翻转电压跟随器低压差稳压器制造技术

公开了一种用于大电容器开关载荷的宽调谐范围低输出阻抗翻转电压跟随器(FVF)低压差稳压器(LDO)。在一些实现方式中，LDO包括运算放大器和FVF。FVF可以具有增益设备、源极跟随器设备和被耦合在源极跟随器设备的漏极和增益设备的栅极之间的自适应电平移位器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】翻转电压跟随器低压差稳压器相关申请的交叉引用本专利申请要求于2017年12月1日提交的转让给受让人的标题为“翻转电压跟随器低压差稳压器”的申请号为No.15/828,608的优先权，在此通过引用的方式明确地并入本申请。
本公开总体上涉及在电子电路中的信号驱动器，并且更具体地涉及用于大电容性开关载荷的宽调谐范围输出阻抗翻转电压跟随器(FVF)低压差稳压器(LDO)。
技术介绍
目前，低压差稳压器(LDO)被用于许多电子设备，尤其是在便携式电子设备。例如，LDO通常被用于在显示面板的触摸感测系统的触摸感测控制器中驱动信号。在这样的应用中，LDO通常应当利用以高频(例如400kHz)在具有串联电阻(例如1kOhm)的大电容性开关载荷(例如100pF)工作。电容性载荷通常被重复多次(例如，32次)，以便可以驱动在显示面板两端的多行信号。RC载荷取决于面板，并且根据所使用的触摸屏传感器技术而从一个面板变化到另一个面板。因为电容性载荷的变化很大，而且载荷的取决于感测模式而重复多次，因此单闭环LDO解决方案由于稳定性问题而无法被实现。常规的解决方案是将具有源极跟随器、运算放大器以及多个源极跟随器副本的单闭环提供给LDO。图1示出了在触摸感测控制器驱动器中可使用的常规LDO。LDO100包括运算放大器110、源极跟随器块120和多个副本源极跟随器块130。为了避免模糊附图，仅示出了一(1)个副本源极跟随器块130。然而，应当认识到的是，在信号驱动器100中存在多个相同的副本源极跟随器块130(例如，32个副本源极跟随器块)。源极跟随器块120包括彼此串联连接的源极跟随器设备M1和偏置设备M2。同样地，副本源极跟随器块130包括串联连接的源极跟随器设备M1r和增益设备M2r。M2和M2r二者的栅极均由偏置信号IBIAS驱动。如在图1中示出的，M1和M1r二者的栅极被耦合到运算放大器110的输出。运算放大器110的正输入接收参考电压VREF。耦合到M2的漏极的M1的源极被反馈到运算放大器110的负输入以形成闭环。因此，在M1的源极处的电压被指定为VOUT_CL。相反，连接到M2r的漏极的M1r的源极不被反馈到运算放大器110。在M1r源极处的电压被指定为VOUT_OL。VOUT_OL是LDO100的输出电压。因此，使用LDO100的驱动器被称为“开环”，这是因为输出载荷不在由M1、M2和运算放大器110形成的反馈环路中。开环驱动程序的一个问题是它的尺寸。需要低输出阻抗(例如，小于)以及时对电容性载荷充电和放电。因此，源极跟随器拓扑将导致非常大的设备(例如，在图1中的M1r)，这是由于输出阻抗为1/gm。大的M1r可以导致显著的功率损耗。为了减少驱动器的尺寸，一些常规的驱动器已经采用了允许使用更小的设备的翻转电压跟随器(FVF)拓扑。图2示出了在触摸感测控制器驱动器中可使用的具有FVF输出级的常规低侧LDO的一个示例。具有FVF配置的电源侧LDO可以利用互补设计来构建。LDO200包括运算放大器210、FVF220和多个副本FVF230。为了避免模糊图示，仅示出一(1)个副本FVF230。然而，应当理解的是，在LDO200中存在多个相同的副本FVF230(例如，32个副本FVF)。FVF220包括串联连接的源极跟随器设备M1和增益设备M2。相似地，副本FVF230包括串联连接的源极跟随器设备M1r和增益设备M2r。M1和M1r二者的栅极都被耦合到运算放大器210的输出。偏置设备Mb被耦合在M1的漏极和电源轨Vdd之间。相似的，偏置设备Mbr被耦合在M1r的漏极和Vdd之间。M2的栅极被耦合到M1的漏极。所以M2结合M1和Mb一起形成紧密的局部反馈环。相似地，M2r的栅极被耦合到M1r的漏极。所以M2r结合M1r和Mbr一起形成紧密的局部反馈环。运算放大器210的正输入接收参考电压VREF。运算放大器210的输出驱动M1的栅极，而M1的源极被反馈到运算放大器210的负输入，从而形成闭环。相反地，M1r的源极不被反馈到运算放大器210。在M1r的源极处获取输出电压。因此LDO200具有开环配置。需要低输出阻抗以及时(例如，小于)对电容性载荷充电和放电。使用FVF拓扑作为LDO200的第二级导致由环路增益降低的输出阻抗。这将允许使用更小的设备，以及因此更小的面积。然而，FVF拓扑的一个缺点是操作范围很窄(通常为0.15-0.3V)，这是因为Vgs-Vt(M2)>＝Vdsat(M1)+Vdsat(M2)以确保M1和M2二者都在饱和区域中操作。在LDO200中实现较大的输出范围将需要利用大Vgs-Vt设置M2，这需要使用非常弱的M2。这是适得其反的，这是因为M2提供了在LDO200中的所有载荷电流。总之，实现大的输出范围是以降级LDO200的输出阻抗为代价的。因此，在触摸感测控制器的设计中存在提供具有宽调谐范围而不牺牲低输出阻抗的LDO的需要。
技术实现思路
以下是一种或多种实现方式的简化概要，以提供对这样的实现方式的基本理解。本概要并非对所有预期实现方式的全面概述，并且旨在既不标识所有实现方式的关键或重要元件，也不描绘任何或所有实现方式的范围。其唯一目的是在简化的形式中呈现一种或多种实现方式的一些概念，以作为后文更详细描述的前言。一些实现方式包括宽调谐范围和低输出阻抗FVFLDO。LDO可以包括运算放大器和FVF。FVF可以具有增益设备、源极跟随器设备和耦合在源极跟随器设备的漏极和增益设备的栅极之间的自适应电平移位器。源极跟随器设备的栅极可以被耦合到运算放大器的输出，并且增益设备的漏极被耦合到运算放大器的负输入。在一些实现方式中，自适应电平移位器包括耦合在源极跟随器设备的漏极和增益设备的栅极之间的第一二极管、耦合在源极跟随器的漏极和增益设备的栅极之间的补偿电容器、以及耦合在增益设备的栅极和电源轨之间的第二二极管。在低侧LDO配置中，源极跟随器设备可以是n型金属氧化物半导体(nMOS)M1，而增益设备可以是nMOSM2，并且接地轨可以是Vss。备选地，在电源侧LDO配置中，源极跟随器设备是p型金属氧化物半导体设备(pMOS)M3，增益设备是pMOSM4，并且电源轨是Vdd。在一些实现方式中，LDO还包括多个副本FVF。多个副本FVF的每个副本FVF可以包括副本增益设备、副本源极跟随器设备和副本自适应电平移位器。该副本源极跟随器设备具有用于输出输出电压的源极和被耦合到运算放大器的输出的栅极。该副本自适应电平移位器耦合在副本源极跟随器设备的漏极和副本增益设备的栅极之间。在一些实现方式中，副本自适应电平移位器包括被耦合在副本源极跟随器的漏极和副本增益设备的栅极之间的第三二极管、耦合在副本源极跟随器的漏极和副本增益设备的栅极之间的副本补偿电容器，以及耦合在副本增益设备的栅极和电源轨之间的第四二极管。副本源极跟随器设备可以是n型金属氧化物半导体装置(nMOS)，而副本增益设备可以是nMOS，并且接地轨可以是Vss。备选地，副本源极跟随器设备是p型金属氧化物半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压差稳压器(LDO)，包括：/n运算放大器，具有输出、正输入和负输入；以及/n翻转电压跟随器(FVF)，具有增益设备、源极跟随器设备、以及被耦合在所述源极跟随器设备的漏极和所述增益设备的栅极之间的自适应电平移位器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171201 US 15/828,6081.一种低压差稳压器(LDO)，包括：
运算放大器，具有输出、正输入和负输入；以及
翻转电压跟随器(FVF)，具有增益设备、源极跟随器设备、以及被耦合在所述源极跟随器设备的漏极和所述增益设备的栅极之间的自适应电平移位器。


2.根据权利要求1所述的LDO，其中所述源极跟随器设备的栅极被耦合到所述运算放大器的所述输出，并且所述增益设备的漏极被耦合到所述运算放大器的所述负输入。


3.根据权利要求1所述的LDO，其中所述自适应电平移位器包括：
第一二极管，耦合在所述源极跟随器设备的所述漏极和所述增益设备的所述栅极之间；
补偿电容器，耦合在所述源极跟随器的所述漏极和所述增益设备的所述栅极之间；以及
第二二极管，耦合在所述增益设备的所述栅极和电源轨之间。


4.根据权利要求3所述的LDO，其中所述源极跟随器设备是n型金属氧化物半导体(nMOS)M1，所述增益设备是nMOSM2，并且所述电源轨是Vss。


5.根据权利要求3所述的LDO，其中所述源极跟随器设备是p型金属氧化物半导体设备(pMOS)M3，所述增益设备是pMOSM4，并且所述电源轨是Vdd。


6.根据权利要求1所述的LDO，还包括多个副本FVF，所述多个副本FVF中的每个FVF具有：
副本增益设备；
副本源极跟随器设备，具有用以输出输出电压的源极、以及被耦合到所述运算放大器的所述输出的栅极；以及
副本自适应电平移位器，耦合在所述副本源极跟随器设备的漏极和所述副本增益设备的栅极之间。


7.根据权利要求6所述的LDO，其中所述副本自适应电平移位器包括：
第三二极管，耦合在所述副本源极跟随器设备的所述漏极和所述副本增益设备的所述栅极之间；
副本补偿电容器，耦合在所述副本源极跟随器的所述漏极和所述副本增益设备的所述栅极之间；以及
第四二极管，耦合在所述副本增益设备的所述栅极和电源轨之间。


8.根据权利要求7所述的LDO，其中所述副本源极跟随器设备是n型金属氧化物半导体设备(nMOS)，所述副本增益设备是nMOS，并且所述电源轨是Vss。


9.根据权利要求7所述的LDO，其中所述副本源极跟随器设备是p型金属氧化物半导体设备(pMOS)，所述副本增益设备是pMOS，并且所述电源轨是Vdd。


10.一种触摸感测控制器驱动器，包括：
多个开关，所述多个开关中的每个开关被配置为耦合到触摸面板的信号线；
信号驱动器，具有上部低压差稳压器(LDO)和下部LDO，所述上部LDO被耦合到所述多个开关以将电流提供给所述多个开关，所述下部LDO被耦合到所述多个开关以从所述多个开关吸收电流，其中所述下部LDO包括：
下部运算放大器，具有输出、正输入和负输入；以及
下部翻转电压跟随器(FVF)，具有下部增益设备、下部源极跟随器设备、以及被耦合在所述下部源极跟随器设备的漏极和所述下部增益设备的栅极之间的下部自适应电平移位器。


11.根据权利要求10所述的触摸感测控制器驱动器，其中所述下部源极跟随器设备的栅极被耦合到所述下部运算放大器的所述输出，并且所述下部增益设备的漏极被耦合到所述下部运算放大器的所述负输出。


12.根据权利要求10所述的触摸感测控制器驱动器，其中所述下部自适应电平移位器包括：
第一二极管连接的nMOS，耦合在所述下部源极跟随器设备的所述漏极和所述下部增益设备的所述栅极之间；
下部补偿电容器，耦合在所述下部源极跟随器的所述漏极和所述下部增益设备的所述栅极之间；以及
第二二极管连接的nMOS，耦合在所述下部增益设备的所述栅极和Vss之间。


13.根据权利要求10所述的触摸感测控制器驱动器，其中所述上部LDO包括：
上部运算放大器，具有输出、正输入和负输入；以及
上部翻转电压跟随器(FVF)，具有上部增益设备、上部源极跟随器设备、以及被耦合在所述源极跟随器设备的漏极和所述增益设备的栅极之间的上部自适应电平移位器。


14.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·R·I·埃尔赫贝里，S·瓦德瓦，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US