[發(fā)明專利]一種快速啟動的線性穩(wěn)壓器及電子電路

有效

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• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113220064B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜睿;朱從義
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州華太電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種快速啟動的線性穩(wěn)壓器及電子電路，所述線性穩(wěn)壓器電路包括修調(diào)信號發(fā)生器、帶隙基準(zhǔn)電路和穩(wěn)壓器主體電路，修調(diào)信號發(fā)生器用于產(chǎn)生修調(diào)信號；帶隙基準(zhǔn)電路與修調(diào)信號發(fā)生器相連，用于接收修調(diào)信號，根據(jù)修調(diào)信號對參考電壓進(jìn)行校準(zhǔn)并輸出；穩(wěn)壓器主體電路與帶隙基準(zhǔn)電路直接相連，用于根據(jù)參考電壓產(chǎn)生目標(biāo)輸出電壓供給負(fù)載。本發(fā)明通過將修調(diào)功能集成在帶隙基準(zhǔn)電路中，無需插入級聯(lián)式的修調(diào)緩沖級，可以顯著縮短穩(wěn)壓器整體的上電建立時(shí)間，同時(shí)降低系統(tǒng)功耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于穩(wěn)壓器系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速啟動的線性穩(wěn)壓器及電子電路。

背景技術(shù)

現(xiàn)有常規(guī)的具有輸出電壓修調(diào)功能的線性穩(wěn)壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，為了提高輸出電壓的精度，需要在Bandgap(帶隙基準(zhǔn))和穩(wěn)壓器主電路之間插入修調(diào)緩沖器(Trimming Buffer)，形成三級功能模塊的級聯(lián)結(jié)構(gòu)。而Trim-code Generation模塊作為二進(jìn)制修調(diào)碼產(chǎn)生電路，通常通過Fuse熔絲以及相應(yīng)讀出電路產(chǎn)生二進(jìn)制修調(diào)碼(TrimCode)，該修調(diào)碼作為修調(diào)緩沖器(Trim Buffer)的輸入控制信號，改變其輸出參考電壓，進(jìn)而對穩(wěn)壓器(Regulator)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。

該系統(tǒng)需要分級啟動，即首先建立起帶隙基準(zhǔn)(Bandgap)輸出，再建立修調(diào)緩沖器(Trim Buffer)參考電壓輸出，最后是穩(wěn)壓器狀態(tài)的建立。因此系統(tǒng)總延時(shí)是三級級聯(lián)系統(tǒng)中各級電路的延時(shí)之和。該方案中，對于帶隙基準(zhǔn)電路，常規(guī)結(jié)構(gòu)的串聯(lián)電壓型帶隙基準(zhǔn)如圖2所示，其帶隙電路核心部分采用兩路襯底PNP管實(shí)現(xiàn)，其與標(biāo)準(zhǔn)P型襯底的CMOS工藝兼容。其輸出電壓的表達(dá)式為：

其中N為兩PNP管尺寸之比，通常取8或5以實(shí)現(xiàn)版圖的匹配(以尺寸小的PNP為單元管，尺寸大的PNP由8個(gè)或5個(gè)重復(fù)的單元管構(gòu)成)。此時(shí)由于V_BE為負(fù)溫度系數(shù)，V_T為正溫度系數(shù)，通過調(diào)節(jié)電阻R和Rt的比例即可實(shí)現(xiàn)0溫度系數(shù)的電壓輸出。串聯(lián)型帶隙基準(zhǔn)存在一些問題，首先是難以實(shí)現(xiàn)低于1V的參考電壓；另外由于通常考慮到版圖的匹配的因素，只能通過調(diào)節(jié)R和Rt的比值以實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)電壓輸出，這也就意味著如果通過修調(diào)R或Rt實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，將同時(shí)影響到輸出電壓的溫度系數(shù)。因此采用串聯(lián)電壓型帶隙基準(zhǔn)的線性穩(wěn)壓器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通常是通過修改修調(diào)緩沖器(Trim Buffer)的輸出電壓來對穩(wěn)壓器輸出進(jìn)行修調(diào)。

常規(guī)的修調(diào)緩沖器(Trimming Buffer)單元結(jié)構(gòu)，如圖3所示，通過閉環(huán)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。具體實(shí)現(xiàn)方式為：通過修調(diào)碼改變圖3中可調(diào)電阻Rv的阻值，從而調(diào)整輸出電壓V_OUT。

但是，該緩沖級輸出電壓隨時(shí)間建立的大信號過程主要依靠提高主極點(diǎn)的擺率(Slew-rate)進(jìn)行加速，這通常需要提高相應(yīng)支路的偏置電流，與系統(tǒng)低功耗的需求往往是矛盾的。而該緩沖級輸出電壓隨時(shí)間建立的小信號過程表示如下：

其中τ為時(shí)間常數(shù)，τ＝1/(2π×GBW)，GBW為環(huán)路單位增益帶寬。環(huán)路單位增益帶寬越大，緩沖級的建立時(shí)間越短。相應(yīng)的，提高帶寬通常也意味著運(yùn)放靜態(tài)電流的增長，這同樣與低功耗的系統(tǒng)需求是矛盾的。

總的說來，常規(guī)方案在系統(tǒng)功耗受限的條件下，其插入Trimming buffer的方式會顯著增加整體系統(tǒng)的啟動時(shí)間。

因此，如何提供一種能夠快速啟動的且具有輸出電壓修調(diào)功能的線性穩(wěn)壓器，是一個(gè)急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種快速啟動的線性穩(wěn)壓器及電子電路，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：一種快速啟動的線性穩(wěn)壓器，包括：

修調(diào)信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生修調(diào)信號；