提供不同輸出電壓之穩壓器的製作方法
2023-07-26 13:22:06
專利名稱：提供不同輸出電壓之穩壓器的製作方法
技術領域：
本發明有關於ー種穩壓器，且特別有關於ー種用於提供多種輸出電壓的穩壓器。
背景技術：
在各種系統中，穩壓器是用來提供一個穩定的電壓給系統中的電路使用。一般而言，最好在各種負載、操作頻率等情況下，穩壓器都能提供一個穩定的電壓。換言之，電壓穩壓器是設計用於在電子應用中能夠提供並保持固定的電壓，其中低壓降(low dropout,LD0)電壓穩壓器是ー種直流線性電壓穩壓器，其具有非常小的輸入輸出差動電壓以及相對低的輸出噪聲。電源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)是用來測量目前由供應電源至電壓穩壓器的噪聲量，以評估電壓穩壓器的有效性，即從供應電源傳輸到電壓穩壓器的輸出電壓的噪聲量。高PSRR是表不所傳輸的噪聲量為少量，而低PSRR是表不所傳輸的噪聲量為大量。高PSRR，尤其是在由電壓穩壓器所供應的具有廣泛操作頻率範圍的裝置內，是難以實現的。舉例來說，假如全數字式鎖相迴路(all digital phase locked loop, ADPLL)的晶體振蕩器(crystal oscillator, X0)和數字控制振蕩器(digitally controlledoscillator,DC0)是由同一低壓降穩壓器所供應。如果晶體振蕩器所產生的頻率信號會反彈(kick back)回其本身的供應電壓，則頻率信號可能會再反彈至低壓降穩壓器的供應電壓。若高頻PSRR在頻率偏移或頻率範圍不夠高的話，則反彈噪聲可能會影響到數字控制振蕩器的供應電壓。為了防止去敏(de-sensing)或幹擾的問題發生，高PSRR性能是非常重要的。
發明內容
本發明提供一種穩壓器，用以提供多個輸出電壓。該穩壓器包括一核心電路，根據ー第一控制信號來放大ー輸入電壓，以得到一核心電壓；以及多個複製單兀，各根據多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓位準，其中該第一控制信號是根據該多個第二控制信號而設定，以使該核心電壓的電壓電平等於或小於該多個輸出電壓中一最大電壓電平且等於或大於該多個輸出電壓中一最小電壓電平。上述穩壓器能夠根據多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之一者，以便使穩壓器輸出具有不同的電壓位準的輸出電壓。再者，本發明提供另ー種穩壓器，用以提供多個輸出電壓。該穩壓器包括包括一核心電路，根據ー第一控制信號以及ー輸入電壓來得到ー偏壓電壓，並包括一基本單兀；以及多個複製単元，各輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平，其中該基本單元以及多個複製単元各包括一第一電晶體，具有用以接收該偏壓電壓的ー柵極，使得一參考電流能流經該第一電晶體；以及ー第一電阻，以串聯方式連接於該第一電晶體，具有ー阻值，其中，在每ー複製単元中，該輸出電壓的電壓電平是根據該參考電流以及該第一電阻的阻值而決定。
上述穩壓器中有多個複製単元，且複製単元中輸出電壓的電壓電平根據參考電流以及第ー電阻的阻值而決定，所以能夠使穩壓器輸出具有不同電壓電平的輸出電壓。
圖I是本發明一實施例提供的穩壓器示意圖，其為多輸出電平的源極追隨式複製無電容的低壓降電壓穩壓器；圖2A是圖I中控制單元之操作的ー範例示意圖；圖2B是ー表格,其描述圖2A中控制信號與核心電壓VeOTe的電壓電平的關係；圖3A是圖I中控制單元之操作的另ー範例示意圖；圖3B是另ー表格，其描述圖3A中控制信號與電壓電平的關係；圖4是本發明另ー實施例所提供的穩壓器，其為多輸出電平的源極追隨式複製無電容的低壓降電壓穩壓器；圖5是本發明又一實施例所提供的穩壓器；圖6是本發明又一實施例所提供的穩壓器，其為NMOS型複製無電容的低壓降電壓穩壓器。
具體實施例方式下文描述是實現本發明的較佳實施例，這些描述是為了闡述本發明的基本思想，不應理解成對本發明的限制。本發明的範圍由所附加的權利要求所決定。為讓本發明的該基本思想和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下實施例圖I是本發明一實施例所提供的穩壓器100。穩壓器100為多輸出電平的源極追隨式複製(replica)無電容(capless)的低壓降(low dropout, LD0)電壓穩壓器，其可分別在輸出節點Ntjut l至Nwt N提供低壓降電壓Vwt I至Vtjut N。穩壓器100包括核心電路10以及N個複製單元20_1至20_N。核心電路10包括放大器15、兩電阻Rl與R2以及基本單元30，其中電阻R2為可變電阻。放大器15具有用以接收輸入電壓VMf的非反相輸入端(+)、耦接於電阻Rl與R2的反相輸入端(_)以及用以同時輸出偏壓電壓Vbias至基本単元30以及複製單元20_1至20_N的輸出端。電阻Rl耦接於接地端GND以及放大器15的反相輸入端之間，而電阻R2耦接於放大器15的反相輸入端以及基本単元30的可變電阻R3之間。在核心電路10中，電阻R2與R3的阻值同時由控制信號Setri所控制。基本單元30包括電流源II、兩電晶體Ml與M2、電阻R3以及電流電路35。在此實施例中，電流電路35為ー電流鏡。由於電流鏡為常見的電路，本發明將不再詳細描述於此。電流源Il耦接於供應電壓VDD以及電晶體Ml的柵極之間，其中電流源Il可提供固定的偏壓電流Ibiasl至電流鏡35。電晶體Ml耦接於供應電壓VDD以及電阻R3之間，而電晶體M2耦接於電阻R3以及電流鏡35之間。電流鏡35耦接於電流源11、電晶體M2以及接地端GND，其中電流鏡35根據偏壓電流Ibiasl從電晶體M2汲取出鏡射電流在圖I中，偏壓電壓Vbias可根據下列算式而得到 ^bias
core よ mirrorl X R^-IVgSM2I
7 1 + R2. .= ^Kef — 1 匿縦' X 尺3-
權利要求
1.一種穩壓器，用以提供多個輸出電壓，其特徵在幹，該穩壓器包括 一核心電路，根據一第一控制信號來放大ー輸入電壓，以得到一核心電壓；以及多個複製單兀，各根據多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之ー者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平， 其中該第一控制信號是根據該多個第二控制信號而設定，以使該核心電壓的電壓電平等於或小於該多個輸出電壓中一最大電壓電平且等於或大於該多個輸出電壓中一最小電壓電平。
2.如權利要求I所述的穩壓器，其特徵在於，該核心電路包括放大電路，該放大電路包括 一放大器，具有用以接收該輸入電壓的一非反相輸入端、一反相輸入端以及ー輸出端; 一第一電阻，耦接於一接地端以及該放大器的反相輸入端之間；以及一第二電阻，具有I禹接於該放大器的反相輸入端的一第一端以及ー第二端，以及具有由該第一控制信號所控制之的第一可變阻值。
3.如權利要求2所述的穩壓器，其特徵在於，該核心電路還包括基本単元，其中該基本單元以及該多個複製單元各包括 一第一電晶體，具有稱接於一第一電壓源的一第一端、一柵極以及一第二端； 一第一電流源，耦接於該第一電壓源以及該第一電晶體的柵極之間，用以提供ー偏壓電流； 一第三電阻，具有稱接於該第一電晶體的第二端的一第一端以及ー第二端； 一第二電晶體，具有耦接於該第三電阻的第二端的一第一端、耦接於該放大器的輸出端的一柵極以及一第二端；以及 ー電流電路，耦接於ー第二電壓源、該第一電流源以及該第二電晶體的第二端，用以根據該偏壓電流而汲取出流經該第二電晶體的ー電流， 其中該基本単元中該第三電阻的阻值等於該第一可變阻值，以及該多個複製單元中每ー該第三電阻具有由個別的該第二控制信號所控制的一第二可變阻值， 其中該基本単元中該第三電阻的第一端耦接於該第二電阻的第二端，以及 其中該多個複製單元各在其該第三電阻的第一端輸出個別的輸出電壓，以及 其中該基本単元在其該第三電阻的第一端得到該核心電壓。
4.如權利要求3所述的穩壓器，其特徵在幹， 該個別的輸出電壓的電壓電平是根據該核心電壓，以及複製單元中第三電阻與基本單元中第三電阻的差值與該電流電路所汲取出的電流的乘積而決定。
5.如權利要求3所述的穩壓器，其特徵在幹，該多個第二控制信號中每ー個各具有一整數值，其表示對應於個別的該複製単元中該第三電阻與該基本単元中該第三電阻之比例的增益電平，而該第一控制信號是根據具有一最大整數值的第二控制信號以及具有一最小整數值的第二控制信號而設定。
6.如權利要求5所述的穩壓器,其特徵在於，該第一控制信號具有一整數值，其表不對應於該核心電路中該第二電阻與該第一電阻之比例的增益電平，其中該第一控制信號的整數值等於該最大整數值與該最小整數值的一平均值，使得該核心電壓等於該多個輸出電壓中的最大電壓電平與該多個輸出電壓中的最小電壓電平的一平均值。
7.如權利要求6所述的穩壓器，其特徵在幹，該第一控制信號以及該多個第二控制信號各為使用相同位數來表示其整數值的ー邏輯信號，其中當該最大整數值與該最小整數值之和為偶數時，該第一控制信號的整數值等於該最大整數值與該最小整數值的平均值，而當該最大整數值與該最小整數值之和為奇數時，該第一控制信號的整數值藉由對該最大整數值與該最小整數值的平均值進行四捨五入而得到。
8.如權利要求4所述的穩壓器，其特徵在於，該第一電晶體以及該第二電晶體為不同類型的金氧半導體電晶體，以及該基本単元及該多個複製單元的該電流電路各包括 一第一鏡射電晶體，耦接於該第二電壓源以及該第 一電流源之間；以及一第二鏡射電晶體，耦接於該第二電壓源以及該第二電晶體的第二端之間，具有ー柵極耦接於該第一鏡射電晶體的柵極以及該第二電晶體的第二端。
9.如權利要求8所述的穩壓器，其特徵在幹， 該第一電晶體為N型金氧半導體電晶體而該第二電晶體為P型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一供應電壓以及ー接地信號； 或者， 該第一電晶體為P型金氧半導體電晶體而該第二電晶體為N型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一接地信號以及ー供應電壓。
10.如權利要求3所述的穩壓器，其特徵在於，該第一電晶體以及該第二電晶體為相同類型的金氧半導體電晶體，以及該基本単元及該多個複製單元的該電流電路各包括 一第三電晶體，耦接於該第一電流源以及該第二電晶體的第二端之間，具有一柵極用以接收一共同電壓；以及 一第二電流源，耦接於該第二電晶體的第二端以及該第二電壓源之間。
11.如權利要求10所述的穩壓器，其特徵在幹， 該第一電晶體與該第二電晶體為P型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一供應電壓以及ー接地信號； 或者， 該第一電晶體與該第二電晶體為N型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一接地信號以及ー供應電壓。
12.如權利要求3所述的穩壓器，其特徵在於，更包括 ー濾波器，耦接於該基本單元中該第二電晶體的柵極以及該多個複製單元中第二電晶體的柵極之間，用以過濾來自該放大器的輸出端的噪聲。
13.如權利要求3所述的穩壓器，其特徵在於，該基本單元更包括 一第一開關，耦接於該第一電壓源以及基本単元中該第一電晶體之間；以及 一第二開關，耦接於該第二電壓源以及該放大器的輸出端之間，以及 多個複製單元中每ー個更包括 一第三開關，耦接於該第一電壓源以及複製単元中該第一電晶體之間； 其中當該穩壓器斷電時，該第一開關與該第三開關為不導通而該第二開關為導通，以及當多個第三開關之ー者為導通時，該第一開關為導通而該第二開關為不導通。
14.一種穩壓器,用以提供多個輸出電壓,其特徵在於,包括一核心電路，根據ー第一控制信號以及ー輸入電壓來得到ー偏壓電壓，並包括一基本單元；以及 多個複製単元，各輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平， 其中該基本單元以及多個複製単元各包括 一第一電晶體，具有用以接收該偏壓電壓的ー柵極，使得一參考電流能流經該第一電晶體；以及 一第一電阻，以串聯方式連接於該第一電晶體，具有ー阻值，其中，在每ー複製単元中，該輸出電壓的電壓電平是根據該參考電流以及該第一電阻的阻值而決定。
15.如權利要求14所述的穩壓器，其特徵在於，該基本単元中的該第一電阻的阻值由該第一控制信號所控制，而每ー複製單元中的該第一電阻的阻值由多個第二控制信號中一者所控制，其中該第一控制信號是根據該多個第二控制信號而設定。
16.如權利要求15所述的穩壓器，其特徵在於，該核心電路更包括 一放大器，具有用以接收該輸入電壓的一非反相輸入端、一反相輸入端以及用以提供該偏壓電壓的ー輸出端； 一第二電阻，耦接於一接地端以及該放大器的反相輸入端之間；以及 一第三電阻，具有I禹接於該放大器的反相輸入端的一第一端以及ー第二端，以及具有一阻值相同於該基本單兀中該第一電阻的阻值。
17.如權利要求16所述的穩壓器，其特徵在幹，該多個第二控制信號各具有一整數值，其表示對應於個別的該複製単元中該第一電阻與基本単元中該第一電阻之比例的增益電平，而該第一控制信號是根據具有一最大整數值的第二控制信號以及具有一最小整數值的第二控制信號而設定。
18.如權利要求17所述的穩壓器，其特徵在於，該第一控制信號具有一整數值，其表示對應於該核心電路中該第三電阻與該第二電阻之比例的增益電平，其中該第一控制信號的整數值等於該最大整數值與該最小整數值的一平均值。
19.如權利要求18所述的穩壓器，其特徵在於，該第一控制信號以及該多個第二控制信號各為使用相同位數來表示其整數值的ー邏輯信號，其中當該最大整數值與該最小整數值之和為偶數時，該第一控制信號的整數值等於該最大整數值與該最小整數值的平均值，而當該最大整數值與該最小整數值之和為奇數時，該第一控制信號的整數值藉由對該最大整數值與該最小整數值的平均值進行四捨五入而得到。
20.如權利要求16所述的穩壓器，其特徵在幹，每ー複製單元更包括 一第二電晶體，稱接於一第一電壓源以及該第一電阻之間，具有ー柵極； 一第一電流源，耦接於該第一電壓源以及該第二電晶體的柵極之間，用以提供ー偏壓電流；以及 ー電流電路，耦接於ー第二電壓源、該第一電流源以及該第一電晶體，用以根據該偏壓電流而汲取出流經該第一電晶體的該參考電流。
21.如權利要求20所述的穩壓器，其特徵在於，該第一電晶體以及該第二電晶體為不同類型的金氧半導體電晶體，以及該基本単元及多個複製単元的該電流電路各包括 一第一鏡射電晶體，耦接於該第二電壓源以及該第一電流源之間；以及一第二鏡射電晶體，耦接於該第二電壓源以及該第一電晶體之間，具有ー柵極耦接於該第一鏡射電晶體的柵極以及該第一電晶體。
22.如權利要求21所述的穩壓器，其特徵在幹， 該第一電晶體為P型金氧半導體電晶體而該第二電晶體為N型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一供應電壓以及ー接地信號； 或者， 其中該第一電晶體為N型金氧半導體電晶體而該第二電晶體為P型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源系分別用以提供一接地信號以及ー供應電壓。
23.如權利要求16所述的穩壓器，其特徵在於，該第一電晶體以及該第二電晶體為相同類型的金氧半導體電晶體，以及該基本単元及多個複製単元的該電流電路各包括 一第三電晶體，具有耦接於該第一電流源的一第一端、耦接於該第一電晶體的一第二端以及ー柵極用以接收一共同電壓；以及 一第二電流源，耦接於該第三電晶體的第二端以及該第二電壓源之間。
24.如權利要求23所述的穩壓器，其特徵在幹， 該第一電晶體與該第二電晶體為P型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源系分別用以提供一供應電壓以及ー接地信號； 或者， 該第一電晶體與該第二電晶體為N型金氧半導體電晶體，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源系分別用以提供一接地信號以及ー供應電壓。
25.如權利要求16項所述的穩壓器，其特徵在於，更包括 ー濾波器，耦接於該基本単元中該第一電晶體的柵極以及多個複製単元中第一電晶體的柵極之間，用以過濾來自該放大器的輸出端的噪聲。
26.如權利要求16所述的穩壓器，其特徵在於，該基本單元更包括 一第一開關，耦接於該第一電壓源以及該第二電晶體之間；以及 一第二開關，耦接於該第二電壓源以及該放大器的輸出端之間，以及 多個複製單元中每ー個更包括 一第三開關，耦接於該第一電壓源以及該第二電晶體之間； 其中當該穩壓器被斷電時，該第一開關與該第三開關為不導通而該第二開關為導通，以及當該多個第三開關之ー者為導通時，該第一開關為導通而該第二開關為不導通。
全文摘要
本發明提供一種穩壓器，用以提供多個輸出電壓。該穩壓器包括一核心電路，根據一第一控制信號來放大一輸入電壓，以得到一核心電壓；以及多個複製單元，各根據多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平，其中該第一控制信號是根據該多個第二控制信號而設定，以使該核心電壓的電壓電平等於或小於該多個輸出電壓中一最大電壓電平且等於或大於該多個輸出電壓中一最小電壓電平。
文檔編號G05F1/56GK102645944SQ201210025429
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月6日 優先權日2011年2月16日
發明者黃健忠 申請人:聯發科技(新加坡)私人有限公司