补偿模块及电压调节器制造技术

本发明专利技术公开了一种补偿模块，用于一电压调节器中，该电压调节器包括一增益级、一输出级以及一米勒补偿模块，该补偿模块包括一低输出阻抗非反相增益单元，耦接于该增益级的一放大输出端与该输出级的一输出级输入端之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种补偿模块及其电压调节器，尤其涉及一种能够提升稳定性及抗噪声能力的补偿模块及电压调节器。
技术介绍
在集成电路中，电压调节器（Voltage Regulator）是常用在产生准确且稳定电压的负反馈电路。电压调节器所输出的电压通常会作为集成电路中其它电路的参考电压或是电源。因此，在电压调节器的设计中，往往需要利用频率补偿提升电压调节器的稳定性，并通过电压调节器本身的负反馈特性降低系统电源的电源噪声干扰以及提升电压调节器的电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，PSRR）。请参考图1，图1为用于现有电压调节器的一传统米勒补偿架构10的示意图。如图1所示，米勒补偿架构10包括N型晶体管MN1～MN3、P型晶体管MP1、MP2、电流源IB以及米勒电容CM1。N型晶体管MN2、MN3、P型晶体管MP1、MP2的组合为前级电路的输出级。米勒电容CM1跨接在节点MN1_G与输出端OUT之间（即N型晶体管MN1的栅极与漏极之间），也通过N型晶体管MN1的增益GainMN1，米勒电容CM1将可等效于一挂载在节点MN1_G的放大电容。此放大电容的电容值为米勒电容CM1的电容值与增益GainMN1的乘积。借此，电压调节器的主极点将往低频率移动，从而提升电压调节器的稳定性。然而，米勒补偿架构10中的电源噪声将会经由P型晶体管MP1、MP2与米勒电容CM1的路径传递至输出端OUT，进而大幅降低电压调节器在高频的电源抑制比。请参考图2，图2为用于现有电压调节器的一传统共源共栅式米勒补偿（Cascode Miller Compensation）架构20的示意图。类似于米勒补偿架构10，共源共栅式米勒补偿架构20包括N型晶体管MN1～MN3、P型晶体管MP1、MP2、电流源IB以及米勒电容CM2。N型晶体管MN2、MN3、P型晶体管MP1、MP2的组合为前级电路的输出级。与米勒补偿架构10不同的是，共源共栅式米勒补偿架构20的米勒电容CM2耦接于节点X与输出端OUT之间。通过节点MN1_G至节点X间的高阻抗，电源噪声将无法由米勒电容CM2传递至输出端OUT，从而提高电压调节器的电源抑制比。然而，将米勒电容CM2耦接于节点X时，寄生零点Z1、Z2会随之产生。寄生零点Z1、Z2可分别表示为：Z1≅-gmMN2CX,]]>Z2≅gmMN1CxCOTACM2+CGDCX+CM2CGD]]>其中，CX为节点X的寄生电容值，为节点X的等效阻抗，gmMN1为N型晶体管MN1的转导（Trans-conductance），CGD为N型晶体管MN1栅极至漏极的寄生电容，COTA为前级电路的输出电容。在高频率范围时，寄生零点Z1、Z2会抬升电压调节器的增益，进而延长电压调节器的开回路步阶响应的稳定时间且影响电压调节器的稳定性。此外，现有技术也提供一种利用电流镜来提升电压调节器的电源抑制比的方法，请参考图3，图3为一传统电压调节器30的示意图。如图3所示，电压调节器30在增益级OTA与P型晶体管MP1之间加入电流镜（current mirror），以使电流噪声可通过电流镜中的P型晶体管MP2传递至节点MP1_G。如此一来，节点MP1_G将与电源VDD同步，从而抑制电源VDD传递至输出端OUT的电源噪声。然而，由于电压调节器30的增益级OTA的输出与P型晶体管MP1的输出为同相，因此电压调节器30无法使用米勒补偿。在此状况下，电压调节器30只能采用主极点补偿（dominant-pole compensation）方法来提升稳定性。换言之，电压调节器30通过挂载一具有大电容值的电容CL在输出端OUT来提升电压调节器30的稳定性。然而，采用主极点补偿方法将会大幅增加电压调节器30的布局面积，进而提高制造成本。此外，在电压调节器30中高频率的电源噪声依然会通过P型晶体管MP1的寄生电容CSD直接传递至输出端OUT，造成电压调节器30的电源抑制比下降。由上述可知，现有技术实有改进的必要。
技术实现思路
因此，本专利技术提出一种具有低输出阻抗及非反相增益的补偿模块及其电压调节器，以提高电压调节器的稳定性及电源抑制比。本专利技术公开一种补偿模块，用于一电压调节器中，该电压调节器包括一增益级、一输出级以及一米勒补偿模块，该补偿模块包括一低输出阻抗非反相增益单元，耦接于该增益级的一放大输出端与该输出级的一输出级输入端之间。本专利技术还公开一种电压调节器，包括一增益级；一输出级；一米勒补偿模块，耦接于该输出级的一输出级输出端与该增益级之间；以及一补偿模块，包括一低输出阻抗非反相增益单元，耦接于该增益级的一增益级输出端与该输出级的一输出级输入端之间。附图说明图1为传统米勒补偿架构的示意图。图2为传统共源共栅式米勒补偿架构的示意图。图3为一传统电压调节器的示意图。图4为本专利技术实施例一电压调节器的示意图。图5为本专利技术实施例另一电压调节器的示意图。图6为图5所示的电压调节器中高频增益单元的增益-频率特征曲线图。图7为图5所示的电压调节器一实现方式的示意图。其中，附图标记说明如下：10                      米勒补偿架构20                      共源共栅式米勒补偿架构30                      电压调节器40、50                  电压调节器400                     增益级402                     补偿模块404                     输出级406                     米勒补偿模块408                     低输出阻抗非反相增益单元500                     高频增益单元AMP1～AMP4              放大器A、B、C、D、E           噪声CL                      电容CM1、CM2、CM3            米勒电容CO1                     电容COTA                     输出电容CGD、CSD、CX             寄生电容GainDC                  基频增益G、X、MP1_G、MN1_G   本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿模块，用于一电压调节器中，该电压调节器包括一增益级、一输出级以及一米勒补偿模块，该补偿模块包括：一低输出阻抗非反相增益单元，耦接于该增益级的一放大输出端与该输出级的一输出级输入端之间。

【技术特征摘要】
1.一种补偿模块，用于一电压调节器中，该电压调节器包括一增益级、一
输出级以及一米勒补偿模块，该补偿模块包括：
一低输出阻抗非反相增益单元，耦接于该增益级的一放大输出端与该输
出级的一输出级输入端之间。
2.如权利要求1所述的补偿模块，其特征在于该增益级、该输出级及该米
勒补偿模块间的补偿方式为共源共栅米勒补偿。
3.如权利要求1所述的补偿模块，还包括：
一高频增益单元，耦接于该电压调节器中一电源端以及该低输出阻抗非
反相增益单元之间，用来根据该电源端一高频噪声，输出一高频噪
声抑制信号至该低输出阻抗非反相增益单元，以通过该低输出阻抗
非反相增益单元降低该输出级中的高频噪声。
4.如权利要求1所述的补偿模块，其特征在于该低输出阻抗非反相增益单
元包括：
一第一放大器，包括一第一正输入端耦接于该电压调节器的一电源端，
一第一负输入端耦接于该增益级的一增益级输出端，以及一第一输
出端；
一第二放大器，包括一第二正输入端耦接于该电压调节器的一地端，一
第二负输入端耦接于该第一输出端，以及一第二输出端耦接于该第
一输出端；
一第三放大器，包括一第三正输入端耦接于该地端，一第三负输入端耦
接于该第一输出端，以及一第三输出端；以及
一第四放大器，包括一第四正输入端耦接于该电源端，一第四负输入端
耦接于该第三输出端，以及一第四输出端耦接于该第三输出端与该
输出级。
5.如权利要求4所述的补偿模块，其特征在于该第一放大器、该第二放大
器、该第三放大器及该第四放大器分别由一第一P型晶体管、一第一N
型晶体管、一第二N型晶体管及一第二P型晶体管实现；该第一P型晶
体管包括一源极作为该第一正输入端，一栅极作为该第一负输入端，以
及一漏极作为该第一输出端；该第一N型晶体管包括一源极作为该第二
正输入端，一栅极作为该第二负输入端，以及一漏极作为该第二输出端；
该第二N型晶体管包括一源极作为该第三正输入端，一栅极作为该第三
负输入端，以及一漏极作为该第三输出端；该第二P型晶体管包括一源
极作为该第四正输入端，一栅极作为该第四负输入端，以及一漏极作为
该第四输出端。
6.如权利要求4所述的补偿模块，还包括一高频增益单元，包括：
一第五放大器，包括一第五正输入端耦接于该地端，一第五负输入端耦
接于该电源端，以及一第五输出端；
一补偿电容，耦接于该第五输出端与该第四负输出端之间；以及
一补偿电阻，耦接于该第三输出端与该第四负输入端之间。
7.一种电压调节器，包括：
一增益级；
一输出级，耦接于该增益级；...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏弘，苏品翰，黄俊为，吴振聪，黄秋皇，
申请(专利权)人：联咏科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71