專利名稱：低壓降調節器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓降(LDO)電壓調節器電路。尤其是，本發明涉及限制這種調節器中的短路電流。
背景技術：
盡管安裝有LDO調節器的電路的常用供給電壓中有波動，但是LDO調節器提供穩定的輸出電壓。當包含有LDO調節器的電路被上電時，或偶然發生調節器輸出短路時，需要限制輸出電流以避免發生故障。為了限制這種短路電流，可以考慮使用專門的限流電路。這些電路包括反饋回路， 當輸出電流大于基準電流時，所述反饋回路測量調節器的輸出電流，然后將其與基準電流進行比較以對調節器進行操作。
圖1示出這種限流電路。可以看出，在這種電路中有兩個特定的功能單元。第一單元RE⑶Ll表示調節器的電壓調節回路。該調節回路允許維持穩定的輸出電壓v。ut。第二單元LIMITl表示限流回路。在下文中，僅考慮限流回路。讀取電路時，本領域的技術人員能夠理解調節回路的運作。為了獲取輸出電流I。ut，PMOS復制晶體管TlO設置成復制從PMOS功率晶體管Tll 產生的輸出電流。為了簡化描述，自晶體管Tll的電流被包含在輸出電流中。與晶體管產生的電流相比，調節回路的電阻所吸取的電流是可以忽略的。晶體管TlO和Tll是硅片上的成對晶體管，并且設置成晶體管TlO的柵極連接到晶體管Tll的柵極，且晶體管TlO的源極連接到晶體管Tll的源極。因此，晶體管TlO的漏極電流Imimff與晶體管Tll的漏極電流I。ut是成比例的。晶體管TlO和Tll具有相同的物理特性。尤其是，它們具有相同的柵極長度L。然而，它們具有不同的柵極寬度WlO和W11。實際上，Tll的柵極寬度Wll遠大于TlO的柵極寬度W10。
W因此，通過使用MOS晶體管的線性模型，得到J- = ^r · 1^irror。
yvXQ晶體管TlO的漏極連接到比較器COMPl的非反相輸入端和電阻R1(l。比較器的反相輸入端連接到與第二電阻R11平聯的基準電流源Iref。電阻Rltl和R11中的每一個具有接地端。例如，電阻Rltl和R11具有相同的R值。因此，比較器COMPl的輸出電壓Vsltl與電流Imimff (與輸出電流I。ut成比例)和基準電流Im之差是成比例的。比例系數是電阻R和比較器的增益Gltl的乘積。比較器的輸出端連接到PMOS晶體管TlO和Tll的柵極。因此，使用小信號模型，電流I。ut與比較器的輸出電壓是成比例的，比例系數為晶體管Tll的增益Gmp。因此，可以以下列方式建模信號Vslo = G10. R. (Imirror-Iref)Iout = -Gmp. Vslo.最后，可以根據IMf，利用下列公式計算I。ut
Γ r Wu Gmp-G\0'R τ+由于開環增益Gmp. Gltl. R非常高，可以以。= ./^/ 簡化I。ut的公式。因此，可以看出，通過選擇和Wltl的值，可以設置輸出電流。在此限流回路中，電流消耗是非常高的。此外，當功率晶體管Tll的尺寸減小時， 這種消耗的增長甚至更大。下列提供一些值以說明這種消耗。表1
由比較器COMPl所消耗的電流Iad = 4uA輸出電流Iout = 200mA基準電流Iref = 1 μ A晶體管Tll的柵極寬度W11 = 32000 μ m晶體管Tio的柵極寬度W10 = ΙΟμιη晶體管T10和T11的柵極長度L = 0. 2 μ m通過將基準電流、鏡像電流和由比較器所消耗的電流相加可以近似計算出由限流回路所消耗的電流Itl Iq Iref+Iad+Imirror或者為Iq = Iref + 1 ad + 10使用上表中的數據，可以得出電流Itl = 67. 5 μ A0對LDO調節器的要求嚴格控制電流消耗小于150 μ Α。因此，限流回路已經消耗接近目標值一半的電流。為了減小這種消耗，可以減小W10。然而，電路的結構不允許對此參數降低太多。 可以考慮增加Wn。然而，由于輸出電流取決于W11，此處幾乎沒有調整的空間。此外，因為可能具有2000或更高的表面積比率的差異，使得晶體管TlO和Tll的配對變得很難，因此限流回路的精度非常低。圖2示出LDO電路中這些晶體管的分布狀況。可以看出，由于幾乎硅的整個表面積被Tii所占據，因此，很難配對這兩種晶體管。
可以與由晶體管TlO復制電流的精度相比較來估計限流回路的精確度。標準偏差在重新復制電流時根據相對誤差計算，并且重新復制的精度被估計為標準偏差的六倍。然
其中Vgt為晶體管TlO的柵極和源極之間的電壓與晶
后，精度表示為
權利要求
1.一種低壓降電壓調節器，包括輸出端子，所述輸出端子用于提供根據基準電壓調節的輸出電壓(v。ut)，且用于提供輸出電流(I。ut)，并且所述低壓降電壓調節器還包括輸出電流限制單元(LIMIT3)，所述單元包括-輸出電流復制模塊(T31)，所述輸出電流復制模塊用于提供所述輸出電流的鏡像電☆丨L (Imirror)，-比較模塊(C0MP31、C0MP32)，所述比較模塊用于比較所述鏡像電流與基準電流(Iref)，-反饋模塊(C0MP31、C0MP32、I 35、REGUL3)，當所述鏡像電流大于所述基準電流時，位于所述調節器中的所述反饋模塊用于限制所述輸出電流， 其中，所述鏡像電流被注入到所述輸出端子。
2.如權利要求1所述的調節器，其中，所述基準電流被注入到所述輸出端子。
3.如前述任一項權利要求所述的調節器，其中，所述比較模塊包括-第一輸入，所述第一輸入與第一電勢連接，所述第一電勢是所述輸出電壓和所述鏡像電流的強度的函數，及-第二輸入，所述第二輸入與第二電勢連接，所述第二電勢是所述輸出電壓和所述基準電流的強度的函數。
4.如權利要求3所述的調節器，其中，-所述輸出端子為第一 PMOS功率晶體管(T30)的漏極，-所述輸出電流復制模塊包括與所述第一晶體管成對的第二 PMOS晶體管，所述第一晶體管的柵極連接到所述第二晶體管的柵極且所述第一晶體管的源極連接到所述第二晶體管的源極，-所述比較器的輸出連接到所述第一晶體管的柵極和所述第二晶體管的柵極， 所述調節器還包括-第一電阻(R33),所述第一電阻設置在所述輸出端子和所述比較器的所述第一輸入之間，及-第二電阻(R34),所述第二電阻設置在所述輸出端子和所述比較器的所述第二輸入之間。
5.一種包括如權利要求1至4中任一項所述的調節器的裝置。
6.一種用于控制低壓降電壓調節器的方法，所述低壓降電壓調節器包括輸出端子，所述輸出端子用于提供根據基準電壓調節的輸出電壓(V。ut)，且用于提供輸出電流(I。ut)，并且所述低壓降電壓調節器還包括輸出電流限制單元(LIMIT3)，所述方法包括復制(S60)所述輸出電流以提供所述輸出電流的鏡像電流(ImimJ， 比較(S61)所述鏡像電流與基準電流(Iref),當所述鏡像電流大于所述基準電流時，給所述調節器提供反饋(S6!3)，以限制所述輸出電流，及將所述鏡像電流注入(S64)到所述輸出端子。
7.如權利要求6所述的方法，還包括-將所述參考電流注入到所述輸出端子。
全文摘要
本發明提出一種低壓降電壓調節器，包括輸出端子，所述輸出端子用于提供根據基準電壓調節的輸出電壓(Vout)，且用于提供輸出電流(Iout)，并且所述低壓降電壓調節器還包括輸出電流限制單元(LIMIT3)，所述單元包括復制部件(T31)，所述復制部件用于復制所述輸出電流以提供所述輸出電流的鏡像電流(Imirror)，比較部件(COMP31、COMP32)，所述比較部件用于比較所述鏡像電流與基準電流(Iref)，反饋部件(COMP31、COMP32、R35、REGUL3)，當所述鏡像電流大于所述基準電流時，所述反饋部件用于給調節器提供反饋以限制所述輸出電流，并且所述鏡像電流被注入到所述輸出端子。
文檔編號G05F1/573GK102597900SQ201080036749
公開日2012年7月18日 申請日期2010年7月15日 優先權日2009年7月16日
發明者亞歷山大·龐斯 申請人:意法愛立信有限公司