶體210的源極耦接負載(未繪示，如LD)以提供輸出電壓VOUT。
在驅動級電路220中，誤差放大器222的正輸入端接收
參考電壓VREF，並且誤差放大器222的負輸入端耦接至回授電路230以接收回授電壓VFB。其中，誤差放大器222會比較參考電
壓VREF與回授電壓VFB，並且根據比較結果產生一誤差放大訊號S_EA。輸出緩衝器224的輸入端耦接誤差放大器222的輸出端。輸出緩衝器224根據誤差放大器222所輸出的誤差放大訊號S_EA而於其輸出端產生驅動訊號S_D提供至功率電晶體210的閘極。
回授電路230可利用相互串接的電阻R1與R2來實現。
電阻串R1的第一端耦接至功率電晶體210的源極，電阻R1的第二端耦接電阻R2的第一端，並且電阻R2的第二端耦接至接地端GND。另外，電阻R1與R2的共節點/分壓點會耦接至誤差放大器222的負輸入端以提供回授電壓VFB。
在輔助參考電流產生電路250中，取樣單元252可例如
以N型電晶體Mn1來實現，而電流鏡254可例如以P型電晶體Mp1與Mp2來實現，但本發明不僅限於此。N型電晶體Mn1的閘極耦接功率電晶體210的閘極，並且N型電晶體Mn1的源極耦接功率電晶體210的源極。P型電晶體Mp1的閘極與汲極共同耦接N型電晶體Mn1的汲極，並且P型電晶體Mp1的源極接收正電源電壓VDD(於此所述之政電源電壓VDD可為輸入電壓VIN，或者獨立的電壓，本發明不以此為限)。P型電晶體Mp2的閘極耦接P型電晶體Mp1的閘極。P型電晶體Mp2的汲極耦接偏壓電源240的偏壓電流流出端IBOT與誤差放大器222的參考電流流入端ESIT，且P型電晶體Mp2的源極接收正電源電壓VDD。
詳細而言，在上述N型電晶體Mn1的配置中，由於N型
電晶體Mn1具有與功率電晶體210相同的閘源極跨壓(Vgs)，因此兩者間所建立的汲源極電流(Ids)會與電晶體的尺寸(W/L)成正比關係。換言之，只要適當地選擇N型電晶體Mn1的尺寸，即可以一關聯於電晶體尺寸的比例關係對輸出電流IOUT取樣，進而產生取樣電流ISAMP。
另一方面，在電流鏡254中，流經P型電晶體Mp1的取
樣電流ISAMP會根據一固定的比例關係(根據P型電晶體Mp1與Mp2的尺寸決定)被映射至P型電晶體Mp2的電流路徑上以作為調整電流IADJ。其中，偏壓電流Ibias與調整電流IADJ會在節點NAD上疊加在一起以作為參考電流IREF。參考電流IREF會作為誤差放大器222的汲取電流(sink current)，而從誤差放大器222的參考電流流入端ESIT提供給誤差放大器222。
因此，在本實施例中，誤差放大器222的驅動能力會隨著參考電流IREF的大小而調整，而輸出緩衝器224的驅動能力則是維持固定。
圖3為本發明第二實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。請參照圖3，在本實施例中，低壓差線性穩壓器300包括功率電晶體310、驅動級電路320、回授電路330、偏壓電源340以及輔助參考電流產生電路350。其中，驅動級電路320包括誤差放大器322以及輸出緩衝器324。回授電路330包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路350包括取樣單元352、電流鏡354以及電阻R。
第二實施例的低壓差線性穩壓器300的電路架構與運作大致上與前述第一實施例之低壓差線性穩壓器200相同。兩者間的主要差異在於本實施例的輔助參考電流產生電路350更包括電阻R。詳細而言，電阻R係串接於N型電晶體Mn1與P型電晶體Mp1之間，其係用以衰減/限制取樣電流ISAMP的大小，藉以避免在輸出電流IOUT過大時，造成疊加至偏壓電流Ibias上的調整電流IADJ過大，進而造成無謂的功率浪費。
圖4為本發明第三實施例的低壓差線性穩壓器的電路架
構示意圖。請參照圖4，在本實施例中，低壓差線性穩壓器400包括功率電晶體410、驅動級電路420、回授電路430、偏壓電源440以及輔助參考電流產生電路450。其中，驅動級電路420包括誤差放大器422以及輸出緩衝器424。回授電路430包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路450包括取樣單元452以及電流鏡454。第三實施例的低壓差線性穩壓器400的架構與前述第一實施例的低壓差線性穩壓器200的架構大致上相同。兩者間的主要差異在於本實施例的輔助參考電流產生電路450是將參考電流IREF提供給輸出緩衝器424，藉以調整輸出緩衝器424的驅動能力。
詳細而言，N型電晶體Mn1的閘極耦接功率電晶體410的閘極，並且N型電晶體Mn1的源極耦接功率電晶體410的源極。P型電晶體Mp1的閘極與汲極共同耦接N型電晶體Mn1的汲極，並且P型電晶體Mp1的源極接收正電源電壓VDD。P型電晶體Mp2的閘極耦接P型電晶體Mp1的閘極。P型電晶體Mp2的汲極
耦接偏壓電源440的偏壓電流流出端IBOT與輸出緩衝器424的參考電流流入端DSIT，且P型電晶體Mp2的源極接收正電源電壓VDD。
在電流鏡454中，流經P型電晶體Mp1的取樣電流ISAMP
會根據一固定的比例關係被映射至P型電晶體Mp2的電流路徑上以作為調整電流IADJ。其中，偏壓電流Ibias與調整電流IADJ會在節點NAD上疊加在一起以作為參考電流IREF。參考電流IREF會作為輸出緩衝器424的汲取電流，而從輸出緩衝器424的參考電流流入端DSIT提供給輸出緩衝器424。
因此，在本實施例中，輸出緩衝器424的驅動能力會隨
著參考電流IREF的大小而調整，而誤差放大器422的驅動能力則是維持固定。
圖5為本發明第四實施例的低壓差線性穩壓器的電路架
構示意圖。請參照圖5，在本實施例中，低壓差線性穩壓器500包括功率電晶體510、驅動級電路520、回授電路530、偏壓電源540以及輔助參考電流產生電路550。其中，驅動級電路520包括誤差放大器522以及輸出緩衝器524。回授電路530包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路550包括取樣單元552、電流鏡554以及電阻R。
第四實施例的低壓差線性穩壓器500的電路架構與運作
大致上與前述第三實施例之低壓差線性穩壓器400相同。兩者間的主要差異在於本實施例的輔助參考電流產生電路550更包括電
阻R。詳細而言，電阻R係串接於N型電晶體Mn1與P型電晶體Mp1之間，其係用以衰減/限制取樣電流ISAMP的大小，藉以避免在輸出電流IOUT過大時，造成疊加至偏壓電流Ibias上的調整電流IADJ過大，進而造成無謂的功率浪費。
接著下面圖6至圖9所繪示之第五至第八實施例係採用P型電晶體作為功率電晶體的實施範例。
圖6為本發明第五實施例的低壓差線性穩壓器的電路架構示意圖。請參照圖6，在本實施例中，低壓差線性穩壓器600包括功率電晶體610、驅動級電路620、回授電路630、偏壓電源640以及輔助參考電流產生電路650。其中，驅動級電路620包括誤差放大器622以及輸出緩衝器624。回授電路630包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路650包括取樣單元652以及電流鏡654。
本實施例的功率電晶體610為P型電晶體。功率電晶體610的閘極耦接輸出緩衝器624的輸出端。功率電晶體610的源極接收輸入電壓VIN，並且功率電晶體610的汲極耦接負載(未繪示，如LD)以提供輸出電壓VOUT。
在驅動級電路620中，誤差放大器622的正輸入端接收參考電壓VREF，並且誤差放大器622的負輸入端耦接至回授電路630以接收回授電壓VFB。其中，誤差放大器622會比較參考電壓VREF與回授電壓VFB，並且根據比較結果產生一誤差放大訊號S_EA。輸出緩衝器624的輸入端耦接誤差放大器622的輸出
端。輸出緩衝器624根據誤差放大器622所輸出的誤差放大訊號S_EA而於其輸出端產生驅動訊號S_D提供至功率電晶體610的閘極。
回授電路630可利用相互串接的電阻R1與R2來實現。
電阻串R1的第一端耦接至功率電晶體610的汲極，電阻R1的第二端耦接電阻R2的第一端，並且電阻R2的第二端耦接至負電源電壓(在此以接地端GND代表)。另外，電阻R1與R2的共節點/分壓點會耦接至誤差放大器622的負輸入端以提供回授電壓VFB。
在輔助參考電流產生電路650中，取樣單元652可例如
以P型電晶體Mp1來實現，而電流鏡654可例如以N型電晶體Mn1與Mn2來實現，但本發明不僅限於此。P型電晶體Mp1的閘極耦接功率電晶體610的閘極，並且P型電晶體Mp1的源極接收輸入電壓VIN。N型電晶體Mn1的閘極與汲極共同耦接P型電晶體Mp1的汲極，並且N型電晶體Mn1的源極耦接負電源電壓(在此以接地端GND代表)。N型電晶體Mn2的閘極耦接N型電晶體Mn1的閘極。N型電晶體Mn2的汲極耦接偏壓電源640的偏壓電流流入端IBIT與誤差放大器622的參考電流流出端ESOT，且N型電晶體Mn2的源極耦接負電源電壓(在此以GND代表)。
詳細而言，在上述P型電晶體Mp1的配置中，由於P型
電晶體Mp1具有與功率電晶體610相同的源閘極跨壓(Vsg)，因此兩者間所建立的源汲極電流(Ids)會與電晶體的尺寸(W/L)成正比關係。換言之，只要適當地選擇P型電晶體Mp1的尺寸，
即可以一關聯於電晶體尺寸的比例關係對輸出電流IOUT取樣，進而產生取樣電流ISAMP。
另一方面，在電流鏡654中，流經N型電晶體Mn1的取樣電流ISAMP會根據一固定的比例關係(根據N型電晶體Mn1與Mn2的尺寸決定)被映射至N型電晶體Mn2的電流路徑上以作為調整電流IADJ。其中，參考電流IREF會在節點NAD分流成偏壓電流Ibias與調整電流IADJ，故參考電流IREF會等同於偏壓電流Ibias與調整電流IADJ的總和，並且會作為誤差放大器622的源電流(source current)，而從誤差放大器622的參考電流流出端ESOT流出。
因此，在本實施例中，誤差放大器622的驅動能力會隨
著參考電流IREF的大小而調整，而輸出緩衝器624的驅動能力則是維持固定。
圖7為本發明第六實施例的低壓差線性穩壓器的電路架
構示意圖。請參照圖7，在本實施例中，低壓差線性穩壓器700包括功率電晶體710、驅動級電路720、回授電路730、偏壓電源740以及輔助參考電流產生電路750。其中，驅動級電路720包括誤差放大器722以及輸出緩衝器724。回授電路730包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路750包括取樣單元752、電流鏡754以及電阻R。
第六實施例的低壓差線性穩壓器700的電路架構與運作
大致上與前述第五實施例之低壓差線性穩壓器600相同。兩者間
的主要差異在於本實施例的輔助參考電流產生電路750更包括電阻R。詳細而言，電阻R係串接於構成取樣單元752的P型電晶體Mp1與構成電流鏡754的N型電晶體Mn1之間，其係用以衰減/限制取樣電流ISAMP的大小，藉以避免在輸出電流IOUT過大時，造成疊加至偏壓電流Ibias上的調整電流IADJ過大，進而造成無謂的功率浪費。
圖8為本發明第七實施例的低壓差線性穩壓器的電路架
構示意圖。請參照圖8，在本實施例中，低壓差線性穩壓器800包括功率電晶體810、驅動級電路820、回授電路830、偏壓電源840以及輔助參考電流產生電路850。其中，驅動級電路820包括誤差放大器822以及輸出緩衝器824。回授電路830包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路850包括取樣單元852以及電流鏡854。第七實施例的低壓差線性穩壓器800的架構與前述第五實施例的低壓差線性穩壓器600的架構大致上相同。兩者間的主要差異在於本實施例的輔助參考電流產生電路850是將參考電流IREF提供給輸出緩衝器824，藉以調整輸出緩衝器824的驅動能力。
詳細而言，P型電晶體Mp1的閘極耦接功率電晶體810
的閘極，並且P型電晶體Mp1的源極接收輸入電壓VIN。N型電晶體Mn1的閘極與汲極共同耦接P型電晶體Mp1的汲極，並且N型電晶體Mn1的源極耦接接地端GND。N型電晶體Mn2的閘極耦接N型電晶體Mn1的閘極。N型電晶體Mn2的汲極耦接偏壓電源840的偏壓電流流入端IBIT與輸出緩衝器824的參考電流流出
端DSOT，且N型電晶體Mn2的源極耦接接地端GND。
在電流鏡854中，流經N型電晶體Mn1的取樣電流ISAMP會根據一固定的比例關係被映射至N型電晶體Mn2的電流路徑上以作為調整電流IADJ。其中，參考電流IREF會在節點NAD分流成偏壓電流Ibias與調整電流IADJ，故參考電流IREF會等同於偏壓電流Ibias與調整電流IADJ的總和，並且會作為輸出緩衝器824的源電流(source current)，而從輸出緩衝器824的參考電流流出端DSOT流出。
因此，在本實施例中，輸出緩衝器824的驅動能力會隨著參考電流IREF的大小而調整，而誤差放大器822的驅動能力則是維持固定。
圖9為本發明第八實施例的低壓差線性穩壓器的電路架
構示意圖。請參照圖9，在本實施例中，低壓差線性穩壓器900包括功率電晶體910、驅動級電路920、回授電路930、偏壓電源940以及輔助參考電流產生電路950。其中，驅動級電路920包括誤差放大器922以及輸出緩衝器924。回授電路930包括電阻R1與R2。輔助參考電流產生電路950包括取樣單元952、電流鏡954以及電阻R。
第八實施例的低壓差線性穩壓器900的電路架構與運作大致上與前述第七實施例之低壓差線性穩壓器800相同。兩者間的主要差異在於本實施例的輔助參考電流產生電路950更包括電阻R。詳細而言，電阻R係串接於構成取樣單元952的P型電晶
體Mp1與構成電流鏡954的N型電晶體Mn1之間，其係用以衰減/限制取樣電流ISAMP的大小，藉以避免在輸出電流IOUT過大時，造成疊加至偏壓電流Ibias上的調整電流IADJ過大，進而造成無謂的功率浪費。
綜上所述，本發明實施例提出一種低壓差線性穩壓器，其可取樣輸出電流並且藉由電流鏡映射的方式將關聯於輸出電流大小的調整電流疊加至一固定的偏壓電流上，藉以作為控制驅動級電路的驅動能力的參考電流。如此一來，本發明實施例的低壓差線性穩壓器即可動態地根據輸出電流的大小而對應調整驅動級電路的驅動能力，藉以令低壓差線性穩壓器可同時具備低靜態功耗與較佳負載暫態響應特性的優勢。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧低壓差線性穩壓器
110‧‧‧功率電晶體
120‧‧‧驅動級電路
130‧‧‧回授電路
140‧‧‧偏壓電源
150‧‧‧輔助參考電流產生電路
152‧‧‧取樣單元
154‧‧‧電流鏡
GND‧‧‧接地端
IOUT‧‧‧輸出電流
ISAMP‧‧‧取樣電流
IADJ‧‧‧調整電流
Ibias‧‧‧偏壓電流
IREF‧‧‧參考電流
LD‧‧‧負載
S_D‧‧‧驅動訊號
VFB‧‧‧回授電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
Claims (13)
- 一種低壓差線性穩壓器，包括：一功率電晶體，接受一驅動訊號以控制其切換，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓並提供給一負載；一回授電路，耦接該功率電晶體，根據該輸出電壓，產生一回授電壓；一驅動級電路，依據該回授電壓與一參考電壓，產生該驅動訊號；一偏壓電源，耦接該驅動級電路，用以提供一偏壓電流；以及一輔助參考電流產生電路，耦接該功率電晶體、該驅動級電路以及該偏壓電源，用以取樣流經該功率電晶體的一輸出電流，再以映射方式調成一調整電流，並將該調整電流疊加至該偏壓電流上，產生一參考電流控制該驅動級電路的一驅動能力。
- 如申請專利範圍第1項所述的低壓差線性穩壓器，其中該驅動級電路包括：一誤差放大器，其第一輸入端接收該參考電壓，且其第二輸入端接收該回授電壓；以及一輸出緩衝器，其輸入端耦接該誤差放大器的輸出端，且其輸出端耦接該功率電晶體以提供該驅動訊號。
- 如申請專利範圍第2項所述的低壓差線性穩壓器，其中該輔助參考電流產生電路包括： 一取樣單元，耦接該功率電晶體，用以取樣該輸出電流，並據以產生一取樣電流；以及一電流鏡，耦接該取樣單元，將該取樣電流以映射方式調成該調整電流，該電流鏡將該調整電流疊加至該偏壓電源所提供的偏壓電流上，產生該參考電流提供給該誤差放大器與該輸出緩衝器其中之一。
- 如申請專利範圍第3項所述的低壓差線性穩壓器，其中該功率電晶體為N型電晶體，其閘極耦接該輸出緩衝器的輸出端，其汲極接收該輸入電壓，且其源極耦接該負載，且該取樣單元為一第一N型電晶體，其閘極耦接該功率電晶體的閘極，且其源極耦接該功率電晶體的源極。
- 如申請專利範圍第4項所述的低壓差線性穩壓器，其中該電流鏡包括：一第一P型電晶體，其閘極與其汲極共同耦接該第一N型電晶體的汲極，且其源極接收一正電源電壓；以及一第二P型電晶體，其閘極耦接該第一P型電晶體的閘極，其汲極耦接該偏壓電源的一偏壓電流流出端與該誤差放大器的一參考電流流入端，且其源極接收該正電源電壓。
- 如申請專利範圍第5項所述的低壓差線性穩壓器，其中該輔助參考電流產生電路更包括：一電阻，串接於該第一N型電晶體的汲極與該第一P型電晶體的汲極之間。
- 如申請專利範圍第4項所述的低壓差線性穩壓器，其中該電流鏡包括：一第一P型電晶體，其閘極與其汲極共同耦接該第一N型電晶體的汲極，且其源極接收一正電源電壓；以及一第二P型電晶體，其閘極耦接該第一P型電晶體的閘極，其汲極耦接該偏壓電源的一偏壓電流流出端與該輸出緩衝器的一參考電流流入端，且其源極接收該正電源電壓。
- 如申請專利範圍第7項所述的低壓差線性穩壓器，其中該輔助參考電流產生電路更包括：一電阻，串接於該第一N型電晶體的汲極與該第一P型電晶體的汲極之間。
- 如申請專利範圍第3項所述的低壓差線性穩壓器，其中該功率電晶體為P型電晶體，其閘極耦接該輸出緩衝器的輸出端，其源極接收該輸入電壓，且其汲極耦接該負載，且該取樣單元為一第一P型電晶體，其閘極耦接該功率電晶體的閘極，且其源極接收該輸入電壓。
- 如申請專利範圍第9項所述的低壓差線性穩壓器，其中該電流鏡包括：一第一N型電晶體，其閘極與其汲極共同耦接該第一P型電晶體的汲極，且其源極耦接一負電源電壓；以及一第二N型電晶體，其閘極耦接該第一N型電晶體的閘極，其汲極耦接該偏壓電源的一偏壓電流流入端與該誤差放大器的一 參考電流流出端，且其源極耦接該負電源電壓。
- 如申請專利範圍第10項所述的低壓差線性穩壓器，其中該輔助參考電流產生電路更包括：一電阻，串接於該第一P型電晶體的汲極與該第一N型電晶體的汲極之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的低壓差線性穩壓器，其中該電流鏡包括：一第一N型電晶體，其閘極與其汲極共同耦接該第一P型電晶體的汲極，且其源極耦接一負電源電壓；以及一第二N型電晶體，其閘極耦接該第一N型電晶體的閘極，其汲極耦接該偏壓電源的一偏壓電流流入端與該輸出緩衝器的一參考電流流出端，且其源極耦接該負電源電壓。
- 如申請專利範圍第12項所述的低壓差線性穩壓器，其中該輔助參考電流產生電路更包括：一電阻，串接於該第一P型電晶體的汲極與該第一N型電晶體的汲極之間。
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