專利名稱：提供不同輸出電壓之穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于ー種穩(wěn)壓器，且特別有關(guān)于ー種用于提供多種輸出電壓的穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
在各種系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器是用來提供一個穩(wěn)定的電壓給系統(tǒng)中的電路使用。一般而言，最好在各種負(fù)載、操作頻率等情況下，穩(wěn)壓器都能提供一個穩(wěn)定的電壓。換言之，電壓穩(wěn)壓器是設(shè)計用于在電子應(yīng)用中能夠提供并保持固定的電壓，其中低壓降(low dropout,LD0)電壓穩(wěn)壓器是ー種直流線性電壓穩(wěn)壓器，其具有非常小的輸入輸出差動電壓以及相對低的輸出噪聲。電源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)是用來測量目前由供應(yīng)電源至電壓穩(wěn)壓器的噪聲量，以評估電壓穩(wěn)壓器的有效性，即從供應(yīng)電源傳輸?shù)诫妷悍€(wěn)壓器的輸出電壓的噪聲量。高PSRR是表不所傳輸?shù)脑肼暳繛樯倭浚蚉SRR是表不所傳輸?shù)脑肼暳繛榇罅?。高PSRR，尤其是在由電壓穩(wěn)壓器所供應(yīng)的具有廣泛操作頻率范圍的裝置內(nèi)，是難以實現(xiàn)的。舉例來說，假如全數(shù)字式鎖相回路(all digital phase locked loop, ADPLL)的晶體振蕩器(crystal oscillator, X0)和數(shù)字控制振蕩器(digitally controlledoscillator,DC0)是由同一低壓降穩(wěn)壓器所供應(yīng)。如果晶體振蕩器所產(chǎn)生的頻率信號會反彈(kick back)回其本身的供應(yīng)電壓，則頻率信號可能會再反彈至低壓降穩(wěn)壓器的供應(yīng)電壓。若高頻PSRR在頻率偏移或頻率范圍不夠高的話，則反彈噪聲可能會影響到數(shù)字控制振蕩器的供應(yīng)電壓。為了防止去敏(de-sensing)或干擾的問題發(fā)生，高PSRR性能是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種穩(wěn)壓器，用以提供多個輸出電壓。該穩(wěn)壓器包括一核心電路，根據(jù)ー第一控制信號來放大ー輸入電壓，以得到一核心電壓；以及多個復(fù)制單兀，各根據(jù)多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓位準(zhǔn)，其中該第一控制信號是根據(jù)該多個第二控制信號而設(shè)定，以使該核心電壓的電壓電平等于或小于該多個輸出電壓中一最大電壓電平且等于或大于該多個輸出電壓中一最小電壓電平。上述穩(wěn)壓器能夠根據(jù)多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之一者，以便使穩(wěn)壓器輸出具有不同的電壓位準(zhǔn)的輸出電壓。再者，本發(fā)明提供另ー種穩(wěn)壓器，用以提供多個輸出電壓。該穩(wěn)壓器包括包括一核心電路，根據(jù)ー第一控制信號以及ー輸入電壓來得到ー偏壓電壓，并包括一基本單兀；以及多個復(fù)制単元，各輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平，其中該基本單元以及多個復(fù)制単元各包括一第一晶體管，具有用以接收該偏壓電壓的ー柵極，使得一參考電流能流經(jīng)該第一晶體管；以及ー第一電阻，以串聯(lián)方式連接于該第一晶體管，具有ー阻值，其中，在每ー復(fù)制単元中，該輸出電壓的電壓電平是根據(jù)該參考電流以及該第一電阻的阻值而決定。
上述穩(wěn)壓器中有多個復(fù)制単元，且復(fù)制単元中輸出電壓的電壓電平根據(jù)參考電流以及第ー電阻的阻值而決定，所以能夠使穩(wěn)壓器輸出具有不同電壓電平的輸出電壓。


圖I是本發(fā)明一實施例提供的穩(wěn)壓器示意圖，其為多輸出電平的源極追隨式復(fù)制無電容的低壓降電壓穩(wěn)壓器；圖2A是圖I中控制單元之操作的ー范例示意圖；圖2B是ー表格,其描述圖2A中控制信號與核心電壓VeOTe的電壓電平的關(guān)系；圖3A是圖I中控制單元之操作的另ー范例示意圖；圖3B是另ー表格，其描述圖3A中控制信號與電壓電平的關(guān)系；圖4是本發(fā)明另ー實施例所提供的穩(wěn)壓器，其為多輸出電平的源極追隨式復(fù)制無電容的低壓降電壓穩(wěn)壓器；圖5是本發(fā)明又一實施例所提供的穩(wěn)壓器；圖6是本發(fā)明又一實施例所提供的穩(wěn)壓器，其為NMOS型復(fù)制無電容的低壓降電壓穩(wěn)壓器。
具體實施例方式下文描述是實現(xiàn)本發(fā)明的較佳實施例，這些描述是為了闡述本發(fā)明的基本思想，不應(yīng)理解成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍由所附加的權(quán)利要求所決定。為讓本發(fā)明的該基本思想和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下實施例圖I是本發(fā)明一實施例所提供的穩(wěn)壓器100。穩(wěn)壓器100為多輸出電平的源極追隨式復(fù)制(replica)無電容(capless)的低壓降(low dropout, LD0)電壓穩(wěn)壓器，其可分別在輸出節(jié)點Ntjut l至Nwt N提供低壓降電壓Vwt I至Vtjut N。穩(wěn)壓器100包括核心電路10以及N個復(fù)制單元20_1至20_N。核心電路10包括放大器15、兩電阻Rl與R2以及基本單元30，其中電阻R2為可變電阻。放大器15具有用以接收輸入電壓VMf的非反相輸入端(+)、耦接于電阻Rl與R2的反相輸入端(_)以及用以同時輸出偏壓電壓Vbias至基本単元30以及復(fù)制單元20_1至20_N的輸出端。電阻Rl耦接于接地端GND以及放大器15的反相輸入端之間，而電阻R2耦接于放大器15的反相輸入端以及基本単元30的可變電阻R3之間。在核心電路10中，電阻R2與R3的阻值同時由控制信號Setri所控制。基本單元30包括電流源II、兩晶體管Ml與M2、電阻R3以及電流電路35。在此實施例中，電流電路35為ー電流鏡。由于電流鏡為常見的電路，本發(fā)明將不再詳細(xì)描述于此。電流源Il耦接于供應(yīng)電壓VDD以及晶體管Ml的柵極之間，其中電流源Il可提供固定的偏壓電流Ibiasl至電流鏡35。晶體管Ml耦接于供應(yīng)電壓VDD以及電阻R3之間，而晶體管M2耦接于電阻R3以及電流鏡35之間。電流鏡35耦接于電流源11、晶體管M2以及接地端GND，其中電流鏡35根據(jù)偏壓電流Ibiasl從晶體管M2汲取出鏡射電流在圖I中，偏壓電壓Vbias可根據(jù)下列算式而得到 ^bias
core よ mirrorl X R^-IVgSM2I
7 1 + R2. .= ^Kef — 1 匿縦' X 尺3-
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)壓器，用以提供多個輸出電壓，其特征在干，該穩(wěn)壓器包括 一核心電路，根據(jù)一第一控制信號來放大ー輸入電壓，以得到一核心電壓；以及多個復(fù)制單兀，各根據(jù)多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之ー者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平， 其中該第一控制信號是根據(jù)該多個第二控制信號而設(shè)定，以使該核心電壓的電壓電平等于或小于該多個輸出電壓中一最大電壓電平且等于或大于該多個輸出電壓中一最小電壓電平。
2.如權(quán)利要求I所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該核心電路包括放大電路，該放大電路包括 一放大器，具有用以接收該輸入電壓的一非反相輸入端、一反相輸入端以及ー輸出端; 一第一電阻，耦接于一接地端以及該放大器的反相輸入端之間；以及一第二電阻，具有I禹接于該放大器的反相輸入端的一第一端以及ー第二端，以及具有由該第一控制信號所控制之的第一可變阻值。
3.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該核心電路還包括基本単元，其中該基本單元以及該多個復(fù)制單元各包括 一第一晶體管，具有稱接于一第一電壓源的一第一端、一柵極以及一第二端； 一第一電流源，耦接于該第一電壓源以及該第一晶體管的柵極之間，用以提供ー偏壓電流； 一第三電阻，具有稱接于該第一晶體管的第二端的一第一端以及ー第二端； 一第二晶體管，具有耦接于該第三電阻的第二端的一第一端、耦接于該放大器的輸出端的一柵極以及一第二端；以及 ー電流電路，耦接于ー第二電壓源、該第一電流源以及該第二晶體管的第二端，用以根據(jù)該偏壓電流而汲取出流經(jīng)該第二晶體管的ー電流， 其中該基本単元中該第三電阻的阻值等于該第一可變阻值，以及該多個復(fù)制單元中每ー該第三電阻具有由個別的該第二控制信號所控制的一第二可變阻值， 其中該基本単元中該第三電阻的第一端耦接于該第二電阻的第二端，以及 其中該多個復(fù)制單元各在其該第三電阻的第一端輸出個別的輸出電壓，以及 其中該基本単元在其該第三電阻的第一端得到該核心電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在干， 該個別的輸出電壓的電壓電平是根據(jù)該核心電壓，以及復(fù)制單元中第三電阻與基本單元中第三電阻的差值與該電流電路所汲取出的電流的乘積而決定。
5.如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在干，該多個第二控制信號中每ー個各具有一整數(shù)值，其表示對應(yīng)于個別的該復(fù)制単元中該第三電阻與該基本単元中該第三電阻之比例的增益電平，而該第一控制信號是根據(jù)具有一最大整數(shù)值的第二控制信號以及具有一最小整數(shù)值的第二控制信號而設(shè)定。
6.如權(quán)利要求5所述的穩(wěn)壓器,其特征在于，該第一控制信號具有一整數(shù)值，其表不對應(yīng)于該核心電路中該第二電阻與該第一電阻之比例的增益電平，其中該第一控制信號的整數(shù)值等于該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值的一平均值，使得該核心電壓等于該多個輸出電壓中的最大電壓電平與該多個輸出電壓中的最小電壓電平的一平均值。
7.如權(quán)利要求6所述的穩(wěn)壓器，其特征在干，該第一控制信號以及該多個第二控制信號各為使用相同位數(shù)來表示其整數(shù)值的ー邏輯信號，其中當(dāng)該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值之和為偶數(shù)時，該第一控制信號的整數(shù)值等于該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值的平均值，而當(dāng)該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值之和為奇數(shù)時，該第一控制信號的整數(shù)值藉由對該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值的平均值進(jìn)行四舍五入而得到。
8.如權(quán)利要求4所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一晶體管以及該第二晶體管為不同類型的金氧半導(dǎo)體晶體管，以及該基本単元及該多個復(fù)制單元的該電流電路各包括 一第一鏡射晶體管，耦接于該第二電壓源以及該第 一電流源之間；以及一第二鏡射晶體管，耦接于該第二電壓源以及該第二晶體管的第二端之間，具有ー柵極耦接于該第一鏡射晶體管的柵極以及該第二晶體管的第二端。
9.如權(quán)利要求8所述的穩(wěn)壓器，其特征在干， 該第一晶體管為N型金氧半導(dǎo)體晶體管而該第二晶體管為P型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一供應(yīng)電壓以及ー接地信號； 或者， 該第一晶體管為P型金氧半導(dǎo)體晶體管而該第二晶體管為N型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一接地信號以及ー供應(yīng)電壓。
10.如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一晶體管以及該第二晶體管為相同類型的金氧半導(dǎo)體晶體管，以及該基本単元及該多個復(fù)制單元的該電流電路各包括 一第三晶體管，耦接于該第一電流源以及該第二晶體管的第二端之間，具有一柵極用以接收一共同電壓；以及 一第二電流源，耦接于該第二晶體管的第二端以及該第二電壓源之間。
11.如權(quán)利要求10所述的穩(wěn)壓器，其特征在干， 該第一晶體管與該第二晶體管為P型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一供應(yīng)電壓以及ー接地信號； 或者， 該第一晶體管與該第二晶體管為N型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一接地信號以及ー供應(yīng)電壓。
12.如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，更包括 ー濾波器，耦接于該基本單元中該第二晶體管的柵極以及該多個復(fù)制單元中第二晶體管的柵極之間，用以過濾來自該放大器的輸出端的噪聲。
13.如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該基本單元更包括 一第一開關(guān)，耦接于該第一電壓源以及基本単元中該第一晶體管之間；以及 一第二開關(guān)，耦接于該第二電壓源以及該放大器的輸出端之間，以及 多個復(fù)制單元中每ー個更包括 一第三開關(guān)，耦接于該第一電壓源以及復(fù)制単元中該第一晶體管之間； 其中當(dāng)該穩(wěn)壓器斷電時，該第一開關(guān)與該第三開關(guān)為不導(dǎo)通而該第二開關(guān)為導(dǎo)通，以及當(dāng)多個第三開關(guān)之ー者為導(dǎo)通時，該第一開關(guān)為導(dǎo)通而該第二開關(guān)為不導(dǎo)通。
14.一種穩(wěn)壓器,用以提供多個輸出電壓,其特征在于,包括一核心電路，根據(jù)ー第一控制信號以及ー輸入電壓來得到ー偏壓電壓，并包括一基本單元；以及 多個復(fù)制単元，各輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平， 其中該基本單元以及多個復(fù)制単元各包括 一第一晶體管，具有用以接收該偏壓電壓的ー柵極，使得一參考電流能流經(jīng)該第一晶體管；以及 一第一電阻，以串聯(lián)方式連接于該第一晶體管，具有ー阻值，其中，在每ー復(fù)制単元中，該輸出電壓的電壓電平是根據(jù)該參考電流以及該第一電阻的阻值而決定。
15.如權(quán)利要求14所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該基本単元中的該第一電阻的阻值由該第一控制信號所控制，而每ー復(fù)制單元中的該第一電阻的阻值由多個第二控制信號中一者所控制，其中該第一控制信號是根據(jù)該多個第二控制信號而設(shè)定。
16.如權(quán)利要求15所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該核心電路更包括 一放大器，具有用以接收該輸入電壓的一非反相輸入端、一反相輸入端以及用以提供該偏壓電壓的ー輸出端； 一第二電阻，耦接于一接地端以及該放大器的反相輸入端之間；以及 一第三電阻，具有I禹接于該放大器的反相輸入端的一第一端以及ー第二端，以及具有一阻值相同于該基本單兀中該第一電阻的阻值。
17.如權(quán)利要求16所述的穩(wěn)壓器，其特征在干，該多個第二控制信號各具有一整數(shù)值，其表示對應(yīng)于個別的該復(fù)制単元中該第一電阻與基本単元中該第一電阻之比例的增益電平，而該第一控制信號是根據(jù)具有一最大整數(shù)值的第二控制信號以及具有一最小整數(shù)值的第二控制信號而設(shè)定。
18.如權(quán)利要求17所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一控制信號具有一整數(shù)值，其表示對應(yīng)于該核心電路中該第三電阻與該第二電阻之比例的增益電平，其中該第一控制信號的整數(shù)值等于該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值的一平均值。
19.如權(quán)利要求18所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一控制信號以及該多個第二控制信號各為使用相同位數(shù)來表示其整數(shù)值的ー邏輯信號，其中當(dāng)該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值之和為偶數(shù)時，該第一控制信號的整數(shù)值等于該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值的平均值，而當(dāng)該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值之和為奇數(shù)時，該第一控制信號的整數(shù)值藉由對該最大整數(shù)值與該最小整數(shù)值的平均值進(jìn)行四舍五入而得到。
20.如權(quán)利要求16所述的穩(wěn)壓器，其特征在干，每ー復(fù)制單元更包括 一第二晶體管，稱接于一第一電壓源以及該第一電阻之間，具有ー柵極； 一第一電流源，耦接于該第一電壓源以及該第二晶體管的柵極之間，用以提供ー偏壓電流；以及 ー電流電路，耦接于ー第二電壓源、該第一電流源以及該第一晶體管，用以根據(jù)該偏壓電流而汲取出流經(jīng)該第一晶體管的該參考電流。
21.如權(quán)利要求20所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一晶體管以及該第二晶體管為不同類型的金氧半導(dǎo)體晶體管，以及該基本単元及多個復(fù)制単元的該電流電路各包括 一第一鏡射晶體管，耦接于該第二電壓源以及該第一電流源之間；以及一第二鏡射晶體管，耦接于該第二電壓源以及該第一晶體管之間，具有ー柵極耦接于該第一鏡射晶體管的柵極以及該第一晶體管。
22.如權(quán)利要求21所述的穩(wěn)壓器，其特征在干， 該第一晶體管為P型金氧半導(dǎo)體晶體管而該第二晶體管為N型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源分別用以提供一供應(yīng)電壓以及ー接地信號； 或者， 其中該第一晶體管為N型金氧半導(dǎo)體晶體管而該第二晶體管為P型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源系分別用以提供一接地信號以及ー供應(yīng)電壓。
23.如權(quán)利要求16所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一晶體管以及該第二晶體管為相同類型的金氧半導(dǎo)體晶體管，以及該基本単元及多個復(fù)制単元的該電流電路各包括 一第三晶體管，具有耦接于該第一電流源的一第一端、耦接于該第一晶體管的一第二端以及ー柵極用以接收一共同電壓；以及 一第二電流源，耦接于該第三晶體管的第二端以及該第二電壓源之間。
24.如權(quán)利要求23所述的穩(wěn)壓器，其特征在干， 該第一晶體管與該第二晶體管為P型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源系分別用以提供一供應(yīng)電壓以及ー接地信號； 或者， 該第一晶體管與該第二晶體管為N型金氧半導(dǎo)體晶體管，以及其中該第一電壓源及該第二電壓源系分別用以提供一接地信號以及ー供應(yīng)電壓。
25.如權(quán)利要求16項所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，更包括 ー濾波器，耦接于該基本単元中該第一晶體管的柵極以及多個復(fù)制単元中第一晶體管的柵極之間，用以過濾來自該放大器的輸出端的噪聲。
26.如權(quán)利要求16所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該基本單元更包括 一第一開關(guān)，耦接于該第一電壓源以及該第二晶體管之間；以及 一第二開關(guān)，耦接于該第二電壓源以及該放大器的輸出端之間，以及 多個復(fù)制單元中每ー個更包括 一第三開關(guān)，耦接于該第一電壓源以及該第二晶體管之間； 其中當(dāng)該穩(wěn)壓器被斷電時，該第一開關(guān)與該第三開關(guān)為不導(dǎo)通而該第二開關(guān)為導(dǎo)通，以及當(dāng)該多個第三開關(guān)之ー者為導(dǎo)通時，該第一開關(guān)為導(dǎo)通而該第二開關(guān)為不導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種穩(wěn)壓器，用以提供多個輸出電壓。該穩(wěn)壓器包括一核心電路，根據(jù)一第一控制信號來放大一輸入電壓，以得到一核心電壓；以及多個復(fù)制單元，各根據(jù)多個第二控制信號之一者以及該輸入電壓來輸出該多個輸出電壓之一者，其中該多個輸出電壓之至少兩者具有不同的電壓電平，其中該第一控制信號是根據(jù)該多個第二控制信號而設(shè)定，以使該核心電壓的電壓電平等于或小于該多個輸出電壓中一最大電壓電平且等于或大于該多個輸出電壓中一最小電壓電平。
文檔編號G05F1/56GK102645944SQ201210025429
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者黃健忠 申請人:聯(lián)發(fā)科技(新加坡)私人有限公司