TW200836037A - Voltage regulator - Google Patents

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200836037 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是與具有相位補償電路的電壓調整器有關。 【先前技術】 近年來，搭載有電壓調整器的電子機器逐漸高性能化 。因此，電壓調整器的最大輸出電流傾向增加，而會由輸 出電晶體的閘極產生很大的寄生電容。又，電壓調整器的 最小輸出電流傾向減少，而負載電阻變大。又，電壓調整 器係低消耗電流化，而電壓調整器的誤差放大器之輸出電 阻增大。 因此，在由誤差放大器及輸出電晶體放大負回授之系 統的特性方面，由於容易因低域而產生極，故電壓調整器 之相位補償電路的佔有面積變大。 在此，已知有專利文獻1所揭示之技術來作爲搭載有 面積效率良好之相位補償電路的電壓調整器。圖6是顯示 習知電壓調整器之槪要的電路圖。 在誤差放大器70的輸出連接有由PMOS電晶體71及 電阻元件73所構成的源極接地放大電路。該源極接地放 大電路的輸出信號係經由電容72而回授至誤差放大器70 。該電容72係因鏡射效應而作用爲比實際之電容成分還 大的電容成分，所以可縮小佔有面積。 〔專利文獻1〕特開2005 -3 1 67 8 8號公報 200836037 【發明內容】 〔發明所欲解決之問題〕 在此，由於誤差放大器7 0的輸出是用於使輸出端子 的輸出電壓Vout爲恆定之控制信號，故一旦由誤差放大 器70所控制之PM0S電晶體71和PM0S電晶體74的汲 極之輸出電阻相異，則PMOS電晶體71的汲極電壓會不 恆定而依負載條件變化。 因此，與輸出端子的輸出電壓Vout之電壓變動相異 的電壓變動係回授至誤差放大器70，而相位補償之舉動 不正確，所以會產生震盪的可能性，而電壓調整器的動作 變得不穩定。 本發明係鑑於上述問題所作成，以提供可穩定作動的 電壓調整器。 〔用以解決問題之手段〕 爲了解決上述問題，本發明提供一種電壓調整器，是 具有相位補償電路且從輸出端子將控制爲恆定之電壓輸出 至負載的電壓調整器，其特徵爲具備有：第一電晶體，其 閘極連接至誤差放大器的輸出，源極連接至電源；輸出電 晶體，其閘極連接至前述誤差放大器的輸出，源極連接至 前述電源，汲極連接至前述輸出端子；第二電晶體，其閘 極連接至第三電晶體的閘極，源極連接至前述第一電晶體 的汲極；前述第三電晶體，其源極連接至前述輸出端子， 閘極和汲極彼此連接；電阻元件，設於前述第二電晶體的 - 6 - 200836037 汲極和接地之間；定電流源，設於前述第三電晶 和前述接地之間；分壓電路，設於前述輸出端子 地之間；電容，設於前述第一電晶體的汲極和前 路的輸出之間；基準電壓電路；以及誤差放大器 端子連接至前述基準電壓電路的輸出，第二端子 述分壓電路的輸出。 〔發明之效果〕 在本發明，第一電晶體的汲極電壓之變動和 的輸出電壓之變動不限於負載條件而相同。因此 負載條件之變化的輸出端子之輸出電壓的電壓變 電壓變動係回授至誤差放大器，使得回授至誤差 相位補償用之信號的增益根據輸出電壓而加以決 ，即使負載條件變化，相位補償之舉動仍正確。 【實施方式】 以下將參照圖面來詳細說明本發明實施形態 整器。 圖1是本發明實施形態的電壓調整器之電路丨 電壓調整器具備有：基準電壓電路10、誤: 20、輸出電晶體14、分洩電阻11及分洩電阻12 步具備有相位補償電路1 01。該相位補償電路i 〇 :PMOS電晶體34、電容32、PMOS電晶體44、 晶體4 5、電阻元件3 1及定電流源4 7。 體的汲極 和前述接 述分壓電 ，其第一 連接至前 輸出端子 ，與伴隨 動相同之 放大器的 定。因此 的電壓調 姜放大器 ，並進一 1具備有 PMOS 電 200836037 在電壓調整器，PMOS電晶體34的閘極連接至誤差 放大器2 0的輸出，源極連接至電源。輸出電晶體1 4的閘 極連接至誤差放大器20的輸出，源極連接至電源，汲極 連接至輸出端子。Ρ Μ Ο S電晶體4 4的閘極連接至ρ μ Ο S 電晶體4 5的閘極，源極連接至PMO S電晶體3 4的汲極。 Ρ Μ Ο S電晶體4 5的源極連接至輸出端子，閘極和汲極彼 此連接。電阻元件31設於PMOS電晶體44的汲極和接地 之間。定電流源4 7設於Ρ Μ Ο S電晶體4 5的汲極和接地之 間。分洩電阻1 1及分洩電阻1 2設於輸出端子和接地之間 。電容32設於PMOS電晶體34的汲極和分洩電阻1 1及 分洩電阻1 2的連接點之間。誤差放大器2 0的反相輸入端 子連接至基準電壓電路1 〇的輸出，非反相輸入端子連接 至分洩電阻1 1及分洩電阻1 2的連接點。 接著將說明電壓調整器的動作。 輸出電晶體14係將輸出電壓Vout輸出，而作爲分壓 電路的分洩電阻11及分洩電阻12係將其輸出電壓Vo ut 分壓。誤差放大器20藉由比較該分壓電路的輸出電壓和 基準電壓電路10的輸出電壓，控制分壓電路的輸出電壓 使其與基準電壓電路1 〇的輸出電壓一致。相位補償電路 1 〇 1係補償電壓調整器之相位。 作爲輸入電壓的電源之電源電壓Vdd係輸入電壓調 整器，使輸出電晶體1 4進行預定之動作，而輸出控制爲 恆定之輸出電壓Vout。該輸出電壓Vout係由作爲分壓電 路的分洩電阻11及分洩電阻12所分壓，一旦該分壓電路 -8 - 200836037 的輸出電壓降低（一旦輸出端子的輸出電壓Vout降低） ，則誤差放大器2 0的輸出電壓降低，輸出電晶體1 4導通 ，而輸出電晶體14的導通電阻變小。因此，輸出電壓 Vout提高。又，一旦分壓電路的輸出電壓提高（一旦輸 出端子的輸出電壓Vout提高），則誤差放大器20的輸出 電壓提高，輸出電晶體14關斷，而輸出電晶體14的導通 電阻變大。因此，輸出電壓Vout降低。以此方式，輸出 端子的輸出電壓Vout係被控制爲恆定。 又，零點Fzl是由電容32、分洩電阻11、分洩電阻 12、PMOS電晶體34、PMOS電晶體44及電阻元件31所 形成。第一極Fpl是由誤差放大器20的輸出電阻及輸出 電晶體14的閘極電容所形成。第二極FP2是由負載電阻 26及輸出電容27所形成。因此，將零點Fzl的電路設計 爲使其顯現比極Fpl及極Fp2更低域的話，則電壓調整器 會穩定地作動。 又，PMOS電晶體44及PMOS電晶體45係以電流鏡 方式加以連接，而藉由PMOS電晶體44、PMOS電晶體 45、電阻元件31及定電流源47，在PMOS電晶體34的 汲極產生與輸出端子的輸出電壓Vout相同的電壓。因此 ，以PMOS電晶體34將誤差放大器20的輸出電壓放大之 電壓（相位補償用之信號）的變動，和以輸出電晶體14 將誤差放大器20的輸出電壓放大之輸出電壓Vout的變動 ，係不限於負載25之條件而相同。 又，誤差放大器20的輸出信號係經由PMOS電晶體 200836037 34及電容32而回授至誤差放大器20。又’誤差放大器 2 〇的輸出信號係經由輸出電晶體1 4及電阻1 1而回授至 誤差放大器2 0。又’誤差放大器2 0的輸出信號係經由輸 出電晶體14、PMOS電晶體45、PMOS電晶體44及電容 3 2而回授至誤差放大器2 0。此時’由於輸出電晶體1 4的 閘極電容，經由PMOS電晶體34的回授之方式會比經由 輸出電晶體1 4的回授更快。 這樣一來，由於PMOS電晶體34的汲極電壓（相位 補償用之信號）之變動和輸出端子的輸出電壓v〇ut (輸 出電晶體1 4的汲極電壓）之變動不限於負載25之條件而 相同，故與伴隨負載25之條件變化的輸出端子之輸出電 壓Vout的電壓變動相同之電壓變動係回授至誤差放大器 70，使得回授至誤差放大器70之非反相輸入端子的相位 補償用之信號的增益係根據輸出電壓V 〇 ut而加以決定。 因此，即使負載2 5之條件變化，相位補償之舉動仍正確 ，所以震盪的可能性減少，而電壓調整器的動作穩定。在 此，由於相位補償用之信號的增益係根據輸出電壓Vout 而正確地加以決定，故增益變小不需過度延遲相位，或是 增益變大不需過度前移相位。 又，由於PMOS電晶體34的汲極電壓（相位補償用 之信號）之變動和輸出端子的輸出電壓Vout (輸出電晶 體1 4的汲極電壓）之變動不限於負載2 5之條件而相同， 故PMOS電晶體34及輸出電晶體14可恆常正常地作動如 電流鏡電路。因此，即使輸出電晶體1 4完全地導通，由 -10- 200836037 於PMOS電晶體34係流出根據輸出電晶體14之電 流，故PMOS電晶體34不會流出多餘的電流，而 整器的消耗電流變小。 又，由於電容32係因誤差放大器20及PMOS 3 4的源極接地放大電路所致之鏡射效應而作用爲 之電容成分還大的電容成分，故可縮小佔有面積。 一旦放大因數變爲1 〇倍，則電容3 2會作用爲實際 成分的10倍之電容成分，而電容32的佔有面積只 倍即可。 接著，使用圖2來說明本發明實施形態之電壓 的電阻元件3 1及定電流源47之一範例。 電阻元件31是由NM0S電晶體41所構成，該 電晶體41的閘極及汲極連接至PMOS電晶體44的 源極連接至接地。NM0S電晶體41在輸出電流爲 ，係具有可將流至PMOS電晶體34的電流朝接地 放的電流驅動能力。 定電流源47是由NM0S電晶體48所構成，該 電晶體48的汲極連接至PMOS電晶體45的汲極， 接至基準電壓電路1 〇的輸出，源極連接至接地。 電晶體44、PMOS電晶體45、NM0S電晶體41及 電晶體48的消耗電流是依該NMOS電晶體48的電 所決定。 這樣一來，定電流源4 7不需要新的偏壓電路 電壓調整器的消耗電流變小。 流的電 電壓調 電晶體 比實際 例如， 之電容 要 1/10 調整器 NMOS 汲極， 最大時 完全開 NMOS 閘極連 PMOS NMOS 路常數 ，所以 -11 - 200836037 接著，圖3顯示本發明實施形態之電壓調整器的電阻 元件3 1及定電流源47之其他範例。 電阻元件3 1是由NMOS電晶體（抑制型）42所構成 ，該NMOS電晶體42的汲極連接至PMOS電晶體44的汲 極，閘極及源極連接至接地。 定電流源47是由NMOS電晶體48所構成。 接著，圖4顯示本發明實施形態之電壓調整器的電阻 元件3 1及定電流源47之其他範例。 電阻元件31是由NMOS電晶體43所構成，該NMOS 電晶體43的汲極連接至PMOS電晶體44的汲極，閘極連 接至基準電壓電路1 〇的輸出，源極連接至接地。 定電流源47是由NMOS電晶體48所構成。 接著，圖5顯示本發明實施形態之電壓調整器的電阻 元件3 1及定電流源47之其他範例。 電阻元件31是由PMOS電晶體46所構成，該PMOS 電晶體46的源極連接至PMOS電晶體44的汲極，閘極連 接至基準電壓電路1 0的輸出，汲極連接至接地。 定電流源47是由NMOS電晶體48所構成。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明實施形態的電壓調整器之電路圖。 圖2是本發明實施形態的電壓調整器之電路圖。 圖3是本發明實施形態的電壓調整器之電路圖。 圖4是本發明實施形態的電壓調整器之電路圖。 -12- 200836037 圖5是本發明實施形態的電壓調整器之電路圖。 圖6是習知電壓調整器之電路圖。 【主要元件符號說明】 1 0 :基準電壓電路 1 1、1 2 :分洩電阻 1 4 :輸出電晶體 20 :誤差放大器 25 :負載 26 :負載電阻 27 :輸出電容 3 1 :電阻元件 32 :電容 34、44、45、46: PMOS 電晶體 4 7 :定電流源 1 〇 1 :相位補償電路 -13-

Claims (1)

1. 200836037 十、申請專利範圍 1. 一種電壓調整器，是具有相位補償電路且從輸出端 子將控制爲恆定之電壓輸出至負載的電壓調整器，其特徵 爲具備有： 第一電晶體，其閘極連接至誤差放大器的輸出，源極 連接至電源； 輸出電晶體，其閘極連接至前述誤差放大器的輸出， 源極連接至前述電源，汲極連接至前述輸出端子； 第二電晶體，其閘極連接至第三電晶體的閘極，源極 連接至前述第一電晶體的汲極； 前述第三電晶體，其源極連接至前述輸出端子，閘極 和汲極彼此連接； 電阻元件，設於前述第二電晶體的汲極和接地之間； 定電流源，設於前述第三電晶體的汲極和前述接地之 間； 分壓電路，設於前述輸出端子和前述接地之間； 電容，設於前述第一電晶體的汲極和前述分壓電路的 輸出之間； 基準電壓電路；以及 誤差放大器，其第一端子連接至前述基準電壓電路的 輸出，第二端子連接至前述分壓電路的輸出。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調整器，其中 ，前述定電流源是由第一 NMOS電晶體所構成，該第一 NMOS電晶體的汲極連接至前述第三電晶體的汲極，閘極 -14- 200836037 連接至前述基準電壓電路的輸出，源極連接至前述接地。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之電壓調整器，其中 ，前述電阻元件是由第二NMOS電晶體所構成，該第二 NMOS電晶體的閘極及汲極連接至前述第二電晶體的汲極 ，源極連接至前述接地。 4 .如申請專利範圍第1項所記載之電壓調整器，其中 ，前述電阻元件是由抑制型NMOS電晶體所構成，該抑制 型NMO S電晶體的汲極連接至前述第二電晶體的汲極，閘 極及源極連接至前述接地。 5 ·如申請專利範圍第i項所記載之電壓調整器，其中 ，前述電阻元件是由第三NMOS電晶體所構成，該第三 NMOS電晶體的汲極連接至前述第二電晶體的汲極，閘極 連接至前述基準電壓電路的輸出，源極連接至前述接地。 6·如申請專利範圍第1項所記載之電壓調整器，其中 ’前述電阻元件是由第一 PMOS電晶體所構成，該第一 PMOS電晶體的源極連接至前述第二電晶體的汲極，閘極 連接S前述基準電壓電路的輸出，汲極連接至前述接地。 -15-