TWI696910B - 低壓降穩壓電路及其穩壓方法 - Google Patents

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Abstract

本公開提供了LDO穩壓電路和相關方法。電路包括具有 局部共模回授電路的誤差放大器，接收參考電壓、回授電壓和輸入電壓，並產生已放大的誤差電壓；具有功率電晶體的通道元件，接收已放大的誤差電壓，並產生輸出電壓；回授電路接收輸出電壓並包括按比例降低輸出電壓的分壓器；第一補償元件，其具有連接到輸入差動電晶體對之輸出的第一端和接收輸出電壓的第二端；第二補償元件具有接收輸出電壓並連接到第二端的第三端以及連接到局部共模回授電路的第一電晶體對之輸入端的第四端。

Description

低壓降穩壓電路及其穩壓方法
本案是有關於一種結合補償元件的低壓降穩壓電路及其相關方法。
低壓降(low drop-out，LDO)穩壓電路在領域上具有工業上的應用不限於行動裝置，例如像是智慧型手機、筆記型電腦、視頻攝錄像機和其他可依賴電池操作的電子裝置。LDO穩壓器可確保這樣的電子裝置要求的低電壓和低電流以便有效地工作並具有低功率消耗。
LDO穩壓電路通常具有電性耦合到通道元件、回授電路和補償電路的誤差放大器。誤差放大器通常透過輸入端接收被誤差放大器放大成為已放大電壓的輸入電壓。通道元件接收已放大電壓，通道元件可以是但不限於功率電晶體，其產生輸出電壓以驅動外部電路。回授電路接收並接著按比例降低輸出電壓。按比例降低的輸出電壓被送回誤差放大器作為回授電壓。補償電路可以包括一個或多個補償元件以提供控制機制來增強LDO穩壓器的 效能。舉例來說，功率機制可以由米勒補償電路(Miller compensation circuit)實現。
在典型的LDO穩壓電路中，可以使用局部共模回授電路和米勒補償電路來提供回授和電流補償。然而，相對於其他方法，米勒補償電路出現較慢的暫態效能且不穩定的輸出。這樣的輸出性能是不希望發生的，因為過度振盪和慢速暫態效能可能造成負擔而故障。因此，具有更好的輸出暫態效能以及更好的輸出電壓穩定性的LDO穩壓電路是被期待的。
本發明提供一種低壓降穩壓電路及其相關方法。
一方面，本揭露有關於LDO穩壓電路，其包括但不限於：具有局部共模回授電路的誤差放大器，其接收參考電壓、回授電壓和輸入電壓，並產生已放大的誤差電壓；具有功率電晶體的通道元件，其接收已放大的誤差電壓，並產生輸出電壓；回授電路接收輸出電壓並包括按比例降低輸出電壓的分壓器；第一補償元件，其具有連接到輸入差動電晶體對之輸出的第一端和接收輸出電壓的第二端；第二補償元件具有接收輸出電壓並連接到第二端的第三端以及連接到局部共模回授電路的第一差動電晶體對之輸入端的第四端本發明的。
另一方面，本揭露有關於藉由使用具有局部共模回授的LDO穩壓電路穩壓的穩壓方法，並且方法將包括但不限於：藉由 包括局部共模回授電路的誤差放大器接收用於產生已放大的誤差電壓的參考電壓、回授電壓和輸入電壓，其中參考電壓被發送到輸入差動電晶體對的輸入端；藉由包括功率電晶體的通道元件接收用於產生輸出電壓的已放大的誤差電壓；藉由回授電路接收透過分壓器按比例降低的輸出電壓；藉由使用包括連接到輸入差動電晶體對之輸出端的第一端及接收輸出電壓的第二端的第一補償元件來執行第一電流補償；藉由使用包括接收輸出電壓並連接到第二端的第三端和連接到局部共模回授電路中的第一差動電晶體對之輸入端的第四端的第二補償元件執行第二電流補償。
為了使上述特徵和本發明的優點易於理解，下面將詳細描述伴隨圖的示例性實施例。應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性的，並且旨在提供對要求保護的本公開的進一步說明。
然而，應該理解，該概述可以不包含本公開的所有方面和實施例，因此不意味著以任何方式進行限製或限制。而且，本公開將包括對於本領域技術人員顯而易見的改進和修改。
100:LDO穩壓電路
101:第一波德極零圖表
102:第二波德極零圖表
103:第三波德極零圖表
110:誤差放大器
120:局部共模回授電路/LCMF電路
130:通道元件
141:第一補償元件
142:第二補償元件
150:回授電路
301:輸出端、第一節點
302:輸入端、第二節點
CC1:第一電容
CC2:第二電容
CL:負載電容
Ic:電流源
ICC1、ICC2:補償電流
iOUT:電流
N1D、N2D、N1U、N2U、N3、N4、N5、N6:NMOS電晶體
P1、P2、P3、P4:PMOS電晶體
N4:第三NMOS電晶體
N6:第四NMOS電晶體
RCAS:疊接電阻器
Rcmfb:共模回授電阻器
RFB1、RFB2:電阻器
RL:負載電阻
gm1、gm2:有效增益值
S401、S402、S403、S404、S405:步驟
Vfb:回授電壓
VDD:輸入電壓
Vout:輸出電壓
Vss:接地
Vref:參考電壓
包括附圖以提供對本公開的進一步理解，並且附圖包含在該說明書中並構成該說明書的一部分。附圖示出了本公開的實施例，並且與說明書一起用於解釋本公開的原理。
圖1示出了合併分離長度差分輸入對補償電路與疊接電流鏡 補償電路的發明概念。
圖2示出了本公開的示例性實施例之一的具有組合補償元件的LDO穩壓電路。
圖3示出了根據本公開的示例性實施例中圖2的LDO穩壓電路的電路圖。
圖4示出了根據本公開的示例性實施例中藉由使用具有局部共模回授的LDO穩壓電路的穩壓方法的流程圖。
圖5示出了根據本公開的示例性實施例之一的圖2的LDO穩壓電路的操作原理。
圖6示出了圖2和圖3的LDO穩壓電路具有更好的相位邊限和頻率穩定性的曲線圖。
圖7是顯示圖2和圖3的LDO穩壓電路具有更好的暫態響應以載入電流階段的曲線圖。
現在將詳細描述本公開的本發明的示例性實施例，其示例在附圖中示出。只要有可能，在附圖和說明書中使用相同的參考編號來表示相同或相似的部分。
對於在誤差放大器中具有局部共模回授的LDO穩壓器，米勒補償電路可用於增強LDO穩壓器的增值和轉換速率。然而，如前所述，與其他具有AB類(局部共模回授)放大器的電路相比，米勒補償電路在頻率穩定度上可能相對不穩定。與間接補償方法 相比，米勒補償電路可能表現出較慢的暫態效能和過度振盪。
因此，本公開提供了LDO穩壓器，其利用基於疊接電流鏡補償電路和分離長度差分輸入對補償電路的組合的間接補償電路。藉由這樣做可以實現在輸出穩壓上更快的暫態響應和改良的頻率穩定性。
圖1示出了本公開的發明概念。第一波德極零圖表101顯示使用分離長度差分輸入對補償電路的頻率響應。第二波德極零圖表102顯示使用疊接電流鏡補償電路的頻率響應。第三波德極零圖表103示出了將分離長度差分輸入對補償電路與疊接電流鏡補償電路組合的頻率響應。當使用分離長度差分輸入對補償電路時，為了改善因增值平坦化或增值峰化所引起的相位邊限退化，左半平面(left half plane，LHP)零點可用以抵銷非主要極點。為了實現零極點抵銷，疊接電流鏡補償電路可以與分離長度差分輸入對補償電路結合使用。
假設疊接電流鏡補償電路藉由使用第一補償元件來實現，而分離長度差分輸入對補償電路藉由使用第二補償元件來實現，藉由調整第一補償元件電路的電容值CC1和第二補償元件的電容值CC2，也調整分離對節點處的有效增益值gm1以及連接到電容值CC2的共閘極裝置的有效增益值gm2，非主要零極點雙峰可在頻域中非常接近。儘管可能無法實現完美的零極點，但藉由使用這樣的方法可以提高整體穩定性。
對於AB類誤差放大器，分離長度差分輸入對補償可能對 頻率穩定性更有效，但它可能導致增值峰化或平坦化以使相位邊限更差。為了使這種問題減到最小，可以將疊接電流鏡補償與分離長度差分輸入對補償一起使用。藉由使用組合兩個補償電路，可實現更快的暫態響應至負載電流的逐漸增加。
圖2示出了根據本公開的示例性實施例之一的具有組合補償元件的LDO穩壓電路100。LDO穩壓電路100將包括不限於誤差放大器110，其可以包含局部共模回授(localized common-mode feedback，LCMF)電路120、通道元件130、回授電路150、第一補償元件141和第二補償元件142。圖3更詳細地示出了圖2的LDO穩壓電路的電路圖。
誤差放大器110可以藉由使用但不限於一組PMOS電晶體(P1~P4)、一組共模回授電阻器(Rcmfb)、一組NMOS電晶體(N1U、N2U、N1D、N2D)以及連接到接地Vss的電流源Ic來實現。LCMF電路120可以藉由使用但不限於一組NMOS電晶體(N3~N6)和疊接電阻器RCAS來實現。通道元件130將增強誤差放大器110的電壓和/或電流，並且可以藉由使用但不限於功率電晶體(例如功率PMOS電晶體)來實現。回授電路150可以藉由使用但不限於包含電阻器RFB1和電阻器RFB2的分壓器來實現。第一補償元件141可以藉由使用但不限於第一電容CC1來實現，並且第二補償元件142可以藉由使用但不限於第二電容CC2來實現。
包含LCMF電路120的誤差放大器110將接收參考電壓 Vref和輸入電壓VDD，輸入電壓VDD將與參考電壓Vref進行比較以產生已放大的誤差電壓。已放大的誤差電壓將被通道元件130提升以產生輸出電壓Vout。基於按比例降低或電壓劃分的輸出電壓Vout產生回授電壓Vfb，以便回授給誤差放大器110，如此可調節輸入電壓VDD朝向參考電壓Vref。LCMF電路120在誤差放大器110的內部，將增強誤差放大器110的穩定性。參考電壓Vref被發送到輸入差動電晶體對(N1U、N1D)的輸入。
第一補償元件141具有至少一第一端和一第二端，第一端連接到輸入差動電晶體對(N1U、N1D)的輸出，第二端連接到輸出電壓Vout。第二補償元件142具有第三端和第四端，第三端連接到輸出電壓Vout，其也是第二端，第四端連接到局部共模回授電路的第一差動電晶體對(N4、N6)的輸入端。第一補償元件141將包含第一電容CC1，從輸出電壓Vout回授到輸入差動電晶體對(N1U、N1D)的輸出端301(即第一節點)通過第一電容CC1。第二補償元件142將包含第二電容CC2，從輸出電壓Vout回授到第一差動電晶體對(N4、N6)的輸入端302(即第二節點)通過第二電容CC2，第二補償電流ICC2從輸出電壓Vout回授到第一差動電晶體對(N4、N6)的輸入端302(即第二節點)。
當輸出電壓由於外部負載而經歷電壓下降以被連接到LDO穩壓電路100時，第一補償電流ICC1和第二補償電流ICC2將使通道元件130的功率電晶體更快導通。第一補償電流ICC1和第二補償電流ICC2將間接回授到已放大的誤差電壓。
更詳細來說，前述輸入差動電晶體對(N1U、N1D)將具有第一NMOS電晶體N1U和第二NMOS電晶體N1D，第一NMOS電晶體N1U和第二NMOS電晶體N1D的閘極接收參考電壓Vref，並且第一電容CC1的第一端將連接到在第一NMOS電晶體的源極與第二NMOS電晶體的汲極之間的第一節點301。響應於負載電流的逐漸增加，輸出電壓Vout和第一節點301的電壓將第一壓降，其經由第一電容CC1轉換。
還要進一步詳細說明的是，上述局部共模回授電路的第一差動電晶體對(N4、N6)將包括第三NMOS電晶體N4和第四NMOS電晶體N6，第二電容CC2的第二端連接到第三NMOS電晶體N4的源極與第四NMOS電晶體N6的汲極之間的第二節點302。響應於負載電流的逐漸增加，輸出電壓Vout和第二節點302的電壓將經歷第二壓降，其通過第二電容CC2傳輸，而第三NMOS電晶體N4和第四NMOS電晶體N6的閘極經歷電壓增加。
在LDO穩壓電路100中，各種參數值包括第一電容CC1的電容值、第二電容CC2的電容值、輸入差動電晶體對的有效增益值(gm1)，以及局部共模回授電路的第一差動電晶體對的有效增益值(gm2)將進行優化，以使得非主要零極點雙峰在頻域上非常接近。
圖4示出了根據本公開的示例性實施例中藉由使用具有局部共模回授的LDO穩壓電路的穩壓方法的流程圖。在步驟S401中，LDO穩壓器藉由具有局部共模回授電路的誤差放大器接收參 考電壓、回授電壓和輸入電壓，以產生已放大的誤差電壓。參考電壓將被送到輸入差動電晶體對的輸入端。在步驟S402中，LDO穩壓器藉由包括功率電晶體的通道元件接收已放大的誤差電壓以產生輸出電壓。在步驟S403中，LDO穩壓器藉由回授電路接收透過分壓器按比例降低的所述輸出電壓。在步驟S404中，LDO穩壓器將藉由使用包括連接到所述輸入差動電晶體對之輸出端的第一端及接收所述輸出電壓的第二端的第一補償元件來執行第一電流補償。在步驟S405中，LDO穩壓器藉由使用包括接收所述輸出電壓並連接到所述第二端的第三端和連接到所述局部共模回授電路中的第一差動電晶體對之輸入端的第四端的第二補償元件執行第二電流補償。
在其中一個示例性實施例中，執行第一電流補償的步驟包括使用第一電容，從輸出電壓回授至輸入差動電晶體對的輸出端的第一補償電流通過第一電容。此外，執行第二電流補償的步驟將包括使用第二電容，從輸出電壓回授至第一差動電晶體對的輸入端的第二補償電流通過第二電容。當輸出電壓由於外部負載而經歷電壓下降時，第一補償電流和第二補償電流更快地導通通道元件的功率電晶體。第一補償電流和第二補償電流將間接回授到已放大的誤差電壓。
在其中一個示例性實施例中，執行第一電流補償的步驟還包括從第一電容的第一端回授第一補償電流至輸入差動電晶體對之間的第一節點，其中輸入差動電晶體對具有第一NMOS電晶 體和第二NMOS電晶體，並且第一節點形成於第一NMOS電晶體的源極和第二NMOS電晶體的汲極之間。響應於負載電流的逐漸增加，輸出電壓和第一節點的電壓經歷第一壓降，其經由第一電容轉換。
類似地，執行第二電流補償的步驟還包括從第二電容的第二端回授第二補償電流至局部共模回授電路中的輸入差動電晶體對之間的第二節點。局部共模回授電路的輸入差動電晶體包括第三NMOS電晶體與第四NMOS電晶體，並且第二節點形成於第三NMOS電晶體的源極和第四NMOS電晶體的汲極之間。響應於負載電流的逐漸增加，當第三NMOS電晶體和第四NMOS電晶體的閘極經歷電壓增加，輸出電壓和所述第二節點的電壓經歷的第二壓降經由第二電容轉換。
在其中一個示例性實施例中，圖4的穩壓方法可以進一步包括優化第一電容的電容值、第二電容的電容值、輸入差動電晶體對的有效增益值和局部共模回授電路中的第一差動電晶體對的有效增益值，使得非主要極點零雙峰在頻域中非常接近。
圖5示出了根據本公開的示例性實施例之一的圖2的LDO穩壓電路的操作原理。如圖5所示，響應於負載電流的逐漸增加，輸出電壓Vout可能經歷突然下降。就這一點，參考圖5，共模回授電阻器Rcmfb的電壓(2)、輸入差動電晶體對的輸出電壓(1)和已放大的誤差電壓(4)可能經歷突然下降，而第一差動電晶體對的閘極處的電壓(3)可能會突然增加。補償電流ICC1 和ICC2隨後回授自輸出電壓Vout，且補償電流ICC1和ICC2的相位將與輸出電壓Vout的相位相同或非常相似。
舉例來說，如果在LDO穩壓電路100的輸出端的負載電流逐漸增加，則當負載電容(去耦電容器)提供電流iOUT至負載時，輸出電壓Vout可能下降。於輸出電壓Vout的電壓下降是經由負回授迴路中的補償電容(CC1和CC2)轉換。補償電流ICC1和ICC2將幫助通道元件130的PMOS通道電晶體更快啟動。由於補償電容(CC1、CC2)均形成以從LDO穩壓器的輸出電壓Vout間接回授到誤差放大器110的輸出電壓(4)，因此暫態響應將比單一的補償電路快。
LDO穩壓電路100的實驗資料顯示在圖6和圖7中。藉由使用輸入電壓VDD=1.6V、具有40mA負載電流的負載電阻RL=27.5歐姆、負載電容CL=5nf、電容CC1=CC2=9pF的測試參數，電路架構1、電路架構2和電路架構3的迴圈增益和相位示於圖6中。電路架構1僅採用疊接補償電路，電路架構2僅採用分離長度差分對補償電路，而電路架構3採用疊接補償電路和分離長度差分對補償電路的組合。從圖中可以看出，電路架構3有更好的表現，因為它表現出更好的相位邊限和更穩定的頻率響應。
圖7示出了針對輸出電壓Vout處和誤差放大器110的輸出處(或通道元件130的輸入處)的電壓相同的三個電路架構的比較。如圖7所示，在與圖6相同的測試參數下，電路架構3表現得更好，因為它對負載電流的逐漸增加表現出更好的暫態響 應。
鑑於上述描述，本揭露適用於依賴於內部電池的移動電子裝置，並且能夠提供較低功率的調節電壓且表現出快速且穩定的暫態響應。
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:LDO穩壓電路
110:誤差放大器
120:局部共模回授電路/LCMF電路
130:通道元件
141:第一補償元件
142:第二補償元件
150:回授電路
Vfb:回授電壓
VDD:輸入電壓
Vref:參考電壓
Vout:輸出電壓

Claims (20)

  1. 一種低壓降穩壓電路，包括：誤差放大器，包括局部共模回授電路，接收參考電壓、回授電壓和輸入電壓，並產生已放大的誤差電壓，其中所述參考電壓被發送到輸入差動電晶體對的輸入端；通道元件，包括功率電晶體，接收所述已放大的誤差電壓，並產生輸出電壓；回授電路，接收所述輸出電壓並包括按比例降低所述輸出電壓的分壓器；第一補償元件，包括連接到所述輸入差動電晶體對之輸出端的第一端和接收所述輸出電壓的第二端；以及第二補償元件，包括接收所述輸出電壓並連接到所述第二端的第三端和連接到所述局部共模回授電路中的第一差動電晶體對之輸入端的第四端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的低壓降穩壓電路，其中所述第一補償元件包括第一電容，從所述輸出電壓回授至輸入差動電晶體對的輸出端的第一補償電流通過所述第一電容。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的低壓降穩壓電路，其中所述第二補償元件包括第二電容，從所述輸出電壓回授至所述第一差動電晶體對的所述輸入端的第二補償電流通過所述第二電容。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的低壓降穩壓電路，其中當所述輸出電壓由於外部負載而經歷電壓下降時，所述第一補償電 流和所述第二補償電流加速導通所述通道元件的所述功率電晶體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的低壓降穩壓電路，其中所述第一補償電流和所述第二補償電流間接回授至所述已放大的誤差電壓。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的低壓降穩壓電路，其中所述輸入差動電晶體對包括第一NMOS電晶體和第二NMOS電晶體，所述參考電壓由所述第一NMOS電晶體和所述第二NMOS電晶體的閘極接收，且所述第一電容的第一端連接到在所述第一NMOS電晶體的源極與所述第二NMOS電晶體的汲極之間的第一節點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的低壓降穩壓電路，其中響應於負載電流的逐漸增加，所述輸出電壓和所述第一節點電壓經歷的第一壓降經由所述第一電容轉換。
  8. 如申請專利範圍第3項所述的低壓降穩壓電路，其中所述局部共模回授電路中的所述輸入差動電晶體對包括第三NMOS電晶體和第四NMOS電晶體，所述第二電容的第二端連接到在所述第三NMOS電晶體的源極與所述第四NMOS電晶體的汲極之間的第二節點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的低壓降穩壓電路，其中響應於負載電流的逐漸增加，當所述第三NMOS電晶體和所述第四NMOS電晶體的所述閘極經歷電壓增加，所述輸出電壓和所述第二節點的電壓經歷的第二壓降經由所述第二電容轉換。
  10. 如申請專利範圍第5項所述的低壓降穩壓電路，其中所述第一電容的電容值、所述第二電容的電容值、所述輸入差動電晶體對的有效增益值和所述局部共模回授電路中的所述第一差動電晶體對的有效增益值共同具有優化值，使得非主要零極點雙峰在頻域中接近。
  11. 一種藉由使用具有局部共模回授的低壓降穩壓電路穩壓的穩壓方法，包括：藉由包括局部共模回授電路的誤差放大器接收用於產生已放大的誤差電壓的參考電壓、回授電壓和輸入電壓，其中所述參考電壓被發送到輸入差動電晶體對的輸入端；藉由包括功率電晶體的通道元件接收用於產生輸出電壓的所述已放大的誤差電壓；藉由回授電路接收透過分壓器按比例降低的所述輸出電壓；藉由使用第一補償元件來執行第一電流補償，所述第一補償元件包括連接到所述輸入差動電晶體對之輸出端的第一端及接收所述輸出電壓的第二端；以及藉由使用第二補償元件來執行第二電流補償，所述第二補償元件包括接收所述輸出電壓並連接到所述第二端的第三端和連接到所述局部共模回授電路中的第一差動電晶體對之輸入端的第四端。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的穩壓方法，其中執行所述第一電流補償包括： 使用第一電容，從所述輸出電壓回授至輸入差動電晶體對的輸出端的第一補償電流通過所述第一電容。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的穩壓方法，其中執行所述第二電流補償包括：使用第二電容，從所述輸出電壓回授至第一差動電晶體對的輸入端的第二補償電流通過所述第二電容。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的穩壓方法，其中當所述輸出電壓由於外部負載而經歷電壓下降時，所述第一補償電流和所述第二補償電流加速導通所述通道元件的所述功率電晶體。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的穩壓方法，其中所述第一補償電流和所述第二補償電流間接回授至所述已放大的誤差電壓。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的穩壓方法，其中執行所述第一電流補償進一步包括：從所述第一電容的第一端回授所述第一補償電流至所述輸入差動電晶體對之間的第一節點，其中所述輸入差動電晶體對包括第一NMOS電晶體和第二NMOS電晶體，所述第一節點形成於所述第一NMOS電晶體的源極與所述第二NMOS電晶體的汲極之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的穩壓方法，其中響應於負載電流的逐漸增加，所述輸出電壓和所述第一節點電壓經歷的第一壓降經由所述第一電容轉換。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的穩壓方法，其中執行所述第二電流補償進一步包括：從所述第二電容的第二端回授所述第二補償電流至所述局部共模回授電路中的所述輸入差動電晶體對之間的第二節點，其中所述局部共模回授電路中的所述差動輸入電晶體對包括第三NMOS電晶體和第四NMOS電晶體，所述第二節點形成於所述第三NMOS電晶體的源極與所述第四NMOS電晶體的汲極之間。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的穩壓方法，其中響應於負載電流的逐漸增加，當所述第三NMOS電晶體和所述第四NMOS電晶體的所述閘極經歷電壓增加，所述輸出電壓和所述第二節點的電壓經歷的第二壓降經由所述第二電容轉換。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的穩壓方法，進一步包括：優化所述第一電容的電容值、所述第二電容的電容值、所述輸入差動電晶體對的有效增益值和所述局部共模回授電路中的所述第一差動電晶體對的有效增益值的每一個，使得非主要零極點雙峰在頻域中接近。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11588480B2 (en) * 2019-12-11 2023-02-21 Texas Instruments Incorporated Switch mode regulator with slew rate control
JP2022015509A (ja) * 2020-07-09 2022-01-21 ローム株式会社 リニア電源回路
KR20220014217A (ko) * 2020-07-28 2022-02-04 에스케이하이닉스 주식회사 레귤레이터
CN112650353B (zh) * 2020-12-31 2022-06-14 成都芯源系统有限公司 具有稳定性补偿的线性电压调节器
TWI825743B (zh) * 2022-05-25 2023-12-11 瑞昱半導體股份有限公司 低壓降穩壓電路及其控制方法
CN115542997B (zh) * 2022-11-30 2023-04-07 杭州芯耘光电科技有限公司 一种支持双向电流的线性稳压器及控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201217933A (en) * 2010-10-29 2012-05-01 Winbond Electronics Corp Low drop out voltage regulator
TW201245921A (en) * 2011-05-11 2012-11-16 Advanced Analog Technology Inc Low-dropout regulator and pole compensation method for low-dropout regulator
US20140152279A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 Dialog Semiconductor Gmbh Circuit to Control the Effect of Dielectric Absorption in Dynamic Voltage Scaling Low Dropout Regulator
US9235222B2 (en) * 2012-05-17 2016-01-12 Rf Micro Devices, Inc. Hybrid regulator with composite feedback
CN105992981A (zh) * 2014-02-19 2016-10-05 德州仪器公司 低压差电压调节器电路
JP2017041243A (ja) * 2015-08-17 2017-02-23 スカイワークス ソリューションズ, インコーポレイテッドSkyworks Solutions, Inc. プログラマブルな低ドロップアウトレギュレータ、電力増幅器システム、およびプログラマブルな低ドロップアウトレギュレータにおける電圧調整の方法
WO2018013327A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 Qualcomm Incorporated Low-dropout regulator with band-reject power supply rejection ratio for phase locked loop voltage controlled oscillator
CN107741754A (zh) * 2014-01-02 2018-02-27 意法半导体研发(深圳)有限公司 用于内部电源的具有改善的负载瞬态性能的ldo调节器
US20180217623A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-02 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Voltage Regulator with Output Capacitor Measurement

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6518737B1 (en) * 2001-09-28 2003-02-11 Catalyst Semiconductor, Inc. Low dropout voltage regulator with non-miller frequency compensation
US7218083B2 (en) * 2005-02-25 2007-05-15 O2Mincro, Inc. Low drop-out voltage regulator with enhanced frequency compensation
US7323853B2 (en) * 2005-03-01 2008-01-29 02Micro International Ltd. Low drop-out voltage regulator with common-mode feedback
TWI396063B (zh) 2010-07-30 2013-05-11 Univ Nat Sun Yat Sen 無esr電阻補償之低壓降線性穩壓器
CN102437736A (zh) * 2010-09-29 2012-05-02 北京京东方光电科技有限公司 线性电源芯片电压输出调节方法、芯片及系统
US8710811B2 (en) * 2012-01-03 2014-04-29 Nan Ya Technology Corporation Voltage regulator with improved voltage regulator response and reduced voltage drop
FR2988184B1 (fr) 2012-03-15 2014-03-07 St Microelectronics Rousset Regulateur a faible chute de tension a stabilite amelioree.
US8878510B2 (en) * 2012-05-15 2014-11-04 Cadence Ams Design India Private Limited Reducing power consumption in a voltage regulator
CN103713682B (zh) 2014-01-09 2015-08-26 上海华虹宏力半导体制造有限公司 低压差线性稳压器
CN104656733B (zh) * 2015-02-12 2016-04-13 天津大学 自适应输出超低静态电流的低压差线性稳压器
US10534385B2 (en) * 2016-12-19 2020-01-14 Qorvo Us, Inc. Voltage regulator with fast transient response

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201217933A (en) * 2010-10-29 2012-05-01 Winbond Electronics Corp Low drop out voltage regulator
TW201245921A (en) * 2011-05-11 2012-11-16 Advanced Analog Technology Inc Low-dropout regulator and pole compensation method for low-dropout regulator
US9235222B2 (en) * 2012-05-17 2016-01-12 Rf Micro Devices, Inc. Hybrid regulator with composite feedback
US20140152279A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 Dialog Semiconductor Gmbh Circuit to Control the Effect of Dielectric Absorption in Dynamic Voltage Scaling Low Dropout Regulator
CN107741754A (zh) * 2014-01-02 2018-02-27 意法半导体研发(深圳)有限公司 用于内部电源的具有改善的负载瞬态性能的ldo调节器
CN105992981A (zh) * 2014-02-19 2016-10-05 德州仪器公司 低压差电压调节器电路
JP2017041243A (ja) * 2015-08-17 2017-02-23 スカイワークス ソリューションズ, インコーポレイテッドSkyworks Solutions, Inc. プログラマブルな低ドロップアウトレギュレータ、電力増幅器システム、およびプログラマブルな低ドロップアウトレギュレータにおける電圧調整の方法
WO2018013327A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 Qualcomm Incorporated Low-dropout regulator with band-reject power supply rejection ratio for phase locked loop voltage controlled oscillator
US20180217623A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-02 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Voltage Regulator with Output Capacitor Measurement

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