[发明专利]低噪声电压调节器和具有快速稳定和低功率消耗的方法

说明书

背景技术

本发明总体上涉及低压降电压调节器（LDO电压调节器），更具体地，涉及在中频和高频提供低噪声、调节输出电压的快速稳定、及低功率消耗的改进。

各种数字逻辑电路和尤其是如模拟前端电路的其他集成电路，使用各种现代集成电路制造工艺能够即刻即在几皮秒至几纳秒内制造，其电力消耗（并且因此功率消耗）在零和最大值例如5至150毫安之间变化。同时，由电压调节器提供到此种数字逻辑电路和如模拟前端电路的其他集成电路的供应电压要求非常精确的调节。对于一些应用（例如，无线电及电容传感器）在调节供应电压中要求在信号频率非常低的噪声水平，因为此噪声可以与主信号混合。遗憾地是，需要降低较高噪声水平的电路也会降低应用调节供应电压的电路或系统的精确度。借助于负载电容器的滤波可以实现在高频的低噪声。为实现此滤波的优点，提供供应电压的电压调节器必须慢速，带宽显著小于信号带，例如低于信号带10至100倍/是信号带的1/10到1/100。同时，对于上述应用的调节供应电压从由这样的应用所要求的负载电流的量中较大的、非常快速的变化的恢复期间应该能够在非常快速地稳定到所要求的供应电压值。

LDO电压调节器输出信号的快速稳定要求使用快速电压反馈回路。遗憾地是，这与上述噪声滤波相反，并要求LDO电压调节器具有较大的电流供应能力，例如约10至100倍于LDO电压调节器的正常或静态电流，以便快速地充电和/或放电在其上施加调节电压的用户应用或负载。

已知的包括2个反馈回路的快速LDO电压调节器可以实现负载稳定时间，该稳定时间主要由LDO电压调节器的最大输出电流能力限制。在这样的已知的快速LDO电压调节器中可以在单个增益级中提供多个电流增益增强路径。现有技术图1示出这样的LDO电压调节器10-1，其可以提供非常快速响应的负载电压调节，具有响应于由一个负载要求的电流的量的阶跃变化的快速反应时间（例如在其上施加调节电压的诸如集成数字逻辑电路的负载或电容触摸传感器），而没有实质上增加LDO电压调节器的功率消耗，并且没有需要使用较大的外部负载旁通电容器。现有技术图1的快速LDO电压调节器类似于伊万诺夫（Ivanov）等人2009年12月15日提交的题目为“Low Drop Voltage Regulator with Instant Load Regulations and Method（具有即刻负载调节低压降电压调节器和方法）”的共有的美国专利7,633,280的图2中所示的快速LDO电压调节器。

现有技术图1示出高速、低功率LDO电压调节器10-1，其包括具有差分耦合N-沟道晶体管M0和M1、P沟道有源负载晶体管M2和M3、及尾电流源4的输入级。LDO电压调节器10-1还包括具有P-沟道传输晶体管M7、N-沟道下拉晶体管M5、N-沟道共源共栅晶体管M6、以及在共源共栅晶体管M6的栅极上提供恒定偏压V0的电压源11的输出级。增益级被耦合在差分输入级和输出级之间，并包括P-沟道源极跟随器晶体管M4和电阻器R5。

输入晶体管M0和M1的源极连接到尾电流源4。输入晶体管M0的栅极连接到参考电压Vref，并且输入晶体管M1的栅极由导体5连接到在电阻器R1和R2之间的接头。负载晶体管M2和M3的源极与源极跟随器晶体管M4连接到在其上产生调节输出电压Vout的调节输出电压导体6。输入晶体管M0和M1的漏极由导体2和3分别连接到有源负载晶体管M2和M3的漏极。负载晶体管M2和M3的栅极连接到导体2并且它们的源极连接到输出导体8。电阻器R1连接在输出导体8和导体5之间，导体5连接到输入晶体管M1的栅极，电阻器R2连接在导体5和V_SS之间以便电阻器R1和R2形成分压器。源极跟随器晶体管M4的栅极由导体3连接到输入晶体管M1和有源负载晶体管M3的漏极，并且还连接到补偿电容器C0的一个端子。源极跟随器晶体管M4的源极由输出导体8连接到Vout。