TWI844603B - 用於控制低壓降調節器之系統及方法 - Google Patents
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Abstract
揭示一種用於控制一低壓降調節器(LDO)的系統及方法。該系統及方法包括一電荷泵，其經控制以提供一電荷泵電壓以供電給該LDO。該電荷泵電壓可相對於該LDO的輸入電壓來調整，以確保針對一範圍內的輸入電壓之該LDO的有效率操作。亦控制該電荷泵以限制所提供之最大電荷泵電壓，以確保該LDO之安全操作。該系統及方法亦包括一欠電壓鎖定電路，其在判定該電荷泵電壓足以滿足多個標準啟用時啟用該LDO例如，可分析該電荷泵電壓以判定其是否高於一最小電壓且亦足夠地高於該LDO之輸出電壓。
Description
本揭露係關於一種低壓降電壓調節器（亦即，LDO），且更具體而言，係關於用於產生電壓以供電給該LDO並用於啟用/停用該LDO以確保安全及有效率的操作之一種系統、電路、及方法。
低壓降調節器（亦即，LDO）係電壓調節器，其接收未經調節輸入電壓（亦即，VIN
）並提供具有低壓降（例如，VIN
-VOUT
~ 100毫伏特(millivolts)）之經調節輸出電壓（亦即，VOUT
）。一般而言，LDO包括電晶體裝置（例如，N型電晶體），其係串聯連接於LDO的輸入與輸出之間。該LDO亦包括一驅動器（亦即，誤差放大器、閘極驅動器等），其係操作在該LDO的輸出與該電晶體裝置的一控制端子（例如，閘極）之間的回授迴路中。驅動器之輸出耦接至控制端子以調整電晶體裝置之操作點以用於調節。電晶體裝置之其他兩個端子（例如，汲極、源極）分別連接至LDO之輸入及輸出。驅動器係基於回授以控制跨電晶體裝置之電壓降來調節LDO之輸出電壓。
在一個通常態樣中，本揭露描述一種電壓調節器系統。該電壓調節器系統包括一LDO，其經組態以接收一輸入電壓並提供一經調節輸出電壓。該系統進一步包括一電荷泵，其經組態以供電給該LDO；及一電荷泵控制電路，其經組態以控制該電荷泵。具體地，該電荷泵經控制以輸出一電荷泵電壓，該電荷泵電壓(i)高於該輸入電壓且(ii)不超過一最大電壓。該系統進一步包括一欠電壓鎖定(under voltage lockout, UVLO)電路，其經組態以在該電荷泵電壓(i)高於該LDO之操作的一最小電壓（亦即，在該輸入處所預期的最小電壓加上用以確保該LDO中之一電晶體裝置的操作之一電壓）且(ii)足夠地高於該LDO之該經調節輸出以確保該電晶體裝置之操作（亦即，高於該輸出電壓一特定電壓）時啟用該LDO。
在另一通常態樣中，本揭露描述一種用於一LDO之控制的電路。該電路包括一電荷泵控制電路，其經組態以接收來自該LDO之一輸入端子的一輸入電壓且亦接收來自一電荷泵（亦即，來自該電荷泵之一輸出端子）之一電荷泵電壓。該電荷泵控制電路係基於該輸入電壓及該電荷泵電壓來控制該電荷泵。該電荷泵電壓提供電力至該LDO。該電路進一步包括一UVLO電路，其經組態以接收該電荷泵電壓並在該電荷泵電壓滿足複數個條件（亦即，標準）時啟用該LDO。
在另一個通常態樣中，本揭露描述一種用於控制一LDO之方法。該方法包括接收來自該LDO之一輸入的一輸入電壓，以及接收來自該電荷泵之一輸出的一電荷泵電壓。該電荷泵電壓係基於所接收的該輸入電壓及所接收的該電荷泵電壓來調整（例如，改變）。接著將該經調整電荷泵電壓提供至該LDO以用於供電（亦即，作為由該LDO所用於操作之一電壓軌的一電壓）。此外，該方法包括判定該經調整電荷泵電壓滿足（亦即，符合）複數個（亦即，多個）條件。基於該判定，啟用該LDO以供操作。
在下文詳細敘述及其附隨圖示中進一步解釋前述說明性的發明內容，以及本揭露其他的例示性目的及/或優點，以及實現其等的方式。
[
相關申請案之交互參照
]
本申請案主張2019年7月17日申請的美國專利申請案第16/513,978號之優先權，其繼而主張2019年3月7日申請的美國臨時專利申請案第62/815,114號之優先權，這些申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
圖1示意地繪示根據本揭露之實施方案的方塊圖電壓調節器系統100。系統100可經組態以在各別輸入端子處接收一輸入電壓(VIN
)及一接地電壓(GND)。系統100可經組態以在一輸出端子處傳輸（亦即，輸出）一輸出電壓(VOUT
)。輸出電壓經調節以使得輸入電壓中的變化（例如，漣波）不會反映在輸出電壓中。輸出電壓係低於（亦即，小於）輸入電壓達一壓降電壓（亦即，VDO
= VIN
-VOUT
）。
系統100包括低壓降調節器（亦即，LDO）110，其經組態以調節輸出電壓(VOUT
)低於輸入電壓(VIN
)達一小壓降電壓（例如，VDO
≤ 100豪伏特(mV)）。LDO 110在調節期間會消耗電力。所消耗的電力係與壓降電壓(VDO
)成比例。因此，減少VDO
可減少調節損失並減少散熱需求。
圖2顯示可能的LDO 110之方塊圖。LDO 110包括電晶體裝置111。電晶體裝置111可使用各種電晶體類型（例如，BJT、MOSFET、JFET等）來實施。例如，電晶體裝置111可係N通道或P通道MOSFET。實際上，N通道MSOFET LDO可提供超越其他類型的電晶體裝置之優點。例如，N通道MOFET LDO可提供比P通道MOSFET LDO更低的壓降（亦即，VDO
）。因此，雖然本揭露之電晶體裝置111不限於任何特定電晶體類型或技術，但是將描述N通道增強模式MOSFET為電晶體裝置111。
調節可藉由控制跨電晶體裝置111之電壓降來達成。例如，N通道MOSFET的汲極端子(D) 112與源極端子(S) 113之間的電壓降可藉由施加至N通道MOFFET之閘極端子(G) 114的電壓來控制。
LDO 110包括一驅動器電路（亦即，驅動器）115以提供在電晶體裝置111之閘極端子114處的電壓。驅動器115可經組態以經由形成在驅動器115與電晶體裝置111之間的回授迴路116來接收輸出電壓(VOUT
)。驅動器115亦可經組態以接收一參考電壓(VREF
)。當啟用時，該驅動器可作用為具有輸出電壓(VG
)之差動放大器，該輸出電壓係基於（亦即，對應於）參考電壓與輸出電壓之間的差（亦即，VREF
-VOUT
）。驅動器之輸出電壓VG
可施加至電晶體裝置111的閘極114以控制電晶體的操作點（亦即，其傳導、其電壓降(VDO
)等)。
驅動器115係由上電壓(VCHP
)（亦即，上軌）及下電壓(GND)（亦即，下軌）供電以供操作。用於驅動器之下電壓(GND)亦可係VIN
之參考電壓。換言之，LDO與輸入電壓共用相同電壓域。為了提供電晶體裝置111之適當控制，VCHP
可高於輸入電壓VIN
。例如，若輸入電壓VIN
係1伏特(V)（亦即，在汲極端子112處）且壓降電壓係0.1 V（亦即，VIN
= 1 V, VDO
= 0.1 V），則在電晶體裝置之輸出處（亦即，在源極端子113處）的電壓可係0.9 V（亦即，VOUT
= 0.9 V）。為了使電晶體裝置111導通（亦即，在ON狀態下操作），在驅動器115之輸出處的電壓可係至少0.9 V加上電晶體裝置111之臨限電壓(VT
)。對於0.7 V的臨界電壓（亦即，VT
= 0.7）），驅動器輸出至少1.6 V的電壓（亦即，
VG
≥ 1.6 V）。因此，驅動器可由一上電壓供電，該上電壓可使該驅動器能夠輸出至少1.6 V。因此，在LDO 110之一實施方案中，供應驅動器115的上電壓經組態以高於輸入電壓（亦即，VCHP
＞ VIN
）。經組態為高於所有預期輸入電壓(VIN
)之單一值的上電壓(VCHP
)可係無效率的（例如，當VIN
為低時）且可導致增加的成本及/或大小。本揭露之電路及方法有利地提供基於輸入電壓(VIN
)的上值(VCHP
)以提供有效率的操作。
驅動器115可由啟用信號EN所啟用以供操作。啟用信號EN可係一數位信號，針對該數位信號一低電壓（亦即，邏輯零）停用驅動器115的操作，且針對該數位信號一高電壓（亦即，邏輯壹）啟用驅動器115的操作（或反之亦然）。該啟用信號可用以在電壓降至低於一所欲（例如，目標、臨限）值的情況下斷開LDO 110。此控制可用於保護（例如，耦接至系統100的裝置）。本揭露之電路及方法有利地利用多個標準來判定啟用信號EN的狀態。
回到圖1，系統100進一步包括一電荷泵130及一電荷泵控制電路140（用以產生上電壓VCHP
）及一欠電壓鎖定電路120（用以產生啟用信號EN）。
電荷泵電路之一實例顯示於圖3中。所示之實例電荷泵係提供以幫助理解且非為本揭露的限制實例。所揭示的系統、電路、及方法可搭配其他電荷泵類型及架構來使用。例如，適於搭配系統100使用之電荷泵的一個可能實施方案係揭示於美國專利申請案16/183,844中，其全部內容以引用方式併入本文中。在本揭露中，描述類似於圖3所示的一電荷泵電路。然而，該電荷泵電路包括輸入開關及輸出開關，其係個別地由不同時脈信號所控制以交替地將能量儲存電容器耦接至輸入及耦接至輸出。個別化的切換控制允許使用不具重疊轉變的時脈信號來增進轉換效率。此外，輸入開關係由時脈信號所控制，該等時脈信號相對於輸入電壓而經位準偏移。經位準偏移之切換控制亦增進效率，並允許針對DC電壓轉換而調適輸入電壓之範圍。
電荷泵130係一交叉耦合對稱電荷泵，其接收輸入電壓VIN
並產生用以供電給系統100（例如，驅動器115）的一較高電壓VCHP
。電壓增加係藉由使用電晶體之網路以對一對電容器C1、C2充電及放電而達成，電晶體之該網路係操作為由一時脈信號(CLK)及其反相(CLK-i)所控制的開關。例如，當CLK係高信號而CLK-i係低信號時，則電晶體M1及M3為ON（亦即，導通），而電晶體M4及M2為OFF（亦即，抵抗）。在此狀態下，電容器C1耦接至輸入且係由VIN
充電。當CLK係低信號（例如，GND）而CLK-i係高信號時，則電晶體M1及M3為OFF而電晶體M4及M2為ON。在此狀態下，電容器C1耦接至輸出。藉由交替地對各別電容器(C1、C2)充電及放電，VCHP
以比VIN
更高值產生。精確的更高值取決於時脈信號(CLK、CLK-i)。例如，時脈信號的頻率可對應於電荷泵之輸出處的電壓(VCHP
)。
為了控制電荷泵電壓VCHP
，如圖1中所示的系統100可包括一電荷泵控制電路140。該電荷泵控制電路控制電荷泵130以基於出現在LDO 110之輸入處的輸入電壓(VIN
)並基於從電荷泵回授至電荷泵控制電路之輸入的電荷泵電壓來產生一電荷泵電壓(VCHP
)。所產生的電荷泵電壓(VCHP
)的振幅經調整以超過輸入電壓(VIN
)。VCHP
之確切值及/或VCHP
與VIN之間的關係可基於VIN
之範圍（例如，1.1 V至3.6 V）的操作（例如，穩定性、效率）。在一些實施方案中，電荷泵控制電路140可進一步經組態以將電荷泵電壓(VCHP
)限制至一最大電壓(VCHPMAX
)以防止損壞（例如，如由一程序安全操作區(safe operating area, SOA)所判定）。
圖4顯示可能的電荷泵控制電路140之方塊圖。電荷泵控制電路140可經組態以基於所接收的電壓(VIN
, VCHP
)來產生/控制用於電荷泵的時脈信號(CLK, CLK-i)。例如，時脈信號(CLK, CLK-i)之振幅可等於所接收輸入電壓(VIN
)之振幅。此外或替代地，時脈信號(CLK, CLK-i)之頻率可根據（例如，正比於）所接收輸入電壓(VIN
)之振幅來調整。電荷泵控制電路140亦可經組態以將時脈信號之頻率的調整限制至一最大值來損壞電荷泵及/或防止電荷泵之輸出(VCHP
)損壞其他電路。
如圖4中所示，電荷泵控制電路可包括一電壓感測級141。電壓感測級（亦即，電路）經組態以產生相對於VCHP
的浮動電壓位準。因此，電壓感測級可包括一分壓器或電壓調節裝置（亦即，電壓參考），用以設定相對於VIN
及/或VCHP
之一或多個電壓。此可有助於調適VIN
及VCHP
之電壓位準至其他電壓域。
電荷泵控制電路140亦包括一差動放大器142，其經組態以執行一或多個（例如，兩個）比較。第一比較146比較相關於VCHP
與VIN
的相對振幅。第二比較147比較VCHP
的相對振幅與相關於電荷泵之安全及/或適當功能之最大電壓的電壓。差動放大器142可不同地回應於該等比較。例如，判定VCHP
是在最大電壓處或是高於最大電壓的第二比較可導致放大器忽略（亦即，抑制）第一比較。然而，當該第二比較判定VCHP
低於一最大電壓時，則放大器之輸出可藉由VCHP
與VIN
之間的關係（亦即，藉由第一比較）來判定。
差動放大器142驅動電壓控制振盪器(voltage controlled oscillator, VCO) 143。VCO經組態以接收一輸入電壓並產生一振盪信號，該振盪信號具有對應於VCO之輸入處的電壓（例如，VIN
– VCHP
）之頻率。電荷泵控制電路進一步包括時脈邏輯145，其接收來自VCO的振盪信號並產生一對應的數位時脈信號(CLK)及一互補（亦即，反相）時脈信號(CLK-i)。時脈信號控制電荷泵130，如先前所述。
電荷泵130及電荷泵控制電路140可一起操作以產生相對高於輸入電壓(VIN
)達一固定量（亦即，無論VIN
如何改變均相同）但小於（或等於）最大電壓(VCHPMAX
)的電壓(VCHP
)。該最大電壓可經選擇以對應於用於LDO之裝置技術的最大電壓額定值。
如圖1中所示，系統100可包括一欠電壓鎖定(UVLO)電路120。一般而言，當電荷泵電壓(VCHP
)處於最小電壓(VCHPMIN
)或低於最小電壓時，UVLO電路120（經由啟用信號EN）停用操作。換言之，單一標準係用以判定是否啟用或停用驅動器115。所揭示之UVLO電路的一有利態樣在於：其可使用多個標準及邏輯以判定是否啟用或停用驅動器115。例如，UVLO電路可額外地判定該電荷泵電壓(VCHP
)在啟用該驅動器之操作前係高於LDO 110之輸出電壓達某一量以確保可控制電晶體裝置111。
圖5顯示UVLO電路120之可能實施方案的方塊圖。UVLO電路接收該電荷泵電壓(VCHP
)並輸出一啟用信號(EN)。該啟用信號可係一數位信號EN，其基於其狀態（例如，高/低、1/0等）可啟用/停用LDO 110之驅動器115的操作。UVLO電路120包括一電壓感測級（亦即，電壓感測電路、電壓感測），其接收、產生、及/或操控電壓以供比較。因此，電壓感測121可包括電路系統（例如，電壓源、電壓調節器、電壓參考等）以輸出相對於（亦即，浮動於）另一電壓位準（例如，VCHP
）之電壓位準及/或輸出相對於接地電壓之電壓。該UVLO電路可提供一或多個輸出電壓至一比較級（亦即，比較電路、比較）以供比較。因此，比較123可包括用以判定相對電壓條件的電路系統。例如，比較器可用以指示第一電壓高於第二電壓。比較123輸出指示電壓位準比較的結果之一或多個信號（例如，數位信號）。UVLO電路亦包括邏輯級（例如，邏輯電路、邏輯）。邏輯125可包括一或多個邏輯閘（例如，反相器、AND、OR、XOR等），其係基於施加至比較123之一或多個結果的邏輯分析而產生啟用信號(EN)。因此，啟用信號的狀態（高/低、1/0、ON/OFF）可基於（一個或）多個標準。為了避免混淆，可注意到：其他啟用信號可能用於電壓調節器系統。例如，可使用啟用信號（例如，外部施加的）以控制電壓調節器系統的整體操作。在本文中所述之啟用信號(EN)係經產生並施加於電壓調節器系統內以控制驅動器的信號。不應將此信號的命名為「啟用」（亦即，EN）理解成取代或排除用於其他（例如，不同）目的之其他可能啟用信號。
圖6係圖1之電壓調節器系統之一可能實施方案的示意圖。該系統包括具有一NMOS切換裝置的電壓調節器，該NMOS切換裝置具有一汲極端子(D)、一源極端子(S)、及一閘極端子(G)。閘極端子耦接至驅動器電路115並接收來自該驅動器電路之電壓。閘極端子(G)處的電壓控制汲極端子(D)與源極端子之間的導通使得在源極端子處的電壓（亦即，VOUT
）低於施加至輸入端子的電壓（亦即，VIN
）達一壓降電壓。在源極端子處的電壓（亦即，VOUT
）回授至該驅動器之一輸入，其中係由一放大器（亦即，差動放大器、誤差放大器）將該電壓與由一內部電壓參考所產生的一參考電壓進行比較。
驅動器115係由一電壓（亦即，VCHP
）供電，該電壓係由電荷泵130提供。電荷泵電壓的振幅係由（互補）時脈信號控制，該等時脈信號係從時脈邏輯145耦接至電荷泵。具體來說，VCO 143可控制該等時脈信號以基於輸入電壓(VIN
)來調整電荷泵電壓(VCHP
)，只要VCHP
不超過最大電壓。VCO之控制係由差動放大器142來進行，該差動放大器經組態以接收四個輸入信號（亦即，兩個輸入對）以供比較。差動放大器142的輸入之一者耦接至一分壓器，該分壓器包括第一電阻器R1及第二電阻器R2。差動放大器的輸入之另一者耦接至第一電壓參考V1、第二電壓參考V2、及電流源608。第一電壓參考V1、第二電壓V2、及電流源可在一個可能的實施例中實施為與電晶體裝置串聯耦接的電阻器。
差動放大器142接收四個輸入信號：VIN
、(VCHP
-V1
-V2
)、V4
、及VCHP
*R2
/(R1
+ R2
)。放大器可體現為四輸入運算放大器（亦即，opamp），其包括兩個差動級。第一差動級係用於最大允許的電荷泵電壓V4
*(1+R1
/R2
)。V4
係當電荷泵電壓為最大時得自分壓器的電壓。使用該分壓器，因為此電路不可能直接地比較電荷泵電壓。
第二差動級係用於VIN
與Vchp-V1
– V2
的比較。V1
係參照VCHP
的浮動電壓，且代表用以提供足夠輸出電流之電晶體裝置（例如，功率NMOS）的閘極端子(G)與源極端子(S)之間的最小電壓差（例如，1 V）。V2
係浮動低於VCHP
電壓及V1
的電壓參考（例如，0.3 V）。
驅動器115係由一數位信號(EN)啟用，該數位信號係由一UVLO電路120判定。UVLO電路接收電荷泵電壓(VCHP
)。UVLO電路120包括一電壓參考(V1)（例如，齊納二極體），其係用以在LDO輸出處提供足夠輸出電流之電晶體裝置（例如，功率NMOS）的閘極端子(G)與源極端子(S)之間的最小電壓差（例如，~1 V）。該UVLO電路120包括一第一比較器605，若該電荷泵電壓(VCH
)大於電壓V3
（其係最小電荷泵電壓）則該第一比較器輸出一邏輯高信號。換言之，V3
係最小輸入電壓(VIN
)的最小電荷泵電壓(VCHP_MIN
)。UVLO電路120亦包括第二比較器604，若該電荷泵電壓(VCHP
)大於輸出電壓（亦即，源極(S)端子的電壓）達一足以導致功率NMOS電晶體111導通（亦即，導通）的量則該第二比較器輸出一邏輯高信號。UVLO電路包括一AND閘601，若由比較器604、比較器605所判定的兩個條件皆為真則該AND閘輸出邏輯高。因此，若電荷泵電壓大於最小電壓且足以控制NMOS電晶體111則啟用驅動器。在一些實施方案中，UVLO電路可包括在AND閘之輸入處的延遲電路602、603，用以防止不穩定性。
用於圖6中所示之系統的一些條件係歸納於下表1中。表 1
：用於控制圖6之電壓調節器系統的條件
| UVLO控制(EN) | |
| 1. | VCHP_MIN = V3 |
| 2. | VCHP ＞ VOUT + V1 |
| 電荷泵控制(VCHP ) | |
| 1. | VCHP = VIN +V1 +V2 |
| 2. | VCHP_MAX = V4 * (1+R1 /R2 ) |
在下文中，一特定操作情境係描述為幫助理解的實例。在此情境中，電晶體裝置111係一N通道MOSFET，其具有3.6 V之安全操作區(SOA)、0.7 V之臨限電壓、及在4安培的ON電壓1.3 V。在該操作情境中，1.1≤ VIN
≤ 3.6 V。在該操作情境中，V1
= 1 V、V2
= 0.3 V、V3
= 2.2 V、且V4
= 0.8 V。
最初在該操作情境中，VOUT
係零。當施加一輸入電壓VIN
至該LDO時，該電荷泵開始且增加VCHP
電壓至由荷泵控制電路140（亦即，差動放大器142）所判定的位準。由UVLO電路監測電荷泵電壓。當VCHP
大於VOUT
達V1
（亦即，VCHP
– VOUT
＞ 1 V）時且當VCHP
高於一最小電壓位準V3（亦即，VCHP
＞ 2.2 V）時，則UVLO電路啟用該LDO驅動器（亦即，EN =邏輯高）。
在該操作情境中，差動放大器142控制VCO使得VCHP
高於VIN
（亦即，VCHP
= VIN
+0.3+1.0）。電荷泵可經控制以輸出甚至更高的電壓以供操作，但其將是無效率的，因為電力消耗隨振盪器頻率而增加。因此，所揭示之系統及方法的優點係基於VIN
之VCHP
的控制，以供有效率的操作。換言之，VCHP
追蹤VIN
在有適當的LDO調節但不會太高以致無效率的電壓處，因為該追蹤防止選擇高於所有可能VIN
的一個VCHP
之需求。
在該操作情境中，因為VIN
增加，所以VIN
+ 1.3 V可變為大於電晶體技術的安全操作區(SOA)電壓3.6 V。在此情況下，跨電阻器R2
的劃分電壓超過V4
。差動放大器142的第二差動級經斷開並降低頻率，使得電荷泵電壓係箝位在3.6 V的穩定電壓最大電壓。跨電阻器R2
的電壓的劃分可用以調整差動放大器142的輸入電壓為在放大器的操作電壓範圍內。
在該操作情境中，第一比較器605判定電荷泵電壓是否超過2.2 V（亦即，最小電荷泵電壓）。該系統可接收在1.1 V至3.6 V之範圍中的輸入電壓。最小輸入電壓係1.1伏特，其暗示針對有效率的操作最小電荷泵電壓係1.1 + 1.3 = 2.4 V（亦即，VIN
+V1
+V2
）。為了防止電壓尖波的效應，可將此電壓稍微減少（例如，0.2 V），導致針對所有條件的最小電荷泵電壓（亦即，V3
）為2.2 V。
在該操作情境中，第二比較器確保電荷泵電壓VCHP
超過VOUT
達至少1 V（亦即，V1
）。此條件確保功率NMOS的閘極(G)與源極(S)之間的最小電壓差提供足夠的輸出電流。
該系統結合欠電壓鎖定的接地條件及浮動條件以確保在LDO調節器之最佳模式內的有效率電荷泵操作。所施加的條件驅動電荷泵輸出相關於VIN
之一最佳電壓。所施加的條件亦確保電荷泵電壓不超過最大電壓（例如，由程序SOA所界定）。所施加的條件亦確保電荷泵電壓高於LDO之輸入（亦即，VIN
）達至少一最小電壓。所施加的條件亦確保電荷泵電壓係在高於LDO之輸出（亦即，VOUT
）的一特定電壓位準。所施加的條件使用參考電荷泵電壓的浮動電壓（亦即，V1
、V2
）。
圖7顯示用於控制低壓降調節器(LDO)之方法的一個可能實施方案的流程圖。在方法700中，（例如，由電荷泵控制電路140）接收輸入電壓VIN
及電荷泵電壓(VCHP
) 710。基於VIN
及VCHP
，電荷泵經控制以調整（例如，升高、降低、維持）電荷泵電壓(VCHP
)並提供730（亦即，耦接、傳輸）該經調整電荷泵電壓至該LDO以供電（用以賦能及操作電路系統）。此外，（例如，由UVLO電路120）判定該經調整VCHP
是否滿足多個條件，而若是如此，則啟用LDO 750，否則停用LDO 750。
在說明書及/或圖式中，已揭示典型的實施例。本揭露不限於此類例示性實施例。用語「及/或(and/or)」之使用包括相關聯之所列項目之一或多者的任何或全部組合。圖式係示意代表圖，且因此非必然按比例繪製。除非另有說明，否則特定用語已採一般性及描述性意義來使用，而非出於限制之目的來使用。
除非另有定義，本文中使用之所有技術及科學用語具有所屬技術領域中具有通常知識者所通常瞭解的相同意義。類似或等效於本文中所述的方法及材料可用於本揭露之實施或測試中。如本說明書中及隨附申請專利範圍中所使用者，除非內文另有明確指示，否則單數形式「一(a/an)」、「該(the)」包括複數的指稱物。應進一步理解的是，該等範圍之各者的端點係顯著相對於另一端點，且又顯著獨立於另一端點。
應理解，在前面描述中，當元件（諸如層、區域、基材、或組件）被稱為在另一元件上、連接至另一元件、電連接至另一元件、耦接或電耦接至另一元件時，其可直接在另一元件上、連接或耦接至另一元件、或可存在一或多個中間元件。相反地，當元件被稱為直接在另一元件或層上、直接連接至或直接耦接至另一元件或層時，則無中間元件或層存在。雖然用語直接在…上(directly on)、直接連接至(directly connected to)、或直接耦接至(directly coupled to)可能不在實施方式各處使用，但可如此稱呼顯示為直接在…上、直接連接至、或直接耦接至的元件。本申請案之申請專利範圍（若有）可經修改成敘述在本說明書中描述或圖式中所展示之例示性關係。
當用於本說明書中時，單數形式可包括複數形式，除非在內文中明確指示特定情況。除了圖式中所描繪之定向之外，空間相對用語（例如，之上(over)、上方(above)、上部(upper)、下(under)、底下(beneath)、下方(below)、下部(lower)等）旨在涵蓋裝置在使用中或操作中的不同定向。在一些實施方案中，相對用語上方(above)及下方(below)分別地包括垂直上方及垂直下方。在一些實施方案中，用語相鄰(adjacent)可包括側向相鄰於或水平相鄰於。
一些實施方案可使用各種半導體處理及/或封裝技術來實作。一些實施方案可使用與半導體基材相關聯的各種類型半導體處理技術來實作，包括但不限於例如矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)、及/或等等。
雖然所描述之實施方案的某些特徵已如本文所描述而說明，但所屬技術領域中具有通常知識者現將想到許多修改、替換、改變及均等物。因此，應當理解，隨附申請專利範圍旨在涵蓋落於實施方案範圍內的所有此類修改及改變。應當理解，其等僅以實例（非限制）方式呈現，並且可進行各種形式及細節改變。本文所描述之設備及/或方法之任何部分可以任何組合進行組合，除了互斥組合之外。本文所描述之實施方案可包括所描述之不同實施方案之功能、組件及/或特徵的各種組合及/或子組合。
100:電壓調節器系統/系統
110:低壓降調節器(LDO)
111:電晶體裝置/NMOS電晶體
112:汲極端子(D)
113:源極端子(S)
114:閘極端子(G)/閘極
115:驅動器電路(驅動器)
116:回授迴路
120:欠電壓鎖定(UVLO)電路
121:電壓感測
123:比較
125:邏輯
130:電荷泵
140:電荷泵控制電路
141:電壓感測級
142:差動放大器
143:電壓控制振盪器(VCO)
145:時脈邏輯
146:第一比較
147:第二比較
601:AND閘
602, 603:延遲電路
604:第二比較器/比較器
605:第一比較器/比較器
608:電流源
700:方法
710, 720, 730, 740, 750, 760:步驟
C1, C2:電容器
CLK:時脈信號
CLK-i:時脈信號
EN:啟用信號/數位信號
GND:接地電壓/下電壓
M1, M2, M3, M4:電晶體
R1:第一電阻器
R2:第二電阻器/電阻器
V1:第一電壓參考
V2:第二電壓參考
VCH:電荷泵電壓
VCHP:電荷泵電壓/上電壓/上值
VCHP_MIN:最小電荷泵電壓
VCHPMAX:最大電壓
VCHPMIN:最小電壓
VDO:壓降電壓
VG:輸出電壓
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
VREF:參考電壓
VT:臨限電壓
圖1係根據本揭露之一實施方案的電壓調節器系統之方塊圖。
圖2係可搭配圖1之系統使用之一低壓降調節器的方塊圖。
圖3係可搭配圖1之系統使用之一電荷泵的示意圖。
圖4係可搭配圖1之系統使用之一電荷泵控制電路的方塊圖。
圖5係可搭配圖1之系統使用之一欠電壓鎖定(UVLO)電路的方塊圖。
圖6係圖1之電壓調節器系統之一可能電路實施方案的示意表示。
圖7係根據本揭露之實施方案之用於控制低壓降調節器之方法的流程圖。
圖式中之組件非必然相對於彼此按比例繪製。相似的元件符號在若干視圖中標示對應的部件。
100:電壓調節器系統/系統
110:低壓降調節器(LDO)
120:欠電壓鎖定(UVLO)電路
130:電荷泵
140:電荷泵控制電路
EN:啟用信號/數位信號
GND:接地電壓/下電壓
VCHP:電荷泵電壓/上電壓/上值
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
Claims (13)
- 一種電壓調節器系統，其包含一低壓降調節器(LDO)，其經組態以接收在一電晶體裝置之一輸入端子處之一輸入電壓並在該電晶體裝置之一輸出端子處提供一經調節輸出電壓；一電荷泵，其經組態以輸出一電荷泵電壓，該電荷泵電壓供電給該LDO之一驅動器；一電荷泵控制電路，其經組態以控制該電荷泵使得該電荷泵電壓(i)高於該輸入電壓且(ii)不超過一最大電壓以防止損壞；及一欠(under)電壓鎖定電路，其經組態以在該電荷泵電壓(i)高於該LDO之操作的一最小電壓且(ii)高於該經調節輸出電壓時啟用該LDO。
- 如請求項1之電壓調節器系統，其中該電晶體裝置為由該驅動器控制的一N通道金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。
- 如請求項2之電壓調節器系統，其中：該最小電壓對應於該N通道MOSFET的一閘極端子與一源極端子之間的一電壓以提供一非零輸出電流至該LDO之該輸出端子；且防止損壞之該最大電壓對應於該N通道MOSFET之一安全操作區(SOA)。
- 如請求項1之電壓調節器系統，其中該電荷泵係一交叉耦合對稱電荷泵。
- 如請求項1之電壓調節器系統，其中該電荷泵電壓對應於來自該電荷泵控制電路之一時脈信號的一頻率。
- 如請求項5之電壓調節器系統，其中該時脈信號的該頻率係由一電壓控制振盪器控制，該電壓控制振盪器由該電荷泵控制電路之一差動放大器驅動；且其中，該差動放大器係一四輸入運算放大器，當該電荷泵電壓小於該最大電壓時該四輸入運算放大器輸出相對地浮動高於該輸入電壓達一固定量的一電壓以防止損壞，該固定量係由該LDO之該電晶體裝置的操作特性判定。
- 一種用於控制一低壓降調節器(LDO)之電路，該電路包含：一電荷泵控制電路，其經組態以接收來自該LDO之一輸入端子的一輸入電壓及自一電荷泵之一輸出回授的一電荷泵電壓，並基於該輸入電壓及自該輸出回授的該電荷泵電壓以控制該電荷泵輸出該電荷泵電壓，該電荷泵電壓提供電力至該LDO之一驅動器；及一欠電壓鎖定(UVLO)電路，其經組態以接收該電荷泵電壓並在該電荷泵電壓滿足複數個條件時啟用該LDO。
- 如請求項7之用於控制一LDO之電路，其中該電荷泵控制電路進一步 經組態以控制該電荷泵根據該輸入電壓中的一對應改變來改變該電荷泵電壓，並限制該電荷泵電壓至由該LDO之一安全操作區(SOA)所判定的一最大電壓。
- 如請求項7之用於控制一LDO之電路，其中該複數個條件包括下列兩者之一者：該電荷泵電壓超過一最小電壓；及該電荷泵電壓超過來自該LDO之一輸出端子的一輸出電壓達由該LDO中之一電晶體裝置所判定的一電壓。
- 如請求項7之用於控制一LDO之電路，其中該UVLO電路包含針對該複數個條件之各者的一比較器及接收來自各比較器之一輸出的一AND閘。
- 一種用於控制一低壓降調節器(LDO)之方法，該方法包含：接收來自該LDO之一輸入的一輸入電壓；接收自一電荷泵之一輸出回授的一電荷泵電壓；基於所接收之該輸入電壓及所接收之該電荷泵電壓調整該電荷泵電壓；提供經調整之該電荷泵電壓至該LDO以供電給該LDO之一驅動器；判定經調整之該電荷泵電壓滿足複數個條件；及基於該判定啟用該LDO之該驅動器以供操作。
- 如請求項11之方法，其中該基於所接收之該輸入電壓及所接收之該電荷泵電壓調整該電荷泵電壓包括：根據該輸入電壓中之一對應增加或減少來增加或減少該電荷泵電壓；及限制該電荷泵電壓至一最大電壓。
- 如請求項11之方法，其中該判定經調整之該電荷泵電壓滿足該複數個條件包括：比較經調整之該電荷泵電壓與一最小電壓；及比較經調整之該電荷泵電壓與來自該LDO之一輸出的一輸出電壓。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201962815114P | 2019-03-07 | 2019-03-07 | |
| US62/815,114 | 2019-03-07 | ||
| US16/513,978 US10802523B2 (en) | 2019-03-07 | 2019-07-17 | System and method for controlling a low-dropout regulator |
| US16/513,978 | 2019-07-17 |
Publications (2)
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|---|---|
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ID=
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|---|---|---|---|---|
| US20160173992A1 (en) | 2014-12-15 | 2016-06-16 | Stmicroelectronics S.R.L. | Differential-type mems acoustic transducer |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160173992A1 (en) | 2014-12-15 | 2016-06-16 | Stmicroelectronics S.R.L. | Differential-type mems acoustic transducer |
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