快速瞬态响应电压调节器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及电压调节器，并且更具体地涉及具有快速瞬态响应的电压调节器。
【背景技术】
[0002]电压调节器被设计成在输出阻抗的范围上使输出电压保持在恒定电压电平。如果在输出或输入中存在改变(例如，在由电压调节器驱动的负载中的改变或源电压中的改变)时，电压调节器校正该改变，以使输出电压保持在恒定电压电平。例如，如果由于负载阻抗中的改变而导致需要由电压调节器输送的电流量中存在突然改变，则电压调节器的输出电压电平临时偏离恒定输出电压电平，直至电压调节器校正负载阻抗中的改变，并且以恒定电压电平输出电压。
【发明内容】
[0003]通常，本公开描述了一种用于具有快速瞬态响应时间的电压调节器的技术，快速瞬态响应时间通过用单独的电流源驱动电压调节器的功率级中的晶体管来在瞬态响应时间期间减少输出电压中的过冲。瞬态响应时间指电压调节器补偿输出中的改变以保持恒定电压电平所需要的时间量。影响电压调节器的瞬态响应时间的一个因子是电压调节器的功率级内的晶体管的寄生电容。
[0004]在本公开中描述的技术可以最小化电压调节器的驱动器需要响应于需要被输送的电流量的改变而初始充电或放电的电压调节器的功率级内的晶体管的寄生电容。例如，最初，驱动器可能主要对在功率级内的最小晶体管的寄生电容进行充电或放电(例如，对功率级中的所有晶体管当中最远的最小晶体管的寄生电容进行充电或放电)。然而，随着时间，驱动器可以对其他电容器的寄生电容进行充电或放电。另外，通过用单独的电流源对晶体管进行充电和放电，该技术可以确保晶体管的寄生电容被及时充电和放电，以在补偿需要被输送的电流量中的改变时最小化输出电压过冲。
[0005]在一个示例中，本公开涉及一种包括第一晶体管和第二晶体管的电压调节器，其中第一晶体管和第二晶体管被连接到电压调节器的电源和电压调节器的输出，并且其中第一晶体管和第二晶体管输送将电压调节器的输出保持在恒定输出电压电平所需要的电流量；将第一晶体管的栅极连接到第二晶体管的栅极的电阻器；以及第一电流源和第二电流源，其中第一电流源被配置为通过电阻器来驱动第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极，并且其中，第二电流源被配置成通过电阻器来驱动第二晶体管的栅极和第一晶体管的栅极。
[0006]在另一示例中，本公开涉及一种方法，包括:响应于需要由电压调节器输送的电流量中的改变，调节流动通过电压调节器的第一晶体管和第二晶体管的电流量，以将电压调节器的输出保持在恒定输出电压电平，其中，第一晶体管和第二晶体管被连接到电压调节器的电源和电压调节器的输出，并且其中，电压调节器的电阻器将第一晶体管的栅极连接到第二晶体管的栅极，并且响应于需要由电压调节器输送的电流量中的改变，利用通过电阻器连接到第一晶体管的栅极的第一电流源和连接到第一晶体管的栅极的第二电流源对第一晶体管的寄生电容进行充电或放电。
[0007]在另一示例中，本发明涉及一种电压调节器，包括:响应于需要由电压调节器输送的电流量中的改变，用于调节流动通过电压调节器的第一晶体管和第二晶体管的电流量以将电压调节器的输出保持在恒定输出电压电平的装置，其中，第一晶体管和第二晶体管被连接到电压调节器的电源和电压调节器的输出，并且其中，电压调节器的电阻器将第一晶体管的栅极连接到第二晶体管的栅极，并且响应于需要由电压调节器输送的电流量中的改变，用于利用通过电阻器连接到第一晶体管的栅极的第一电流源和连接到第一晶体管的栅极的第二电流源对第一晶体管的寄生电容进行充电或放电的装置。
[0008]在附图和以下的描述中阐述了在本公开中描述的一个或多个示例的细节。从说明书和附图并且从权利要求书，该技术的其他特征、目的和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0009]图1是图示根据在本公开中描述的技术的包括驱动器和功率级的电压调节器的示例性部分的原理框图。
[0010]图2是图示根据本公开中描述的技术的电压调节器的更具体的示例的框图。
[0011]图3是图示根据本公开中描述的技术的电压调节器的另一更具体示例的框图。
[0012]图4是图示响应于需要由电压调节器输送的电流量中的改变的随时间的电压调节器的输出电压的图形。
[0013]图5是图不根据本公开的不例技术的流程图。
【具体实施方式】
[0014]在本公开中描述的技术涉及电压调节器，该电压调节器被配置为在负载阻抗的范围中以恒定输出电压电平输出电压。电压调节器可以在集成电路(IC)内形成，并且耦合到电路板。电压调节器可以接收来自基准电压源的基准电压作为输入，并且可以输出与输入基准电压成比例的电压，并且在许多情况下，等于输入基准电压。然而，尽管基准电压源可以不被配置成在负载阻抗的范围中保持相同的输出电压电平(例如，基准电压电平是负载阻抗的函数)，但是电压调节器可以在负载阻抗的范围上保持相同的输出电压电平(例如，输出电压电平不是负载阻抗的函数)。
[0015]例如，如果连接到电压调节器的输出的负载的阻抗处于第一阻抗等级或第二阻抗等级，则电压调节器的输出电压处于相同的电压电平。为了在负载阻抗的范围内将输出电压保持在相同的水平，电压调节器可以被配置为在电流水平的范围中输送电流。例如，假设电压调节器的输出电压是5伏(V)。在这该示例中，如果负载的阻抗是I欧姆，电压调节器可以输送5毫安(mA)的电流，但是如果负载的阻抗为10欧姆，则电压调节器可以输送0.5mA的电流。
[0016]在一些示例中，电压调节器需要输送的电流量可能改变，并且在一些情况下突然改变。例如，电压调节器可以被连接到多个负载，并且负载中的一个可能变得断开连接，引起电压调节器需要输送的电流量的改变。该电压调节器需要输送的电流量中的改变可能造成输出电压与恒定输出电压电平偏离。为了稳定回到恒定输出电压电平的输出电压，电压调节器还可以接收输出电压或与作为反馈电压的输出电压成比例的电压。电压调节器可以将反馈电压与基准电压作比较，并且调节电压调节器的电流，使得输出电压稳定回到恒定输出电压电平。
[0017]电压调节器使输出电压稳定回到恒定输出电压电平的时间被称为瞬态响应时间。通常，优选地是使输出电压稳定相对快速地回到恒定输出电压电平(即，具有快速瞬态响应时间)。作为一个示例，可以期望小于300微秒(us)的瞬态响应时间。然而，尽管可以期望快速瞬态响应时间，但是还可以期望最小化在瞬态响应时间期间的输出电压的下冲和过冲，并且最小化电压调节器的静态电流并且最小化连接到电压调节器的输出的电容器的尺寸。
[0018]在一些示例中，电压调节器的输出连接到电容器，并且电容器在瞬态响应时间期间输送电流。如果电容器的电容相对大，则可以容许较长的瞬态响应时间，因为与如果电容器的电容相对小相比，电容器将能够输送电流达较长的时间。然而，具有相对大的电容的电容器通常都具有较大的尺寸，并且具有相对大尺寸的电容器提高了成本，并且利用电路板的额外区域，这可能是不希望的。
[0019]静态电流是指在没有负载连接到电压调节器时电压调节器所消耗的电流量。例如，如果电压调节器被供电并且没有负载连接到电压调节器，则电压调节器所消耗的电流量被称为静态电流。静态电流可能相对较小(例如，在几微安(μΑ)级)。换言之，当电压调节器没有输送任何电流时，静态电流是电压调节器所消耗的电流量。
[0020]为了减小瞬态响应时间，一些技术提出了提高静态电流。然而，提高静态电流可能是不希望的，因为这减少了电池的寿命(例如，电池更快地放电，必须输送更高的静态电流水平)。
[0021]本公开描述了一种电压调节器，该电压调节器在最小化电压下冲和过冲的同时提供快速瞬态响应时间。此外，本公开描述了在最小电压过冲和下冲的情况下的快速瞬态响应时间的技术，这不需要静态电流的增加或连接到电压调节器的输出的电容器的电容的增加。
[0022]如本文更详细描述的，电压调节器包括两个部分:驱动器和功率级。在本公开中描述的技术中，功率级包括连接到电压调节器的输出的多个不同尺寸的晶体管。晶体管中的每一个的栅极可以通过一个或多个电阻器连接到另一晶体管的栅极。例如，第一晶体管的栅极可以通过第一电阻器连接到第二晶体管的栅极，并且第二晶体管的栅极可以通过第二电阻器连接到第三晶体管的栅极。在该示例中，第一晶体管的栅极通过一个电阻器(例如，第一电阻器)连接到第二晶体管的栅极，第二晶体管的栅极通过一个电阻器(例如，第二电阻器)连接到第三晶体管的栅极，并且第一晶体管的栅极通过两个电阻器(例如，第一和第二电阻器)连接到第三晶体管的栅极。
[0023]通过经由一个或多个电阻器连接功率级的晶体管的栅极，电阻器可以被认为使晶体管彼此去耦合。通过电阻器使晶体管彼此去耦合可以最小化驱动器响应于电压调节器需要输送的电流量的改变而初始地充电或放电的寄生电容量。
[0024]晶体管的寄生电容是影响瞬态响应时间的因子之一。寄生电容的一个示例是晶体管的栅-源电容。为了使输出电压稳定回到恒定电压输出电平，电压调节器的驱动器可以对寄生电容进行充电或放电，这需要时间。寄生电容的充电或放电速率是由寄生电容提供的电容量的因子，并且由寄生电容提供的电容量是晶体管的尺寸的因子。
[0025]因此，晶体管的寄生电容的充电或放电速率是该晶体管的尺寸的因子。而且，因为晶体管的栅极连接到各个电阻器，所以晶体管的寄生电容的充电或放电速率也基于串联连接到各个晶体管的栅极的电阻器。
[0026]在本公开中描述的技术中，电压调节器的驱动器可以直接驱动第一最小晶体管的栅极(例如，可能不存在电阻器或具有连接到最小晶体管的栅极的最小电阻的电阻器)。然而，能够使驱动器通过电阻器来驱动第一最小晶体管的栅极。电压调节器的驱动器可以通过连接到第二晶体管的栅极的电阻器来驱动第二下一个最小晶体管的栅极。电压调节器的驱动器可以通过连接到第三晶体管的栅极的电阻器来驱动第三下一个最小晶体管的栅极等。
[0027]例如，电压调节器的驱动器将电流输出到电压调节器的功率级的晶体管。以该方式，如果存在电压