低壓降穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明方案涉及低壓降穩(wěn)壓。根據(jù)一個或多個實施例，裝置包括電荷泵，其使用參考電壓生成輸出；低壓降(LDO)穩(wěn)壓器電路；限流和限壓電路。LDO電路包括放大器，其由電荷泵供電并且使用電壓供應(yīng)線上的電壓提供LDO電壓輸出。限壓電路包括晶體管，耦合在電壓供應(yīng)線與LDO穩(wěn)壓器電路之間，并且具有由電荷泵驅(qū)動的柵極。限壓電路操作以基于電荷泵的輸出例如通過以下來限制耦合在電壓供應(yīng)線與LDO穩(wěn)壓器電路之間的電壓：在低壓條件下，經(jīng)由晶體管的源極/漏極連接將電壓供應(yīng)線處的電壓耦合到LDO穩(wěn)壓器電路，并且在電壓供應(yīng)線上的高壓條件下(例如，在電荷泵的全/最大操作電壓處或之上)，(經(jīng)由電流跟隨操作)將受限電壓提供給LDO穩(wěn)壓器電路。
【專利說明】低壓降穩(wěn)壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]多種示例性實施例涉及電源和穩(wěn)壓型(regulation-type)電路及其實施方式。
【背景技術(shù)】
[0002]很多電路受益于和/或?qū)崿F(xiàn)具有變化的特性的電源，并且具有可能本質(zhì)上受限的功率要求。例如，期望為很多便攜式設(shè)備、靈敏型電子設(shè)備等提供處于特定電壓電平的電源。
[0003]向某些電路提供某一受限電壓可能富有挑戰(zhàn)性，例如，當同一設(shè)備中的其它電路可以實現(xiàn)與期望功率相比更高的功率時，或者當電源容易受到不期望的特性的影響時。例如，源自墻上(AC)插座或者車載電力出口的電源電壓容易受到波動的影響，并且可能是有噪聲的且不凈的。這可能在從相同的輸入源向電池充電時導(dǎo)致振鈴(ringing)。此外，高壓條件可能是由使用有故障的充電器而造成的，或者是由針對電池充電器使用的LDO電源電壓處的過沖和下沖而造成的。在其它應(yīng)用中，在設(shè)備中提供的正常功率對于其中某些電路而言實在太高。
[0004]在一些應(yīng)用中，在某一時間段期間，電源被限流，這會限制電路從被限流的電源汲取功率。汲取更多的電流導(dǎo)致電源上的電壓降，這可能導(dǎo)致在多種電源接口(例如，USBOn-The-Go設(shè)備接口)中關(guān)斷供電，如果外圍設(shè)備汲取與針對該外圍設(shè)備設(shè)置的電流閾值相比更大的電流，則這將關(guān)斷對外圍設(shè)備的供電(并且停止與外圍設(shè)備的通信)。
[0005]對于各種應(yīng)用而言，這些問題和其它問題對于提供期望的功率電平和質(zhì)量提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]多種示例性實施例涉及電源和穩(wěn)壓型電路及其實現(xiàn)。
[0007]根據(jù)示例性實施例，一種裝置包括:參考電壓供應(yīng)電路，其使用易受波動影響的電壓供應(yīng)線來提供參考電壓；電荷泵，其使用所述參考電壓來生成輸出:低壓降(LDO)穩(wěn)壓器電路；以及限壓電路。LDO電路包括放大器，其由電荷泵輸出供電并且使用電壓供應(yīng)線上的電壓來提供LDO電壓輸出。限壓電路包括晶體管，其經(jīng)由限流電路耦合在電壓供應(yīng)線與LDO穩(wěn)壓器電路之間，并且具有由電荷泵驅(qū)動的柵極。限壓電路操作以基于電荷泵的輸出來限制耦合在電壓供應(yīng)線與限流電路和LDO穩(wěn)壓器電路中的每一個之間的電壓。限壓電路將外部電源電壓線限制到由最小電荷泵輸出或外部電源電壓線驅(qū)動的合理電壓，并且可以實現(xiàn)為減輕或防止針對從外部電源電壓線的電壓接收功率的限流電路和LDO電路的柵極氧化物應(yīng)力(gate oxide stress)。
[0008]另一個示例性實施例涉及一種具有電荷泵的裝置，所述電荷泵被耦合以使用接收的參考電壓生成輸出電壓，并且被耦合以向具有源極、漏極和柵極的晶體管的柵極提供輸出。電容器耦合在電荷泵輸出與地(或者參考電壓電平)之間，并且還耦合到柵極。因此，電容器響應(yīng)于外部電源電壓線電壓的電壓電平的瞬變階躍(transient st印)，限制柵極電壓增加，并且確保不會相對于這些瞬變而耦合電荷泵輸出。限流電路耦合到晶體管的源極，其中，晶體管的漏極連接到電壓供應(yīng)線，并且可操作以響應(yīng)于電荷泵的電壓輸出來將電壓耦合到源極。限流電路確保從外部電源電壓線電壓汲取的電流不會超過某一界限(例如，其是經(jīng)由限流開關(guān)的特性來設(shè)置的，并且是為具體應(yīng)用而定制的)，這使得外部電壓線產(chǎn)生壓降。該裝置還包括:放大器，耦合到電荷泵的輸出電壓并且由電荷泵的輸出電壓供電；以及另一 NMOS晶體管，其具有耦合到放大器的輸出的柵極、和分別耦合在限流電路與接地電路之間的晶體管漏極和源極。
[0009]上面的討論/概述并不旨在描述本公開的每一個實施例或每一個實現(xiàn)。下面的附圖和詳細描述也舉例說明了多個實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在考慮了結(jié)合附圖給出的以下詳細描述以后，可以更全面地理解各個示例性的實施例，在附圖中:
[0011]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的低壓降穩(wěn)壓器(LDO)電路；
[0012]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的另一個LDO電路；
[0013]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的另一個LDO電路；
[0014]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的LDO電路的操作的流程圖；以及
[0015]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的LDO電路的信號圖。
【具體實施方式】
[0016]本文討論的各個實施例能夠具備修改和替換形式，已經(jīng)在附圖中通過舉例說明的方式示出了其方案，并且將詳細描述其方案。然而，應(yīng)當理解的是，并不旨在將本發(fā)明限制于所描述的特定實施例。相反，旨在涵蓋落入包括權(quán)利要求中定義的方案在內(nèi)的本公開的范圍內(nèi)的所有修改、等同形式和可替換形式。此外，貫穿本申請使用的術(shù)語“示例”僅是說明性的而非限制性的。
[0017]本公開的方案可應(yīng)用于各種不同類型的裝置、系統(tǒng)和方法，其涉及過流或過壓型保護電路、限流的電源電壓和限流的電源接口電路中的一個或多個。雖然不一定如此限制，但是可以通過使用該上下文對示例進行討論來理解各個方案。
[0018]各個示例性的實施例涉及NMOS低壓降(LDO)穩(wěn)壓器電路，其可以使用擴展漏極(extended drain)器件維持高輸入電源電壓和/或?qū)扡DO輸入范圍。使用電荷泵的供電來管理更高(例如，25V)的電源電壓，使得通過反饋偏置(back bias)保護，更高的電源電壓線不會耦合到內(nèi)部節(jié)點(例如，在有關(guān)的條件下，例如，當LDO輸出為3V并且輸入電源電壓線為OV時，LDO輸出電流不會耦合到輸入電源電壓)。該方法促進了擴展漏極開關(guān)，其在低歐姆狀態(tài)下以低電源電壓工作并且在高歐姆狀態(tài)或限壓下作為源極跟隨器以更高的電源電壓工作(例如，其可以是可以容忍高柵極-漏極電壓而不是高柵極-源極電壓的可應(yīng)用器件)。擴展漏極展示出低歐姆壓降，并且當電源電壓線為低或者接近LDO輸出電壓時，不會對LDO壓降做出顯著貢獻。
[0019]在更具體的實施例中，向高壓擴展漏極NMOS晶體管的柵極提供約5.5V的電荷泵輸出，所述晶體管具有高柵極-漏極擊穿電壓和更高的漏極襯底擊穿電壓，但是具有低柵極-源極擊穿電壓。擴展漏極NMOS晶體管用于將至LDO的內(nèi)部供電壓限制為小于約5.5V。當電源電壓較高時，擴展NMOS晶體管的漏極用作電流源，限制電流和電壓的量，從而將源極或內(nèi)部供電限制為耦合到電荷泵輸出電壓的柵極電壓。在低電源電壓(例如，針對外部電源電壓電平小于電荷泵電壓的輸出電壓減去擴展漏極NMOS晶體管的閾值)處，擴展NMOS晶體管的漏極用作電阻器(例如，開關(guān))，并且引起從LDO電源電壓到輸出的低壓降。
[0020]各個實施例涉及一種LDO穩(wěn)壓器電路，實現(xiàn)用于從USB纜線(例如，用于墻上(AC)插座或汽車充電器、塢站和/或諸如膝上型計算機和平板電腦等的便攜式設(shè)備)接收LDO電源電壓。在這些應(yīng)用中，電源電壓容易受到波動的影響，并且可能是有噪聲的且不凈的，特別是使用較長的USB纜線更是如此，如在上面的背景中所討論的。這些問題可能在從相同的輸入供電向電池充電時、在連接USB端口的熱插拔事件期間或者在LDO需要保護內(nèi)部電路免遭電源線上的高壓的錯誤操作條件下導(dǎo)致振鈴。因此，這些實施例解決了這些問題以及與高電源電壓有關(guān)的問題，這可能涉及有故障的充電器或者當LDO電源電壓用于對主機電池充電器進行充電并且在LDO電源電壓處引起過沖和下沖時發(fā)生。
[0021]可以根據(jù)各種示例性實施例中的一個或多個來實現(xiàn)本文所討論的諸如LDO型的穩(wěn)壓器等穩(wěn)壓器電路。根據(jù)更具體的實施例，這種裝置包括參考電壓供應(yīng)電路，例如，帶隙供應(yīng)電路，其使用經(jīng)由外部電源線提供的電壓來提供參考電壓，其中，所述外部電源線容易受到電壓波動的影響。電荷泵使用參考電壓生成輸出，并且將輸出提供給低壓降(LDO)穩(wěn)壓器電路和限壓電路。LDO電路包括放大器，其由電荷泵供電并且使用經(jīng)由限壓電路耦合的電壓來提供LDO電壓輸出。限壓電路包括晶體管，耦合在外部電源電壓線與LDO穩(wěn)壓器電路之間，并且具有由電荷泵驅(qū)動的柵極。限壓電路操作以基于電荷泵的輸出，例如通過以下方式來限制耦合在外部電源電壓線與LDO穩(wěn)壓器電路之間的電壓:在外部低電壓供應(yīng)條件下，經(jīng)由晶體管的源極/漏極連接將電壓供應(yīng)線處的電壓耦合到LDO穩(wěn)壓器電路，并且在外部電壓供應(yīng)線上的高壓條件下(例如，在電荷泵的全/最大操作電壓處或之上)，將受限電壓(被限制到與電荷泵輸出減去/減少擴展漏極NMOS晶體管的閾值電壓相對應(yīng)的電壓電平)提供給LDO穩(wěn)壓器電路。
[0022]在一些實現(xiàn)中，限壓電路響應(yīng)于電壓供應(yīng)線上的電壓超過電荷泵的最大操作輸出電壓(即，在LDO穩(wěn)壓器電路的正常操作下)，作為源極跟隨器操作，并限制向LDO穩(wěn)壓器電路提供的電壓。限壓電路還響應(yīng)于電壓供應(yīng)線上的電壓小于電荷泵的最大操作輸出電壓，作為電阻性開關(guān)操作，以將外部電源電壓傳遞到LDO穩(wěn)壓器電路。
[0023]另一個示例性實施例涉及如下所述的低壓降(LDO)穩(wěn)壓器電路。電荷泵使用參考電壓生成輸出電壓，并且提供該輸出來驅(qū)動晶體管，該晶體管具有源極、漏極和柵極，漏極連接到外部電源電壓線，而柵極耦合到電荷泵的電壓輸出。響應(yīng)于電荷泵的電壓輸出，晶體管將電壓耦合到其源極。在電荷泵或柵極與地之間耦合了電容器，并且該電容器操作以響應(yīng)于外部電源電壓線的電壓電平的瞬變階躍，限制柵極電壓增加。限流電路耦合到晶體管的源極。放大器耦合到電荷泵的輸出電壓并且由該輸出電壓供電，晶體管具有耦合到放大器電路的輸出的柵極和耦合在限流電路和接地電路之間的源極和漏極。
[0024]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的低壓降穩(wěn)壓器(LDO)電路100。電路100包括限壓電路100，該限壓電路100具有擴展漏極NMOS設(shè)備112，其限制在電壓供應(yīng)線/接口 120與限流電路113和LDO電路130之間提供的電壓，所述電壓供應(yīng)線容易受到高壓條件(例如，高于LDO電路的操作電壓)的影響。NMOS器件112的柵極由電荷泵140以其輸出142進行驅(qū)動，該輸出142還耦合到LDO電路130。電荷泵的輸出142由提供參考電壓的內(nèi)部電壓源150饋送。在一些實現(xiàn)中，利用包括比較器160、162和164的上電復(fù)位電路，將參考電壓提供給電荷泵140。NMOS器件112具有耦合到電壓源120的漏極和耦合到限流電路的源極，以向LDO電路130提供內(nèi)部電壓。LDO電路包括放大器132，其耦合到電荷泵并由電荷泵供電并且驅(qū)動耦合到NMOS器件112與地之間的晶體管134的柵極，以控制LDO電路的輸出電平。在某些實施例中，還將內(nèi)部電壓饋送給放大器132。
[0025]在一些實現(xiàn)中，當電壓供應(yīng)線的電壓電平低于電荷泵140的操作電壓(在該操作電壓處，電荷泵輸出最大操作電壓電平)時，限壓電路110作為處于閉合位置的開關(guān)操作以將電壓供應(yīng)線120耦合到LDO穩(wěn)壓器電路130 (例如，在電壓供應(yīng)線的電壓電平低于電荷泵140在正常的全功率操作下提供的電壓的情況下，電壓供應(yīng)線的電壓是直接耦合的)。當電壓供應(yīng)線120上的電壓高于由電荷泵140提供的最大操作電壓時，限壓電路110作為源極跟隨器進行操作，以將向LDO穩(wěn)壓器電路130和限流電路113提供的電壓限制到與經(jīng)由電荷泵提供的電壓(例如，減去NMOS器件112的閾值電壓以及其它損耗)相對應(yīng)的電平。在一些實現(xiàn)中，NMOS器件112呈現(xiàn)受限的柵極-源極電壓，其相應(yīng)地作為源極跟隨器或電阻性開關(guān)操作。
[0026]在更具體的示例性實施例中，參考電壓供應(yīng)電路包括帶隙參考電壓電路，其使用外部電源電壓線并且通過以下方式將參考電壓作為帶隙參考電壓來提供:響應(yīng)于所述外部電源電壓線上的波動而對過多的電流進行分流，以使向電荷泵和比較器提供的帶隙參考電壓維持在近似恒定的電平。在某些實現(xiàn)中，這種帶隙參考電壓供應(yīng)電路是根據(jù)題為“ ShuntRegulator”的美國專利申請序列號N0.13/618，444中描述的一個或多個方案來實現(xiàn)的,該美國專利申請與本文同時提交并且通過引用方式完全并入本文。
[0027]在實現(xiàn)時，包括比較器160、162和164的比較器電路基于外部電源上的電壓大于LDO穩(wěn)壓器電路可以以其操作的預(yù)定的低閾值電壓(該預(yù)定電壓是由針對LDO的最小壓降來定義的)，控制LDO穩(wěn)壓器電路130在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)下。在一些實現(xiàn)中，比較器160-164按如下方式控制LDO穩(wěn)壓器。響應(yīng)于LDO輸出上的電壓電平小于閾值電壓,在低電流模式下控制LDO穩(wěn)壓器。響應(yīng)于LDO輸出電壓電平大于閾值電壓，在高電流模式下控制LDO穩(wěn)壓器電路。根據(jù)對LDO輸出電壓的上電復(fù)位來測量這些閾值。在一些情況下，響應(yīng)于監(jiān)控外部電源電壓線的比較器輸出檢測到電壓電平低于LDO生成準確的輸出所需的最小電壓，并且當外部電源電壓線處于高壓電平時，將LDO穩(wěn)壓器電路切換到關(guān)閉狀態(tài)。在一些實例中，通過將外部電源電壓電平與帶隙參考電壓進行比較來執(zhí)行該控制。限流電路113確保從外部電源電壓線汲取的功率始終低于它可以傳送的最大功率，否則，在上電條件下，外部電源電壓線可能由于LDO輸出上的較大電容或負載瞬變而發(fā)生壓降，這可能錯誤地觸發(fā)比較器并且導(dǎo)致LDO不能操作。
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的另一個LDO電路200。例如，可以使用與上文結(jié)合圖1所討論的方法類似的方法來實現(xiàn)電路200。電路200是具有擴展漏極器件和低壓器件的基于NMOS的LDO電路，并且可操作以與外部電源電壓線205上的高輸入電源電壓[PWR](例如，高達25V) —起使用，并且向LDO電路提供受限電壓。電荷泵210提供輸出，該輸出耦合到擴展漏極NMOS晶體管220，該晶體管220具有分別(并聯(lián))耦合在外部電源電壓線205與限流電路230之間的相應(yīng)的內(nèi)置二極管222。電容器212操作以維持晶體管222的柵極上的電壓電平(例如，以解決瞬變尖峰)，晶體管222基于205上的電源電壓用作源極跟隨器或電阻器。
[0029]電荷泵210還向運算跨導(dǎo)放大器(OTA) 240提供輸出，其中，OTA 240提供耦合到復(fù)制偏置電路250的低壓降(LDO)電壓。參考電壓電路260向電荷泵210和OTA 240 (及其中，LD0)以及比較器280、282和284提供帶隙參考電壓。電流開關(guān)270操作以分別在確保電路200的正確操作之前和之后，將復(fù)制偏置電路250處提供的電流控制在低電流電平和高電流電平。
[0030]通過多種方式實現(xiàn)電荷泵210、電容器212和晶體管220以適應(yīng)具體應(yīng)用。在一個這樣的示例中，晶體管220被實現(xiàn)為處理約7V或者更小的最大柵極-源極電壓，并且電荷泵210向晶體管220(其以閾值電壓Vth操作)的柵極輸出約5.4V的最大操作電壓(例如，不論瞬變尖峰如何)。如果電源電壓< 5.4-Vth，則晶體管220作為電阻器/開關(guān)操作，而如果電源電壓> 5.4V-Vth，則晶體管220作為源極跟隨器操作。在更高的輸入電源電壓處，晶體管220的源極處的最大電壓(PWR_INT)因此約為5.4_Vth，從而保護連系至205上的電源電壓的所有內(nèi)部電路。例如，當電源為25V時，電荷泵210提供將內(nèi)部節(jié)點限制為5.4V-Vth的輸出電壓。由于電容性分壓，如果在電源電壓上存在瞬變階躍，電容器212限制晶體管220上的柵極電壓。
[0031]當禁用LDO操作時，電荷泵210被禁用并且晶體管220的柵極被拉至0V，在該條件下，不存在耦合到內(nèi)部電路的高壓。
[0032]如上文所討論的，可以使用多種方法來實現(xiàn)參考電壓電路260。如圖2所示，實施例涉及經(jīng)由帶隙參考源261來提供參考電壓，該帶隙參考源261使用相應(yīng)的啟動(startup)部件MPUMPO和D1、分流晶體管MP2、以及級聯(lián)的PMOS晶體管MP3和MP4，它們調(diào)整內(nèi)部電壓源vdd_int的供給。
[0033]可以使用多種方式來實現(xiàn)限流電路230。如圖2所示，相應(yīng)的晶體管(MP7/MP8)耦合到晶體管220的源極，其中，晶體管MP7耦合到開關(guān)270，并且與開關(guān)270實現(xiàn)在一起以執(zhí)行限流功能。對于與限流方法有關(guān)的一般信息并且對于與可以結(jié)合一個或多個示例性實施例實現(xiàn)的限流電路有關(guān)的具體信息和與本發(fā)明的方案可能涉及的各種應(yīng)用和實現(xiàn)有關(guān)的具體信息，可以參見于2012年5月31日提交的美國專利申請序列號N0.13/485，419，其通過引用方式完全并入本文。
[0034]圖3示出了根據(jù)另一個示例性實施例的另一個LDO電路300。電路300與圖2中所示的電路類似，其中，使用相似的附圖標記來標記相似的組件。在圖3中，(在限流電路230處)經(jīng)由晶體管220的源極來給0TA240供電?？梢匀缟衔慕Y(jié)合圖2所討論地來實現(xiàn)圖3的其它方案。
[0035]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的LDO電路的操作的流程圖。操作在框410從輸入功率(PWR)小于內(nèi)部上電復(fù)位(vdd_int_por)的狀態(tài)開始。在框420，啟用低壓降部件的參考(ldo_ref)、偏置(ldo_bias)、振蕩器(ldo_osc)和內(nèi)部上電復(fù)位(vdd_int_por)o
[0036]過程在框425處保持，直到vdd_int_por加上上電延遲值等于一(“I”)，此后，在框430處，啟用電壓桶式(bucket)比較器(insdet、ovdet、rmdet)。比較器操作以確定針對LDO電路給出的電壓電平(例如，本文所描述的電壓電平)以限制對LDO電路的啟用，直到存在足夠的電壓(rmdet)為止(并且在這種電壓下將LDO禁用)。在框435，如果insdet=Urmdet = I且ovdet = 0 (例如，電壓高于rmdet并且在insdet與ovdet之間),則在框440處啟用去抖動(debounce)延遲定時器，該去抖動延遲定時器操作以在相應(yīng)的比較器值的條件下操作之前提供延遲時段(例如，10-17.5ms)(從而考慮了諸如尖峰等的異常)。如果在去抖動延遲時段期間，在框445,前述條件(insdet = Urmdet = I且ovdet = 0)失敗，則該過程返回框435。
[0037]如果在去抖動時段期間，該條件保持，則該過程在框450繼續(xù)，當I do_3v0_disable = 0不成立時,該過程保持,并且一旦ldo_3v0_disable = 0成立,則該過程繼續(xù)，其中，在ldo_3v0_disable = 0成立的條件下，在框460，啟用電荷泵，其中，LD03V0被斷言(assert)。在框470,當insdet = x>rmdet = I且ovdet = 0時，操作繼續(xù)，或者如果這些條件改變，則操作終止并返回框435?？?35確保了即使在LDO上電期間外部電源電壓低于該范圍(range)，在電源線上發(fā)生較小的電壓驟降期間LDO仍然啟用。
[0038]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的LDO電路的信號圖?？梢岳缡褂萌鐖D4中所示的方法和/或如圖1至3中所示的一個或多個電路來實現(xiàn)圖5中所示的時序圖。舉例說明，與上面關(guān)于圖4的討論相比，圖5中所示的時序圖被示出為以分別處于
3.25V(RMDET_VTH)、4.25V(INSDET_VTH)和 6V(0VDET_VTH)的 rmdet、insdet、ovdet 的閾值進行操作，使得執(zhí)行該操作以致4.25 < PffR < 6V。
[0039]圖500示出了輸入功率PWR，圖505示出了參考電壓Vbg(例如，來自帶隙參考)。圖510示出了上電復(fù)位(PWR_INT_P0R)值，圖515示出了上電延遲(PWR_INT_P0R_DELAY)值。圖520、525和530分別示出了比較器輸出(即，rmdet、insdet和ovdet的值)，圖535示出了可以根據(jù)圖520、525和530中的先前值并且如上文所討論地實現(xiàn)的去抖動延遲值。
[0040]如圖5所示，去抖動延遲535在rmdet 520和insdet 525為高而ovdet為低以后在536處變?yōu)橛行?，在rmdet再次變低以后在537處下降，在rmdet和insdet再次變高以后在538處再次斷言，并且在ovdet變高時在539處再次下降。圖540是針對3V LDO (LD03V0和電荷泵)的啟用值，并且遵循去抖動延遲圖535，而圖545示出了遵循圖540的LDO輸出總線電壓(VOUt)(具有斜升和斜降(ramp up/down)特性)。圖550示出了針對總線的上電復(fù)位延遲(P0R_vout_delay)，其被實現(xiàn)為相對于圖545中的LDO輸出(Vout)具有1.17-1.29ms的延遲(舉例說明)。上電復(fù)位控制了 LDO的低限流模式和高限流模式，而上電復(fù)位延遲控制信號在LDO輸出總線(Vout)上的所有電路被啟用之前提供了額外的延遲。這確保了在從LDO輸出電壓汲取任何電流之前將LDO輸出電壓充電至其最終值。
[0041]可以在各種不同類型的設(shè)備和應(yīng)用中實現(xiàn)本文所描述的基于LDO的電路。例如，可以使用高速接口(例如，經(jīng)由接口 120)來實現(xiàn)基于LDO的電源，所述接口例如是USB供電設(shè)備、DispIayPort設(shè)備和HDMI設(shè)備、以及外圍設(shè)備、供電及照明應(yīng)用、集成電路芯片接口、數(shù)據(jù)標簽和讀取器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及視頻/顯示應(yīng)用。對于與這些接口有關(guān)的一般信息和與根據(jù)這些接口實現(xiàn)各個實施例有關(guān)的信息，可以參考從USB ImplementersForum, Inc.可獲得的USB 3.0規(guī)范以及USB修訂版3.0規(guī)范修訂版1.1的On-The-Go和嵌入式主機增版；從視頻電子標準協(xié)會可得到的DisplayPort版本1.2規(guī)范；從加利福尼亞Sunnyvale的HDMI Licensing, Inc.可得到的HDMI規(guī)范版本1.4a,其均通過引用的方式完整地并入本文。
[0042]基于上文的討論和說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到，可以在不嚴格按照本文示出和描述的示例性實施例和應(yīng)用的情況下，對各個實施例進行各種修改和改變。例如，可以實現(xiàn)電荷泵的多種內(nèi)部源來提供低壓帶隙源。不同類型的限流電路和復(fù)制偏置電路可以與本文討論的LDO電路結(jié)合使用。這些修改不偏離包括權(quán)利要求中闡述的方案在內(nèi)的本發(fā)明的各個方案的真實精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 參考電壓供應(yīng)電路，被配置和布置為使用易受電壓波動影響的電壓供應(yīng)線來提供參考電壓； 電荷泵，被耦合以從所述參考電壓供應(yīng)電路接收所述參考電壓，并且使用所述參考電壓來生成輸出電壓； 限壓電路，包括晶體管，所述晶體管具有耦合到所述電壓供應(yīng)線的漏極和連接到所述電荷泵的所述輸出電壓的柵極，所述限壓電路被配置和布置為基于所述電荷泵的輸出來限制耦合到所述晶體管的源極的電壓； 限流電路，被配置和布置為將經(jīng)由所述限壓電路從所述電壓供應(yīng)線流出的電流限制到預(yù)定的限流閾值；以及 低壓降LDO穩(wěn)壓器電路，包括放大器，所述放大器耦合到所述電荷泵的輸出并且由所述輸出處的輸出電壓供電，所述LDO穩(wěn)壓器電路被配置和布置為使用經(jīng)由所述限壓電路中的所述晶體管的所述源極提供的電壓來提供LDO電壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括:電容器，連接到所述晶體管的所述柵極，并且被配置和布置為響應(yīng)于耦合到所述柵極的所述電壓供應(yīng)線上的尖峰，維持所述柵極處的電壓電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述限壓電路被配置和布置為基于所述電荷泵的所述輸出，通過以下來限制耦合在所述電壓供應(yīng)線和所述LDO穩(wěn)壓器電路之間的電壓: 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓在所述電荷泵輸出最大操作電壓電平時所述電荷泵的操作電壓以下，所述限壓電路作為處于閉合位置的開關(guān)操作，以將所述電壓供應(yīng)線耦合到所述LDO穩(wěn)壓器電路， 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓超過最大操作電壓電平，所述限壓電路作為源極跟隨器操作，以將提供給所述LDO穩(wěn)壓器電路的電壓限制到經(jīng)由所述電荷泵提供的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述限壓電路被配置和布置為: 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓超過所述電荷泵的最大操作輸出電壓，作為源極跟隨器操作，并且限制向所述LDO穩(wěn)壓器電路提供的電壓，以及 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓小于所述電荷泵的所述最大操作輸出電壓，作為電阻性開關(guān)操作，以傳遞向所述LDO穩(wěn)壓器電路提供的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述晶體管是擴展漏極NMOS晶體管，所述擴展漏極NMOS晶體管具有耦合到所述電壓供應(yīng)線的漏極和經(jīng)由限流電路耦合到所述LDO穩(wěn)壓器電路的源極，所述漏極被配置和布置為: 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓超過所述電荷泵的最大操作輸出電壓，作為源極跟隨器操作，并且限制向所述LDO穩(wěn)壓器電路提供的電壓，以及 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓小于所述電荷泵的最大操作輸出電壓，作為電阻性開關(guān)操作，以向所述LDO穩(wěn)壓器電路傳遞由所述電源電壓線提供的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述參考電壓供應(yīng)電路包括帶隙參考電壓電路，所述帶隙參考電壓電路被配置和布置為使用所述電壓供應(yīng)線，并通過響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的波動對電流進行分流，以將提供給所述電荷泵的帶隙參考電壓維持在大致恒定電平，來提供所述參考電壓作為帶隙參考電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述晶體管具有連接到所述電壓供應(yīng)線的擴展漏極和連接到所述LDO穩(wěn)壓器電路的源極，并且所述限壓電路被配置和布置為: 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的電壓小于所述電荷泵的所述電壓輸出減去所述晶體管的閾值電壓，作為電阻性開關(guān)操作，以及 響應(yīng)于所述電壓供應(yīng)線上的所述電壓大于所述電荷泵的最大操作電壓輸出的值減去所述晶體管的閾值電壓，作為源極跟隨器操作，從而將向所述LDO穩(wěn)壓器電路提供的電壓限制為所述電荷泵的所述電壓輸出的值減去所述晶體管的閾值電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中， 所述晶體管具有連接到所述電壓供應(yīng)線的漏極和連接到所述LDO穩(wěn)壓器電路的源極，以及 所述晶體管包括內(nèi)置二極管，所述內(nèi)置二極管具有耦合到所述源極的陽極和耦合到所述漏極的陰極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括:比較器電路，被配置和布置為基于由所述電荷泵提供的電壓大于所述LDO穩(wěn)壓器電路能夠以其操作的預(yù)定低閾值電壓，在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間切換所述LDO穩(wěn)壓器電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述比較器電路被配置和布置為通過以下將所述LDO穩(wěn)壓器電路切換到開啟狀態(tài):響應(yīng)于由所述電壓供應(yīng)線提供的電壓大于所述預(yù)定低閾值電壓，啟動去抖動延遲定時器，并且在基于所述去抖動延遲定時器的延遲時段之后將信號提供給所述電荷泵和所述LDO穩(wěn)壓器電路，以將所述LDO穩(wěn)壓器電路切換到開啟狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所`述的裝置，其中，所述LDO穩(wěn)壓器電路包括第二晶體管，所述第二晶體管具有耦合到經(jīng)由所述限壓電路和所述限流電路傳遞的電壓的漏極、經(jīng)由至少一個電阻器耦合到接地電路的源極、以及耦合到所述放大器的輸出的柵極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括:限流電路，耦合在所述限壓電路和所述第二晶體管的漏極之間；以及復(fù)制偏置電路，包括在所述限流電路與所述接地電路之間與所述第二晶體管并聯(lián)耦合的第三晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括:外部電源接口，耦合到所述電壓供應(yīng)線，并且被配置和布置為與以下中的至少一項對接:基于通用串行總線USB的接口、基于DisplayPort的接口、和高清多媒體接口 HDMI。
14.一種裝置，包括: 外部電源接口，被配置和布置為與外部電源對接； 低壓降LDO穩(wěn)壓器； 電荷泵電路，被配置和布置為生成電壓輸出； 限壓電路，包括晶體管，所述晶體管具有源極、漏極和柵極，所述漏極耦合到所述外部電源接口，所述柵極被耦合以接收電荷泵的電壓輸出，所述限壓電路被配置和布置為基于電荷泵的電壓輸出來限制從所述漏極耦合到所述源極的電壓；以及 限流電路，被配置和布置為將在從所述源極到所述LDO穩(wěn)壓器的輸出的路徑上流動的電流限制到比所述外部電源接口的預(yù)定限流閾值低的瞬變限流電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述LDO穩(wěn)壓器被配置和布置為在啟動時段期間在低限流模式中操作，并且在所述啟動時段之后在高限流模式中操作，以減輕所述外部電源接口上的壓降。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中，所述限壓電路被配置和布置為響應(yīng)于所述LDO處于關(guān)閉狀態(tài)，中斷所述外部電源接口與所述LDO穩(wěn)壓器之間的電流路徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，所述LDO穩(wěn)壓器被配置和布置為在低電流模式和高電流模式中操作， 所述電路還包括:電容器，耦合到所述LDO穩(wěn)壓器的輸出；以及上電復(fù)位延遲電路，被配置和布置為延遲將所述LDO電路切換到所述高限流模式，以促進對所述電容器的充電。
18.一種裝置，包括: 電荷泵，被配置和布置為使用參考電壓和經(jīng)由電壓接口提供的外部電壓來生成輸出電壓， 第一晶體管，具有源極、漏極和柵極，所述漏極連接到外部電源接口，所述柵極耦合到所述電荷泵的電壓輸出，所述晶體管被配置和布置為響應(yīng)于所述電荷泵的電壓輸出來將電壓耦合到所述源極， 電容器，耦合在所述電荷泵的輸出與地之間，所述電容器被配置和布置為響應(yīng)于所述外部電壓的瞬變階躍，限制所述柵極上的電壓增加， 限流電路，耦合到所述晶體管的源極，并且被配置和布置為限制從所述外部電源接口汲取的電流， 放大器電路，耦合到所述電荷泵的輸出電壓并由所述輸出電壓供電， 復(fù)制偏置電路，包括第二晶體管電路和第三晶體管電路，所述第二晶體管電路和所述第三晶體管電路并聯(lián)耦合在所述限流電路與參考端子之間，并且分別具有耦合到所述放大器電路的輸出的晶體管柵極，所述第三晶體管電路被配置和布置為響應(yīng)于相應(yīng)第二晶體管電路和第三晶體管電路上的公共壓降，使電流以比經(jīng)由第二晶體管電路流動的電流高的量級來流動。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述第一晶體管被配置和布置為響應(yīng)于所述電荷泵的電壓輸出，通過以下將電壓耦合到所述源極: 響應(yīng)于所述外部電源接口上的電壓超過所述電荷泵的最大操作輸出電壓減去所述晶體管的閾值電壓，所述第一晶體管作為源極跟隨器操作，并且限制向所述限流電路提供的電壓，以及 響應(yīng)于所述外部電源接口上的電壓小于所述電荷泵的最大操作輸出電壓減去所述晶體管的閾值電壓，所述第一晶體管作為電阻性開關(guān)操作，以向所述限流電路傳遞由所述外部電源接口提供的電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述第一晶體管、所述電荷泵和所述電容器被配置和布置為:響應(yīng)于所述外部電源接口上的所述電壓低于所述電荷泵的輸出的閾值電壓，將來自所述外部電源接口的電壓從所述漏極耦合到所述源極，并且響應(yīng)于所述外部電源接口上的電壓超過所述閾值電壓，限制電壓在所述源極與所述漏極之間的耦合。
【文檔編號】G05F1/56GK103677043SQ201310409462
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】馬旦·莫漢·麗迪·維穆拉 申請人:Nxp股份有限公司