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TWI792835B - 穩壓電路與其中的多級放大電路 - Google Patents

穩壓電路與其中的多級放大電路 Download PDF

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TWI792835B
TWI792835B TW111100308A TW111100308A TWI792835B TW I792835 B TWI792835 B TW I792835B TW 111100308 A TW111100308 A TW 111100308A TW 111100308 A TW111100308 A TW 111100308A TW I792835 B TWI792835 B TW I792835B
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胡敏弘
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立錡科技股份有限公司
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Abstract

一種多級放大電路，包含：前級放大電路，用以根據相關於輸出訊號的一主要回授訊號與主要參考訊號的差值而產生前級放大訊號；輸出調整電路，用以根據前級放大訊號而產生驅動訊號；以及輸出電晶體，受控於驅動訊號而產生輸出訊號。輸出調整電路包括：調整電晶體，受前級放大訊號的差模電流所偏置；以及阻抗調整元件，受前級放大訊號的差模電流所偏置，阻抗調整元件的電阻值根據相關於輸出訊號的調整回授訊號與調整參考訊號的差值而決定；驅動訊號根據阻抗調整元件的電阻值與前級放大訊號的差模電流的乘積以及調整電晶體的汲-源極電壓而決定。

Description

穩壓電路與其中的多級放大電路
本發明係有關一種多級放大電路，特別是指一種具有多重迴路之高速多級放大電路。本發明也有關於一種配置前述多級放大電路的穩壓電路。
圖1顯示一種先前技術之多級放大電路100，其包括做為前級放大電路10以及輸出級電路20。前級放大電路根據輸入訊號Vip與Vin的差值而產生前級訊號Vo1，輸出電晶體MOH根據前級放大電路的前級訊號Vo1而產生輸出訊號Vo，當輸入訊號Vip與Vin之關係處於穩態時，輸出電晶體MOL以電流鏡方式根據前級放大電路的靜態電流，而決定輸出級電路20的靜態電流(quiescent current)，當輸入訊號Vip與Vin之關係處於暫態(transient)時，輸出電晶體MOL也提供了部分電流放大的作用。其中Vin例如相關於輸出訊號Vo。
圖1的先前技術之多級放大電路，其缺點在於，在極低的靜態電流之應用下，輸出電晶體MOL無法即時於暫態時提供所需的電流汲取(current sink)，因而可能造成電壓過衝(overshoot)，此外，也可能無法有效吸收輸出電晶體MOH的漏電電流，導致電壓過高。
圖2顯示一種先前技術之多級放大電路200。多級放大電路200包含前級放大電路10，用以根據回授訊號VFB與參考訊號VREF的差值而產生前級放大訊號EAO。輸出級電路20根據前級放大訊號EAO而控制其中的輸出電晶體MOH,MOL以產生輸出訊號Vo。
輸出級電路20還包括輸出調整電路25，用以根據前級放大訊號EAO而產生驅動訊號VdrvL，其中輸出電晶體MOL受控於驅動訊號VdrvL而產生輸出訊號Vo。回授訊號VFB相關於輸出訊號Vo，輸出電晶體MOL的閘-源極電壓根據驅動訊號VdrvL而決定，進而決定輸出訊號Vo的輸出電流Io。
本先前技術中，輸出調整電路25包括調整電晶體MC14以及阻抗調整元件MC7，調整電晶體MC14受差動電晶體M6的分支電流所偏置，阻抗調整元件MC7，受前級放大訊號EAO控制電晶體M2而通過電晶體MC12產生偏置訊號以調整阻抗調整元件MC7的電阻值。其中電容器CM為米勒補償電容器，用以進行頻率補償而提高穩定度。
當輸出電壓Vo發生暫態變化時，回授訊號VFB與參考訊號VREF的差值變大，前級放大訊號EAO通過電晶體M2與電晶體MC12調整阻抗調整元件MC7之電阻值，進而改變驅動訊號VdrvL，而對控制輸出訊號Vo的輸出電流Io產生了加速控制，然而由於米勒補償電容CM的效應，會使得前級訊號Vo1反應較慢，因此也使得電晶體MC12,MC7與MC14無法快速響應於輸出電壓Vo的暫態變化，而無法快速控制輸出電晶體MOH與輸出電晶體MOL快速響應於輸出電壓Vo的暫態變化。
相較於圖1與圖2之先前技術，本發明的多級放大電路可在暫態時以另一迴路控制輸出電晶體的偏置電流，以提升迴路頻寬以及反應速度。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種多級放大電路，包含：一前級放大電路，用以根據一主要回授訊號與一主要參考訊號的差值而產生一前級放大訊號；至少一輸出調整電路，用以根據該前級放大訊號而產生一驅動訊號；至少一輸出電晶體，受控於對應的該驅動訊號而產生一輸出訊號；其中該主要回授訊號相關於該輸出訊號，其中該輸出電晶體的一閘-源極電壓根據該驅動訊號而決定，進而決定該輸出訊號的一輸出電流；其中該第一輸出調整電路包括：一調整電晶體，受該前級放大訊號的一差模電流所偏置；以及一阻抗調整電路，耦接於該調整電晶體，該阻抗調整電路包括：一阻抗調整元件，受該前級放大訊號的一差模電流所偏置，該阻抗調整元件的一電阻值根據一調整回授訊號與一調整參考訊號的差值而決定，其中該調整回授訊號相關於該輸出訊號；其中該驅動訊號根據該調整電晶體的一汲-源極電壓與該阻抗調整元件的一跨壓而決定，其中該阻抗調整元件的該跨壓根據該阻抗調整元件的該電阻值與該前級放大訊號的該差模電流的乘積而決定。
在一較佳實施例中，該阻抗調整電路更包括一轉導放大電路，該轉導放大電路包括：一對差動電晶體，根據該調整回授訊號與該調整參考訊號之差值而產生一調整訊號；一轉導電晶體，對應於該阻抗調整元件，其中該轉導電晶體的一電阻值根據該調整訊號而調整。
在一較佳實施例中，該轉導電晶體的該電阻值相對於該調整回授訊號與該調整參考訊號之差值具有線性關係。
在一較佳實施例中，於該輸出訊號處於暫態變化(transient)時，該轉導電晶體受偏置而操作於飽和區，藉此使得該轉導電晶體的該電阻值根據該調整訊號而線性調整。
在一較佳實施例中，該轉導電晶體與該調整電晶體串聯。
在一較佳實施例中，該轉導放大電路受偏置於該前級放大訊號的一共模電流。
在一較佳實施例中，該前級放大電路配置為一運算放大器，用以根據主要回授訊號與該主要參考訊號的差值而產生彼此互補的至少一對轉導電流，其中該前級放大訊號的該共模電流及該前級放大訊號的該差模電流根據該對轉導電流而決定。
在一較佳實施例中，該調整電晶體以二極體式耦接。
在一較佳實施例中，該調整電晶體之閘極受偏置於該驅動訊號。
在一較佳實施例中，該轉導放大電路更包括以二極體式耦接的一負載電晶體，其中流經該對差動電晶體之一的一電流用以偏置該負載電晶體而產生該調整訊號。
在一較佳實施例中，該輸出調整電路對應的一調整目標值與該前級放大電路的一輸出目標值之間具有一偏移值，使得當該輸出訊號超過該輸出目標值大於該偏移值時，該輸出調整電路。
在一較佳實施例中，該至少一輸出電晶體包括彼此具有互補導電型的一第一輸出電晶體與一第二輸出電晶體，該至少一輸出調整電路包括一第一輸出調整電路與一第二輸出調整電路，分別用以根據該前級放大訊號而產生對應的該驅動訊號，而對應控制該第一輸出電晶體與該第二輸出電晶體而產生該輸出訊號。
在一較佳實施例中，該第一輸出調整電路的電路配置與該第二輸出調整電路的電路配置彼此互補，藉此使得該第一輸出調整電路的該驅動訊號與該第二輸出調整電路的該驅動訊號彼此互補，進而使得該第一輸出電晶體與該第二輸出電晶體以推挽方式產生該輸出訊號。
在一較佳實施例中，該第一輸出電晶體、該第二輸出電晶體、該第一輸出調整電路及該第二輸出調整電路配置為一AB級輸出級電路。
在一較佳實施例中，該多級放大電路配置為一運算放大器。
在一較佳實施例中，該多級放大電路更包含一補償電容，耦接於該前級放大訊號與該輸出訊號之間，用以提供頻率補償。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種穩壓電路(regulator circuit)，包含：如前所述任一實施例的多級放大電路；以及一回授電路，耦接於該輸出訊號，用以產生該主要回授訊號與該調整回授訊號，使得該多級放大電路將該輸出訊號調節至一輸出目標值。
在一較佳實施例中，該輸出調整電路對應的一調整目標值與該輸出目標值之間具有一輸出偏移值，使得當該輸出訊號超過該輸出目標值大於該偏移值時，對應的該輸出調整電路根據該調整目標值而控制對應的該輸出電晶體，藉此於暫態時快速調節該輸出訊號使其不超過該輸出目標值與該偏移值之和。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10:前級放大電路
100,200,300,400,500,600,700:多級放大電路
1600,1700:多級放大電路
106:轉導放大器
1800:穩壓電路
20:輸出級電路
21,22,25:輸出調整電路
211:阻抗調整電路
2109,2110,21_11:轉導放大電路
2111:阻抗調整元件
2114,2214:轉導放大電路
212:調整電晶體
218:轉導放大電路
2181:阻抗調整元件
2182:差動對
50:回授電路
CM:補償電容
EAO:前級放大訊號
ICM1P,ICM1N,ICM2P,ICM2N:共模電流
IDM,IDM1,IDM2:差模電流
Io:輸出電流
MC7:阻抗調整元件
M1,M2,M6,MC12:電晶體
M11,M12,M13,M14:電晶體
M1L,M2L,M1H,M2H:差動電晶體
M3L,M3H:負載電晶體
M4,M4L,M4H:轉導電晶體
M5L,M5H:調整電晶體
MC14:調整電晶體
MOH,MOL:輸出電晶體
VAL:調整訊號
VdrvL,VdrvH:驅動訊號
VFBL,VFBH:調整回授訊號
VFB:回授訊號
VFBP:主要回授訊號
VDS:汲-源極電壓
Vip,Vin:輸入訊號
Vo:輸出訊號
Vo1:前級訊號
VREF:參考訊號
VREFL,VREFH:調整參考訊號
圖1顯示先前技術之多級放大電路。
圖2顯示先前技術之多級放大電路。
圖3顯示本發明之多級放大電路之一實施例的電路方塊圖。
圖4與圖5顯示本發明之多級放大電路中，調整電晶體之二種實施例的示意圖。
圖6與圖7顯示本發明之多級放大電路中，包含複數輸出電晶體之二種實施例的示意圖。
圖8顯示本發明之多級放大電路中，轉導放大電路之一實施例的電路方塊圖。
圖9~圖11顯示本發明之多級放大電路中，轉導放大電路之數種實施例的電路示意圖。
圖12與圖13顯示本發明之多級放大電路中，包含互補之輸出電晶體之二種實施例的電路方塊圖。
圖14與圖15顯示本發明之多級放大電路中，包含互補之輸出電晶體之二種具體實施例的電路示意圖。
圖16與圖17顯示本發明之多級放大電路配置為運算放大器之二種具體實施例的電路示意圖。
圖18顯示本發明之穩壓電路之一具體實施例的電路示意圖。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
圖3顯示本發明之多級放大電路之另一實施例的電路方塊圖。多級放大電路300包含包含前級放大電路10以及輸出級電路20。前級放大電路10用以根據主要回授訊號VFBP與主要參考訊號VREFP的差值而產 生前級放大訊號EAO。輸出級電路20包括至少一輸出調整電路(如輸出調整電路21)以及至少一輸出電晶體(如輸出電晶體MOL)。其中輸出調整電路21用以根據前級放大訊號EAO而產生驅動訊號VdrvL，輸出電晶體MOL受控於對應的驅動訊號VdrvL而產生輸出訊號Vo。
主要回授訊號VFBP相關於輸出訊號Vo，其中輸出電晶體MOL的閘-源極電壓根據驅動訊號VdrvL而決定，進而決定輸出訊號Vo的輸出電流Io。
在一實施例中，輸出調整電路21包括調整電晶體212以及阻抗調整電路211。調整電晶體212受前級放大訊號EAO的差模電流所偏置，其細節容後詳述。
阻抗調整電路211耦接於調整電晶體212，在一實施例中，阻抗調整電路211包括阻抗調整元件2111，阻抗調整元件2111受前級放大訊號EAO的差模電流IDM所偏置，同時，如圖3所示，阻抗調整元件2111的電阻值根據調整回授訊號VFBL與調整參考訊號VREFL的差值而決定，其中調整回授訊號VFBL相關於輸出訊號Vo。
驅動訊號VdrvL根據調整電晶體212的汲-源極電壓VDS與阻抗調整元件2111的跨壓而決定，其中阻抗調整元件2111的跨壓則根據阻抗調整元件2111的電阻值與前級放大訊號EAO的差模電流IDM的乘積而決定。本實施例中，由於阻抗調整元件2111的電阻值係直接根據調整回授訊號VFBL與調整參考訊號VREFL的差值而決定，相較於圖2之多級放大電路200，阻抗調整元件2111的電阻值可更快速地響應於輸出訊號Vo的變化(同時也是調整回授訊號VFBL的變化)，而使得驅動訊號VdrvL以及輸出電流Io亦能獲得更快速地響應，進而使得輸出訊號Vo更快回復至穩態。其細節將於接下來的實施例中詳述。
在一實施例中，阻抗調整元件2111的電阻值正相關於調整回授訊號VFBL與調整參考訊號VREFL的差值。
圖4與圖5顯示本發明之多級放大電路中，調整電晶體之二種實施例的示意圖。此二實施例可對應於圖3之實施例，在一實施例中，調整電晶體212以二極體式耦接(圖4)，在另一實施例中，調整電晶體212之閘極受偏置於驅動訊號VdrvL(圖5)。
圖6與圖7顯示本發明之多級放大電路中，包含複數輸出電晶體之二種實施例的示意圖。圖6與圖7分別為對應於圖4與圖5之更具體的實施例，圖6與圖7的輸出級電路20分別更包括輸出電晶體MOH，其根據前級放大訊號EAO而產生輸出訊號Vo，其中輸出電晶體MOH與輸出電晶體MOL具有彼此互補的導電型，以圖6與圖7的實施例而言，輸出電晶體MOH為PMOS電晶體，而輸出電晶體MOL為NMOS電晶體。
圖8顯示本發明之多級放大電路中，轉導放大電路之一實施例的電路方塊圖。在一實施例中，阻抗調整電路211包括轉導放大電路218，在一實施例中，轉導放大電路218包括一對差動電晶體M1,M2所形成的差動對2182以及轉導電晶體M4。差動電晶體M1,M2根據調整回授訊號VFBL與調整參考訊號VREFL之差值而產生調整訊號VAL。在一實施例中，調整訊號VAL根據差動電晶體M1,M2的差模電流而產生。本實施例中，轉導電晶體M4對應於阻抗調整元件2181，其中轉導電晶體M4的電阻值根據調整訊號VAL而調整。
圖9~圖11顯示本發明之多級放大電路中，以轉導放大電路實現阻抗調整電路之數種具體實施例的電路示意圖。
在一實施例中，如圖9所示，轉導放大電路2109更包括以二極體式耦接的負載電晶體M3L，其中流經差動電晶體M1L的電流用以偏置負 載電晶體，而以電流鏡方式產生調整訊號VAL，用以調整轉導電晶體M4L的電阻值。
如圖10所示，轉導放大電路2110以推挽式電流控制方式產生驅動訊號VdrvL，如圖11所示，轉導放大電路21_11則是以折疊式疊接的方式實現可調整電阻值的轉導電晶體M4L以及驅動訊號VdrvL，其中偏置電壓VB用以提供電晶體M3L’與M4L的閘極偏置電壓。
在一實施例中，轉導放大電路之配置可使得轉導電晶體M4L的電阻值相對於調整回授訊號VFBL與調整參考訊號VREFL之差值具有線性關係。在此情況下，相較於前級放大電路10根據主要回授訊號VFBP與主要參考訊號VREFP的差值而得以對驅動訊號VdrvL所產生的反應來說，當調整回授訊號VFBL與調整參考訊號VREFL具有差值時，可以使驅動訊號VdrvL有較大的反應幅度，因而，例如前述實施例中的多級放大電路可藉由轉導放大電路中之轉導電晶體(M4L)的快速反應，進而使得輸出電晶體MOL、輸出電流Io以及輸出訊號Vo皆可提高暫態反應的速度。就一觀點而言，轉導放大電路提供了多級放大電路中的一前饋迴路。
具體而言，在一實施例中，於輸出訊號Vo處於暫態變化時，轉導電晶體M4L受偏置而操作於飽和區，藉此使得轉導電晶體M4L的電阻值根據調整訊號VAL而線性調整。以圖9舉例而言，當調整回授訊號VFBL上升而高於調整參考訊號VREFL時，差動電晶體M1L與電晶體M3L相較於右邊支路將獲得較小的電流，因此調整訊號VAL將會降低而使得轉導電晶體M4L的電阻值上升，另一方面，差動電晶體M2L取得較大的差模電流IDM1，進而使得驅動訊號VdrvL有效快速提高，藉此可快速提高輸出電晶體MOL之電流量，而使輸出訊號Vo快速響應。
圖12與圖13顯示本發明之多級放大電路中，包含互補之輸出電晶體之二種實施例的電路方塊圖。圖12與圖13分別為對應於圖6與圖7之更具體的實施例，圖12與圖13的輸出電晶體MOH與輸出電晶體MOL具有彼此互補的導電型，圖12與圖13的輸出級電路20分別更包括輸出調整電路22，用以藉由如輸出調整電路21相同的概念，根據調整回授訊號VFBH與調整參考訊號VREFH之差值，調整驅動訊號VdrvH，進而控制輸出電晶體MOH，此二實施例中，輸出電晶體MOH與輸出電晶體MOL以推挽方式(push-pull)產生輸出訊號Vo。本實施例中，調整電晶體M5L對應於前述的調整電晶體212。
同時參閱圖12~圖15，圖14與圖15顯示本發明之多級放大電路中(多級放大電路1400,1500)，包含互補之輸出電晶體之二種具體實施例的電路示意圖。圖14與圖15分別為對應於圖12與圖13之更具體的實施例。在一實施例中，如圖14與圖15所示，輸出調整電路21的電路配置與輸出調整電路22的電路配置於導電型上彼此互補，藉此使得輸出調整電路21所產生的驅動訊號VdrvL與輸出調整電路22所產生的驅動訊號VdrvH彼此互補，進而控制彼此互補的輸出電晶體MOL與輸出電晶體MOH以推挽方式產生輸出訊號Vo。
具體而言，電晶體M1H,M2H,M3H,M4H與M5H分別互補地對應於前述電晶體M1L,M2L,M3L,M4L與M5L之功能，其中電晶體M5H與M5L分別對應於輸出調整電路22與輸出調整電路21中的調整電晶體。調整訊號VAH則互補地對應於調整訊號VAL。
就一觀點而言，在一實施例中，轉導電晶體M4L與調整電晶體M5L串聯，而轉導電晶體M4H與調整電晶體M5H串聯。如圖14與圖15所示，在一實施例中，於暫態時，當回授訊號VFBP與參考訊號VREFP有差別， 但由於來自前級放大電路10的訊號由於例如補償的關係，而尚未有效傳遞至偏置電晶體M11與M12時，偏置電晶體M11與M12的大訊號共模電流ICM1P與ICM1N實質上在上述條件下近乎相等，此時轉導放大電路2114實質上受偏置於前級放大訊號EAO的共模電流ICM1P與ICM1N。另一方面，此時回授訊號VFBL與參考訊號VREFL之差值已足以使得轉導電晶體M4L的電阻值可有效提早響應於回授訊號VFBL與參考訊號VREFL之差值而變化，藉此，可使得轉導放大電路2114的差模電流IDM1通過轉導電晶體M4L的電阻值與調整電晶體M5L的電阻值而產生驅動訊號VdrvL，此時驅動訊號VdrvL有效提早響應於回授訊號VFBL與參考訊號VREFL之差值，而不會受限於前級放大訊號EAO較慢的反應速度。轉導放大電路2214之操作原則同上述，在此不予贅述。
值得注意的是，由於偏置電晶體M11與M12的大訊號共模電流ICM1P與ICM1N實質上近乎相等(ICM2P與ICM2N同)，因此，就一觀點而言，如圖12與圖13所示，電晶體M5L(調整電晶體)受前級放大訊號EAO的差模電流IDM1所偏置，電晶體M5H(調整電晶體)受前級放大訊號EAO的差模電流IDM2所偏置。
就一觀點而言，在圖12~圖15的實施例中，輸出電晶體MOH、輸出電晶體MOL、輸出調整電路22及輸出調整電路21配置為AB級輸出級電路。
圖16與圖17顯示本發明之多級放大電路配置為運算放大器之二種具體實施例的電路示意圖。如圖16與圖17所示，在此二實施例中，本發明的多級放大電路1600,1700配置為運算放大器。在一實施例中，前級放大電路10配置為一轉導放大器(如106)，用以根據主要回授訊號VFBP與主要參考訊號VREFP的差值而產生彼此互補的至少一對轉導電流(亦即ICM1P與 ICM1N，或是ICM2P與ICM2N)，其中根據前級放大訊號所產生的共模電流及差模電流(亦即IDM1，或是IDM2)根據前述的轉導電流而決定。
值得注意的是，在一實施例中，本發明的多級放大電路(如圖17的多級放大電路1700)，更包含米勒補償電容CM，其耦接於輸出訊號Vo與前級放大訊號EAO之間，用以進行頻率補償而提高多級放大電路的穩定度。請同時回閱圖1與圖2，如圖1與圖2的先前技術中，當輸出電壓Vo發生暫態變化時，由於米勒補償電容CM的效應，會使得前級訊號Vo1反應較慢，因此也使得電晶體MC14無法快速響應於輸出電壓Vo的暫態變化，而無法快速控制輸出電晶體MOH與輸出電晶體MOL快速響應於輸出電壓Vo的暫態變化。
對比而言，由於本發明的多級放大電路提供了輸出調整電路(如圖17的多級放大電路1700中的輸出調整電路21,22)，如前所述，其可直接快速響應於輸出電壓Vo的暫態變化，可即時主導控制驅動訊號VdrvL,VdrvH之暫態響應，進而控制輸出電晶體MOH與輸出電晶體MOL快速響應於輸出電壓Vo的暫態變化。
在一實施例中，前述實施例中的輸出調整電路(21,22)對應之輸出訊號Vo的調整目標值與前級放大電路10對應之輸出訊號Vo的輸出目標值相同，例如可藉由相同的回授增益，以及配置使主要參考訊號VREFP、調整參考訊號VREFL及調整參考訊號VREFH為相同而達成。
在另一實施例中，輸出調整電路(21,22)對應之輸出訊號Vo的調整目標值與前級放大電路10對應之輸出訊號Vo的輸出目標值之間具有一輸出偏移值，使得當輸出訊號Vo超過輸出目標值大於輸出偏移值時，係由輸出調整電路(21,22)主導迴路的控制。以圖3之實施例為例，在一實施例中，調整參考訊號VREFL大於主要參考訊號VREFP一參考偏移值，在此情況下， 當調整回授訊號VFBL高於調整參考訊號VREFL時(亦即示意輸出訊號Vo高於超過輸出目標值大於輸出偏移值)，由輸出調整電路21所控制的迴路將主導回授的強度，因此，即使在前級放大器10的迴路尚未有足夠的響應而控制輸出電晶體MOL時，即可藉由輸出調整電路21所控制的迴路主導輸出電晶體MOL之控制。
圖18顯示本發明之穩壓電路之一具體實施例的電路示意圖。穩壓電路(regulator circuit)1800可包含任一種前述的多級放大電路以及回授電路50，舉例而言，圖18係以如圖7與圖9之實施例結合而得，回授電路50例如用以將輸出訊號Vo分壓而產生主要回授訊號VFBP以及調整回授訊號VFBL，本實施例中，前級放大電路10根據主要回授訊號VFBP與主要參考訊號VREFP的差值而產生前級放大訊號EAO，進而將輸出訊號Vo調節至輸出目標值。
此外，本實施例中，輸出調整電路21的調整回授訊號VFBL直接耦接於主要回授訊號VFBP，其中2114例如為前述的轉導放大電路。
在一實施例中，參考訊號VREFP與調整參考訊號VREFL配置為相同。
在另一實施例中，調整參考訊號VREFL大於主要參考訊號VREFP一參考偏移值，在此情況下，當調整回授訊號VFBL高於調整參考訊號VREFL時(亦即示意輸出訊號Vo超過輸出目標值的量已大於輸出偏移值)，由輸出調整電路21所控制的迴路將主導回授的強度，因此，即使在前級放大器10的迴路尚未有足夠的響應而控制輸出電晶體MOL時，即可藉由輸出調整電路21所控制的迴路主導輸出電晶體MOL之控制，藉此於暫態時快速調節輸出訊號Vo使其不超過輸出目標值與輸出偏移值之和。在一實施 例中，上述的配置可應用於例如過高電壓保護等功能，其中過高電壓閾值例如可為前述的輸出目標值與輸出偏移值之和。
繼續參閱圖18，另一方面，在上述調整參考訊號VREFL與主要參考訊號VREFP具有差值(參考偏移值)的實施例中，在穩態之下，輸出訊號Vo係由前級放大電路10根據主要回授訊號VFBP與主要參考訊號VREFP的差值而調節於輸出目標值，由於此時的輸出訊號低於調整目標值，因此，調整回授訊號VFBL低於調整參考訊號VREFL，在此情況下，共模電流ICM1P與ICM1N僅流過差動電晶體M1L以及負載電晶體M3L，差動電晶體M2L則為關斷狀態(cutoff)，轉導電晶體M4L則為導通狀態，因此調整電晶體M5L與輸出電晶體MOL亦大致上處於關斷狀態，換言之，本實施例中，本發明的多級放大電路可於穩態操作時節省電源損耗，又可於暫態時快速響應。
值得注意的是，本發明之多級電路的操作方式，即使於輸出訊號Vo以較大的訊號範圍進行暫態響應之模擬(例如超出小訊號模型的適用範圍之條件下)，並藉此獲取偏壓狀態，而進一步進行交流模型之增益邊際或相位邊際之分析，亦能獲得可信賴的模擬計算。相對而言，先前技術在較大的輸出訊號Vo變化時，其交流模型之增益邊際或相位邊際之分析並無法有效反應真實的穩定度。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根 據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及/或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10:前級放大電路
1500:多級放大電路
20:輸出級電路
21,22:輸出調整電路
2114,2214:轉導放大電路
EAO:前級放大訊號
ICM1P,ICM1N,ICM2P,ICM2N:共模電流
IDM1,IDM2:差模電流
Io:輸出電流
M11,M12,M13,M14:電晶體
M1L,M2L,M1H,M2H:差動電晶體
M3L,M3H:負載電晶體
M4L,M4H:轉導電晶體
M5L,M5H:調整電晶體
MOH,MOL:輸出電晶體
VAL:調整訊號
VdrvL,VdrvH:驅動訊號
VFBL,VFBH:調整回授訊號
VFBP:主要回授訊號
Vo:輸出訊號
VREFL,VREFH:調整參考訊號

Claims (18)

  1. 一種多級放大電路，包含：一前級放大電路，用以根據一主要回授訊號與一主要參考訊號的差值而產生一前級放大訊號；至少一輸出調整電路，用以根據該前級放大訊號而產生一驅動訊號；以及至少一輸出電晶體，受控於對應的該驅動訊號而產生一輸出訊號；其中該主要回授訊號相關於該輸出訊號，其中該輸出電晶體的一閘-源極電壓根據該驅動訊號而決定，進而決定該輸出訊號的一輸出電流；其中該至少一輸出調整電路之每一包括：一調整電晶體，受該前級放大訊號的一差模電流所偏置；以及一阻抗調整電路，串聯耦接於該調整電晶體之汲-源極電流路徑，該阻抗調整電路包括：一阻抗調整元件，受該前級放大訊號的該差模電流所偏置，該阻抗調整元件的一電阻值根據一調整回授訊號與一調整參考訊號的差值而決定，其中該調整回授訊號相關於該輸出訊號；其中該驅動訊號根據該調整電晶體的一汲-源極電壓與該阻抗調整元件的一跨壓而決定，其中該阻抗調整元件的該跨壓根據該阻抗調整元件的該電阻值與該前級放大訊號的該差模電流的乘積而決定。
  2. 如請求項1之多級放大電路，其中該阻抗調整電路更包括一轉導放大電路，該轉導放大電路包括：一對差動電晶體，根據該調整回授訊號與該調整參考訊號之差值而產生一調整訊號； 一轉導電晶體，對應於該阻抗調整元件，其中該轉導電晶體的一電阻值根據該調整訊號而調整，其中該轉導電晶體的該電阻值對應於該阻抗調整元件的該電阻值。
  3. 如請求項2之多級放大電路，其中該轉導電晶體的該電阻值相對於該調整回授訊號與該調整參考訊號之差值具有線性關係。
  4. 如請求項3之多級放大電路，其中於該輸出訊號處於暫態變化(transient)時，該轉導電晶體受偏置而操作於飽和區，藉此使得該轉導電晶體的該電阻值根據該調整訊號而線性調整。
  5. 如請求項2之多級放大電路，其中該轉導電晶體之汲-源極電流路徑串聯於該調整電晶體之該汲-源極電流路徑。
  6. 如請求項2之多級放大電路，其中該轉導放大電路受偏置於該前級放大訊號的一共模電流。
  7. 如請求項6之多級放大電路，其中該前級放大電路配置為一運算放大器，用以根據該主要回授訊號與該主要參考訊號的差值而產生彼此互補的至少一對轉導電流，其中該前級放大訊號的該共模電流及該前級放大訊號的該差模電流根據該對轉導電流而決定。
  8. 如請求項2之多級放大電路，其中該調整電晶體之汲極與閘極彼此電性連接。
  9. 如請求項2之多級放大電路，其中該調整電晶體之閘極受偏置於該驅動訊號。
  10. 如請求項2之多級放大電路，其中該轉導放大電路更包括一負載電晶體，其中該負載電晶體之汲極與閘極彼此電性連接，其中流經該對差動電晶體之一的一電流用以流經該負載電晶體之該汲極與源極，以偏 置該負載電晶體而產生該調整訊號，其中該調整訊號包括該負載電晶體之汲-源極跨壓。
  11. 如請求項2之多級放大電路，其中該輸出調整電路對應的一調整目標值與該前級放大電路的一輸出目標值之間具有一偏移值，使得當該輸出訊號超過該輸出目標值大於該偏移值時，該輸出調整電路。
  12. 如請求項2之多級放大電路，其中該驅動訊號包括一第一驅動訊號及一第二驅動訊號，其中該至少一輸出電晶體包括彼此具有互補導電型的一第一輸出電晶體與一第二輸出電晶體，該至少一輸出調整電路包括一第一輸出調整電路與一第二輸出調整電路，分別用以根據該前級放大訊號而產生對應的該第一驅動訊號及該第二驅動訊號，而分別對應控制該第一輸出電晶體與該第二輸出電晶體而產生該輸出訊號。
  13. 如請求項12之多級放大電路，其中該第一輸出調整電路的電路配置與該第二輸出調整電路的電路配置彼此互補，藉此使得該第一輸出調整電路的該第一驅動訊號與該第二輸出調整電路的該第二驅動訊號彼此互補，進而使得該第一輸出電晶體與該第二輸出電晶體以推挽方式產生該輸出訊號。
  14. 如請求項13之多級放大電路，其中該第一輸出電晶體、該第二輸出電晶體、該第一輸出調整電路及該第二輸出調整電路配置為一AB級輸出級電路。
  15. 如請求項1之多級放大電路，更包含一補償電容，耦接於該前級放大訊號與該輸出訊號之間，用以提供頻率補償。
  16. 如請求項14之多級放大電路，其中該多級放大電路配置為一運算放大器。
  17. 一種穩壓電路(regulator circuit)，包含： 如請求項1~15中所述任一項的多級放大電路；以及一回授電路，耦接於該輸出訊號，用以產生該主要回授訊號與該調整回授訊號，使得該多級放大電路將該輸出訊號調節至一輸出目標值。
  18. 如請求項17之穩壓電路，其中該輸出調整電路對應的一調整目標值與該輸出目標值之間具有一輸出偏移值，使得當該輸出訊號超過該輸出目標值大於該偏移值時，對應的該輸出調整電路根據該調整目標值而控制對應的該輸出電晶體，藉此於暫態時快速調節該輸出訊號使其不超過該輸出目標值與該偏移值之和。
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