[發明專利]電壓轉換器

在審

• 申請號: 201811063339.0
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN110896276A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 莊文賢;余岱原;邱偉茗
• 申請（專利權）人: 深圳市南方硅谷微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 深圳市明日今典知識產權代理事務所(普通合伙) 44343
• 代理人: 王杰輝

本發明為一種電壓轉換器，包括：一主晶體管、一運算放大器、一第一電容器、一第二電容器、一第一電阻、一第二電阻以及一阻抗。主晶體管的源極端連接至第一供應電壓，柵極端接收誤差電壓，漏極端產生第二供應電壓。運算放大器的負輸入端連接至參考電壓，正輸入端連接至一節點，輸出端產生誤差電壓。第一電容器連接于主晶體管柵極端與接地端之間。第二電容器連接于主晶體管柵極端與漏極端之間。第一電阻連接于主晶體管漏極端與節點之間。第二電阻連接于節點與接地端之間。以及，阻抗連接于主晶體管的源極端與節點之間。

技術領域

本發明涉及一種電壓轉換器，且特別涉及一種利用共軛復數零點技術(complexconjugate zeros technique)設計的高(high)電源抑制(power supply rejection，簡稱PSR)低壓差(low dropout，簡稱LDO)電壓轉換器(High-PSRR LDO voltage regulator)。

背景技術

請參照圖1，其示出了電源系統示意圖。電源系統10提供供應電壓Vout至負載16。電源系統10包括一直流/直流切換電路(DC-DC switching converter)12與電壓轉換器14。其中，電壓轉換器14為低壓差電壓轉換器(LDO voltage regulator)。

舉例來說，直流/直流切換電路12接收3.3V的供應電壓(supplying voltage)并產生直流1.6V(DC 1.6V)的供應電壓至低壓差電壓轉換器14。低壓差電壓轉換器14再轉換為直流1.3V(DC 1.3V)的供應電壓至負載16。

電源抑制比(power supply rejection ratio，簡稱PSRR)是運用在電壓轉換器14的參數，用來代表電源轉換器16對電源雜訊的抑制能力。

以圖1的電壓轉換器14為例，電壓轉換器14接收直流1.6V的供應電壓并產生直流1.3V的供應電壓。其中，在接收直流1.6V的供應電壓中，其漣波(ripple)變化量為ΔVin；在產生直流1.3V的供應電壓中，其漣波變化量為ΔVout。因此，電源抑制比的定義即為PSRR＝ΔVout/ΔVin。

換言之，電壓轉換器14的電源抑制比PSRR的數值越低代表電壓轉換器14電源抑制(PSR)的能力越佳。另外，電壓轉換器14的電源抑制比PSRR會隨著漣波的頻率而改變。因此，電源抑制比PSRR會跟電壓轉換器14的開回路頻寬(open loop bandwidth，開環帶寬)成正比。

為了要維持低壓差電壓轉換器的穩定度(stability)以及高增益(higher gain)，將無法設計出具備較寬的開回路頻寬的電壓轉換器14，所以在百萬赫茲等級的中頻帶(MHz)附近，電壓轉換器14的電源抑制比PSRR會比較差，亦即電源抑制比PSRR的數值會較高。

請參照圖2A與圖2B，其示出了現有電壓轉換器及其電源抑制比PSRR與頻率的關系圖。此電壓轉換器公開于期刊，“Analysis and design of monolithic,high PSR,linearregulators for SoC applications”IEEE Intl.SoC Conf.,pp.311-315,2004年9月。

在該電壓轉換器中，參考電壓Vref為1.2V，電阻R為30K歐姆、電流源提供200μA的電流，電容器Cm為25pF，電容器Cout為100pF時，其電源抑制比PSRR與頻率的關系圖即如圖2B所示。

明顯地，當漣波的頻率在幾千赫茲等級(1E+03)時，電源抑制比PSRR的數值很低，約在-75dB。當漣波的頻率在百萬赫茲等級的中頻帶(1E+06)時，電源抑制比PSRR的數值變高，約在-20dB。也就是說，在漣波的頻率在百萬赫茲等級的中頻帶時，現有電壓轉換器的電源抑制(PSR)能力會比較差。

發明內容