(57)【要約】  キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器のためのシステムおよび方法であって、誤差増幅器が、基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように構成される。LDO電圧調整器に外部キャパシタを含めずに、誤差増幅器の出力にMiller増幅器が結合され、Miller増幅器は、その入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成される。誤差増幅器の出力に結合されたキャパシタは、Q値(Q)を小さくし、それによってシステムの安定性を向上させるための正のフィードバックループを生成する。
2013527527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように構成された誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に結合されたMiller増幅器とを備え、前記Miller増幅器は、前記Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成されるキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２】
パストランジスタをさらに備え、前記誤差増幅器の前記出力は、前記パストランジスタのゲートノードに結合され、前記調整されたLDO電圧は、前記パストランジスタの出力ノードに導かれる、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項３】
前記誤差増幅器は、前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成し、Millerキャパシタンスは、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように構成される、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項４】
前記誤差増幅器の前記出力に結合された第1のキャパシタをさらに含み、それによって、前記第1のキャパシタが、Q値を小さくするための正のフィードバックループを生成し、前記Q値は、キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項５】
Miller増幅器内に形成された第2のキャパシタをさらに備え、前記第2のキャパシタは、前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとるように構成される、請求項4に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項６】
前記Miller増幅器は電流フォロアと、電流源増幅器と、電流ミラーとを備える、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項７】
前記誤差増幅器は一対の交差結合インバータを備える、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項８】
前記パストランジスタの前記出力ノードに結合された出力負荷をさらに備える、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項９】
少なくとも1つの半導体ダイに組み込まれる、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項１０】
セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置のデータユニット、およびコンピュータからなるグループから選択されたデバイスに組み込まれる、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項１１】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を形成するための方法であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように誤差増幅器を構成するステップと、
Miller増幅器を前記誤差増幅器の出力に結合するステップと、
前記Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように前記Miller増幅器を構成するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記誤差増幅器の前記出力をパストランジスタのゲートノードに結合するステップと、前記調整されたLDO電圧を前記パストランジスタの出力ノードに導くステップとをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成するように前記誤差増幅器を構成するステップと、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように前記Millerキャパシタンスを構成するステップとを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
前記誤差増幅器の前記出力に第1のキャパシタを結合し、それによって、前記第1のキャパシタに、Q値を小さくするための正のフィードバックループを生成させるステップをさらに備え、前記Q値は、前記キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整されたLDO電圧が得られるようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスがとられるように、前記Miller増幅器内の第2のキャパシタを構成するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
電流フォロア、電流源増幅器、および電流ミラーから前記Miller増幅器を形成するステップを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１７】
前記パストランジスタの前記出力ノードにおいて出力負荷を形成するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１８】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を形成するための方法であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように誤差増幅器を構成するステップと、
Miller増幅器を前記誤差増幅器の出力に結合するステップと、
前記Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように前記Miller増幅器を構成するステップとを含む方法。
【請求項１９】
前記誤差増幅器の前記出力をパストランジスタのゲートノードに結合するステップと、前記調整されたLDO電圧を前記パストランジスタの出力ノードに導くステップとをさらに含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成するように前記誤差増幅器を構成するステップと、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように前記Millerキャパシタンスを構成するステップとを含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記誤差増幅器の前記出力に第1のキャパシタを結合し、それによって、前記第1のキャパシタが、Q値を小さくするための正のフィードバックループを生成するステップをさらに備え、前記Q値は、前記キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項18に記載の方法。
【請求項２２】
前記調整されたLDO電圧が得られるようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスがとられるように、前記Miller増幅器内の第2のキャパシタを構成するステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
電流フォロア、電流源増幅器、および電流ミラーから前記Miller増幅器を形成するステップを含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２４】
前記パストランジスタの前記出力ノードにおいて出力負荷を形成するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２５】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するための増幅器手段と、
前記増幅器手段の出力に結合されたMiller増幅器とを備え、前記Miller増幅器が、前記Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成されるキャパシタレスLDO電圧調整器を備えるシステム。
【請求項２６】
前記増幅器手段の前記出力をスイッチング手段の入力ノードに結合するための手段と、前記調整されたLDO電圧を前記スイッチング手段の出力ノードに導くための手段とをさらに含む、請求項25に記載のシステム。
【請求項２７】
前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成するように前記増幅器手段を構成するための手段と、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように前記Millerキャパシタンスを構成するための手段とを備える、請求項25に記載のシステム。
【請求項２８】
Q値を小さくするための手段をさらに備え、前記Q値は、前記キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項25に記載のシステム。
【請求項２９】
前記調整されたLDO電圧が得られるようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとる手段をさらに備える、請求項28に記載のシステム。
【請求項３０】
前記スイッチング手段の前記出力ノードにおいて出力負荷を形成するための手段をさらに備える、請求項25に記載のシステム。
【請求項３１】
少なくとも1つの半導体ダイに組み込まれる、請求項25に記載のシステム。
【請求項３２】
セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置のデータユニット、およびコンピュータからなるグループから選択されたデバイスに組み込まれる、請求項25に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許法第119条による優先権の主張
本特許出願は、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に明確に組み込まれる、2010年4月29日に出願された「On-Chip Low Voltage Capacitor-Less Low Dropout Regulator with Q-Control」と題する米国仮出願第61329141号の優先権を主張する。
【０００２】
開示される実施形態は、低ドロップアウト(LDO)オンチップ電圧調整器のキャパシタレス実装形態を対象とする。特に、例示的な実施形態は、Q値(Q)を調節し、したがってシステムの安定性を向上させるように構成されたLDO電圧調整器のキャパシタレス実装形態を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
電力管理は、現代の電子工業において重要な役割を果たしている。バッテリー電源式ハンドヘルドデバイスは、バッテリーの寿命を延ばし、デバイスの性能および動作を向上させるための電力管理技術を必要とする。電力管理の1態様は、動作電圧を調節することを含む。従来の電子システム、特にシステムオンチップ(SOC)は一般に様々なサブシステムを含む。様々なサブシステムは、それらの特定のニーズに適合されたそれぞれの異なる動作電圧の下で動作し得る。様々なサブシステムに指定された電圧を加えるのに電圧調整器が使用される。電圧調整器は、サブシステム同士を互いに分離された状態に維持するのに使用されてもよい。
【０００４】
低ドロップアウト(LDO)電圧調整器は一般に、低電圧を生成して供給し、低雑音回路を実現するのに使用される。従来のLDO電圧調整器は、数マイクロファラッドの範囲であることが多い大形の外部キャパシタを必要とする。このような外部キャパシタは、貴重な広い空間を占有し、集積回路(IC)のピン数を増大させ、効率的なSOC解決策を妨げる。
【０００５】
図1を参照すると、キャパシタCLを有する従来のLDO電圧調整器100が示されている。上記で説明したように、キャパシタCLには問題がある。図示のように、LDO電圧調整器100は、無調整の入力電圧Vinおよび入力された基準電圧Vrefを受け入れ、調整された出力電圧Voutを生成する。差分増幅器102の一方の入力は、抵抗器R1およびR2の抵抗比によって決定される調整された出力電圧Voutの部分を監視する。差分増幅器102の他方の入力は、安定した基準電圧Vrefである。差分増幅器102の出力は、大形のパストランジスタであるトランジスタ104を駆動する。トランジスタ104の出力において得られる調整された出力電圧Voutが基準電圧Vrefに対して過度に高い電圧まで上昇した場合、差分増幅器102は、調整された出力電圧Voutを一定の電圧値に維持するようにトランジスタ104のドライブ強度を変更する。
【０００６】
図1の従来のLDO電圧調整器100は「2極」システムである。「極」は、電気回路に関連する制御システムにおいてよく知られているように、電気回路の安定性を示す。具体的には、抵抗器-キャパシタ回路に関しては、回路を通過する交流電流の周波数範囲にわたってプロットされるループ利得が、回路の各極において大幅に増大する。これらの極において回路の安定性を維持するために、各極は、ループ利得に対する減衰係数として働く他の回路素子によって補償される。たとえば抵抗器とキャパシタの複数の組合せがあるために複数の極が存在する場合、支配極の補償が着目されることがある。そのようなシステムでは、非支配極が支配極の近くに位置し、それによって、補償回路を支配極と非支配極の両方を安定化するうえで効果的に使用できることが望ましい。
【０００７】
図1を参照すると、トランジスタ104のゲートに非支配極が形成されている。キャパシタCLは支配極に寄与する。システムを安定させるために、図示のように抵抗器RESRが導入される。しかし、両方の極上でLDO電圧調整器100を安定させるのに十分な精度でRESRを制御するのは極めて困難である。したがって、代替として、キャパシタCLのサイズが、場合によっては数マイクロファラッド程度に大きくされ、それによって多数の上述の問題が生じる。したがって、当技術分野では、LDO電圧調整器100の安定性を確立するうえで大形のキャパシタCLを必要としない解決策が必要になっている。言い換えれば、LDO電圧調整器のキャパシタレス解決策が必要である。
【０００８】
LDO電圧調整器からキャパシタをなくす従来の取り組みは、いくつかの欠点を伴う。たとえば、K. N. Leung and P. K. T. Mok「A capacitor-free CMOS low-dropout regulator with damping-factor-control frequency compensation」IEEE J. Solid-State Circuits、第38巻、第10号、1691〜1702頁、2003年10月(以下「Leung」)では減衰係数制御(DFC)ブロックが利用されている。しかし、LeungのDFCブロックは基本的に、誤差増幅器の出力において容量性負荷を増大させるためのキャパシタを含む増幅器である。このキャパシタは支配極を形成する。その結果、Leungの技術においてLDO電圧調整器を安定させるには最低でも1mAの電流負荷が必要である。数mA程度のそのような大きい電流負荷をサポートするのは実現不可能である。したがって、LeungのLDO電圧調整器は効率的なSOC実装形態には適していない。
【０００９】
別の例では、S. K. Lau, P. K. T. Mok, K .N. Leung「A low-dropout regulator for SoC with Q-reduction」、IEEE Journal of Solid-State Circuits、第42巻、第3号、2007年3月(以下「Lau」)においてQ値(Q)低減技術が提案されている。Lauの技術は、LDO電圧調整器のピーク利得を調節するためのキャパシタとダイオードとを含む。しかし、Lauの技術にも、LDO電圧調整器の安定性を維持するのに100μA程度の非常に大きい最低電流負荷が必要になるという欠点がある。
【００１０】
LDO電圧調整器の別の例がR. J. Milliken, J. Silva-Martinez, E. Sanchez-Sinencio「Full on-chip CMOS low-dropout voltage regulator」IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications、第54巻、第9号、2007年9月、1879〜1890頁(以下「Milliken」)に記載されている。Millikenは、微分器ループを利用してLDO電圧調整器の出力電圧の変化を検知し、負荷遷移に対する高速の負のフィードバックパスを生成する。微分器ループは「Millerキャパシタ」としても働き、回路の各極を分割することによってLDO電圧調整器を安定させる。Millikenは、「カスコード」電流ミラーを使用してパストランジスタのゲートにおいて電流を確実に適切に分布させる。しかし、当技術分野における一般的な傾向である低い電源電圧および小形化の進むデバイスを使用しながら適切な電流分布を維持するのは困難である。適切な電流分布がないと、大きい電流オフセットが生じる可能性がある。さらに、LDO電圧調整器のピーク利得を調節するためのMillikenの技術は、収束を実現するうえで多数回の反復を必要とする。
【００１１】
さらに別のLDO実装形態がTexas Instrument社の製品「TPS73601」に見られる。TPS73601は、パストランジスタのゲートでの電圧変化を加速するための電荷ポンプと「サーボ」ブロックとを含むLDO電圧調整器のスタンドアロン実装形態である。サーボブロックは、比較器を使用して出力電圧を測定する。出力電圧が指定された電圧よりも低いとき、すなわち「アンダーシュート」がある場合、ソーシング電流が増大する。一方、オーバーシュートが生じた場合、シンキング電流が増大する。TPS73601の実装形態は、多量の零入力電流を消費し、したがって電力効率的ではない追加の回路を必要とする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】K. N. Leung and P. K. T. Mok「A capacitor-free CMOS low-dropout regulator with damping-factor-control frequency compensation」IEEE J. Solid-State Circuits、第38巻、第10号、1691〜1702頁、2003年10月
【非特許文献２】S. K. Lau, P. K. T. Mok, K .N. Leung「A low-dropout regulator for SoC with Q-reduction」、IEEE Journal of Solid-State Circuits、第42巻、第3号、2007年3月
【非特許文献３】R. J. Milliken, J. Silva-Martinez, E. Sanchez-Sinencio「Full on-chip CMOS low-dropout voltage regulator」IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications、第54巻、第9号、2007年9月、1879〜1890頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、当技術分野では、上述の技術の欠点による影響を受けないLDO電圧調整器の効率的なキャパシタレス解決策が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の例示的な実施形態は、LDO電圧調整器のキャパシタレス実装形態のためのシステムおよび方法を対象とする。
【００１５】
たとえば、例示的な実施形態は、基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように構成された誤差増幅器と、誤差増幅器の出力に結合されたMiller増幅器とを備え、Miller増幅器が、その入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成されるキャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を対象とする。誤差増幅器の出力に結合されたキャパシタは、Q値(Q)を小さくし、それによってシステムの安定性を向上させるための正のフィードバックループを生成する。
【００１６】
別の例示的な実施形態は、キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を形成する方法であって、基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように誤差増幅器を構成することと、Miller増幅器を誤差増幅器の出力に結合することと、Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するようにMiller増幅器を構成することとを含む方法を対象とする。
【００１７】
別の例示的な実施形態は、キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を形成する方法であって、基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように誤差増幅器を構成するためのステップと、Miller増幅器を誤差増幅器の出力に結合するためのステップと、Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するようにMiller増幅器を構成するためのステップとを含む方法を対象とする。
【００１８】
さらなる例示的な実施形態は、基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅する増幅器手段と、増幅器手段の出力に結合されたMiller増幅器とを備え、Miller増幅器が、その入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成されるキャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を備えるシステムを対象とする。
【００１９】
添付の図面は、本発明の実施形態の説明を助けるために提示され、実施形態の限定ではなく、実施形態の例示のためのみに提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のLDO電圧調整器を示す図である。
【図２】例示的なキャパシタレスLDO電圧調整器の概略図である。
【図３】例示的なキャパシタレスLDO電圧調整器の回路図である。
【図４】Q値Qを調節するための正のフィードバックを実現する例示的なキャパシタレスLDO電圧調整器の回路図である。
【図５】例示的な実施形態によるキャパシタレスLDO電圧調整器を形成する方法のフローチャートである。
【図６】本開示の実施形態が有利に利用され得る例示的なワイヤレス通信システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の特定の実施形態を対象とする以下の説明および関連する図面で、本発明の態様を開示する。本発明の範囲から逸脱することなく代替的な実施形態を考案することができる。さらに、本発明の関連する詳細を不明瞭にしないように、本発明のよく知られている要素については詳細に説明しないか、または省略する。
【００２２】
「例示的な」という言葉は、「一例、実例または例として」を意味するために本明細書で使用される。「例示的」として本明細書で説明する任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されない。同様に、「本発明の実施形態」という用語は、本発明のすべての実施形態が、論じられた特徴、利点または動作モードを含むことを必要としない。
【００２３】
本明細書において使われる用語は、特定の実施形態を記載するためのものに過ぎず、本発明の実施形態を限定することは意図していない。本明細書で使用する単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が別段に明確に示すのでなければ、複数形をも含むものとする。さらに、本明細書で使用する「含む(comprises)」、「含んでいる(comprising)」、「含む(includes)」、および/または「含んでいる(including)」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことを理解されたい。
【００２４】
さらに、多くの実施形態については、たとえば、コンピューティングデバイスの要素によって実行すべき一連のアクションに関して説明する。本明細書で説明する様々なアクションは、特定の回路(たとえば、特定用途向け集積回路(ASIC))によって、1つまたは複数のプロセッサによって実行されるプログラム命令によって、あるいは両方の組合せによって実行できることを認識されよう。さらに、本明細書で説明するこれらの一連のアクションは、実行時に、関連するプロセッサに本明細書で説明する機能を実行させるコンピュータ命令の対応するセットを記憶した任意の形式のコンピュータ可読記憶媒体内で全体として実施すべきものと見なすことができる。したがって、本発明の様々な態様は、すべてが特許請求される主題の範囲内に入ることが企図されているいくつかの異なる形式で実施できる。さらに、本明細書で説明する実施形態ごとに、そのような実施形態の対応する形式を、たとえば、記載のアクションを実行する「ように構成された論理」として本明細書で説明することがある。
【００２５】
例示的な各実施形態は、LDO電圧調整器用の回路のMillerキャパシタンスを得ることによって各回路に大形の外部キャパシタを使用しなくても済むようにする。概して、Millerキャパシタンスは、Miller効果、すなわち、増幅器の入力端末と出力端末との間のキャパシタンスを増幅することによって増幅器の同等の入力キャパシタンスを増大することによって得られる。具体的にLDO電圧調整器を参照すると、LDO電圧調整器を実現する各回路の入力端末と出力端末との間で実現されるMillerキャパシタンスが1つまたは複数の増幅段によって増大され、大形の外部キャパシタの必要なしに回路の安定した実装形態が実現される。
【００２６】
次に図2を参照すると、LDO電圧調整器200の概略図が示されている。図1の従来のLDO電圧調整器100に対して、LDO電圧調整器200は、回路を安定させるうえで大形のキャパシタCLを必要としない。その代わり、この回路トポロジーは、パストランジスタ204のゲート端末の所で、Miller増幅器206を使用するMillerキャパシタ208の増幅された値を誤差増幅器202の出力とマージする。
【００２７】
図3を参照すると、LDO電圧調整器200の例示的な回路実装形態が示されている。図3に示すように、バイアス回路302と、電流フォロア308と、電流源(CS)増幅器306と、電流ミラー304が組み合わされて、Millerキャパシタ208を増幅するように構成されたMiller増幅器206を形成している。電流フォロア308は基本的に、Millerキャパシタ208内を流れる電流に追従する。CS増幅器306は、電流フォロア308の出力において電圧出力を増幅する電圧増幅器である。その場合、電流ミラー304は、トランジスタM11を含み、増幅された電圧を電流の増幅に変換する働きをする。バイアス回路302は、図3に示すように、LDO電圧調整器200の回路を外部電源Ibiasから導かれる電流値にバイアスするように動作する。したがって、電流フォロア308と、CS増幅器306と、電流ミラー304の組合せは、Millerキャパシタ208内を流れる電流を効果的に増幅し、それによって、トランジスタM11内を流れる電流が、Millerキャパシタ208内を流れる電流よりも数桁高い電流に増幅される。出力キャパシタCLは、LDO電圧調整器200の回路内で小さい値に維持されてもよく、システムを安定させるうえで大きい値に増大させる必要がないことが認識されよう。
【００２８】
引き続き図3を参照すると、トランジスタM1、M2、M3、およびM4は差分増幅器として構成されている。電流源として構成されたトランジスタM7およびM8に関連して、トランジスタM1、M2、M3、M4、およびM7〜M8を備えるトランジスタ回路は2段誤差増幅器202を形成する。パストランジスタ204は、第3段の誤差増幅器202を形成する。図3の回路は、パストランジスタ204の出力における調整された出力電圧Voutを確保する。
【００２９】
さらに図3を参照すると、トランジスタM2およびM10を備えるプルアップパスは、出力電圧Voutをプルアップすることによって電圧VSSを供給するのを可能にする。Miller増幅器206とトランジスタM11とを備えるプルダウンパスは、出力電圧Voutをグランド電圧にプルダウンするのを可能にする。
【００３０】
前述のように、電気システムの利得は理論的には、システムの各極において値が無限大になり、それによって、システムが不安定になる。したがって、電気システムは、減衰要素を導入して各極の所で調節されない利得を補償するように設計されてもよい。同様に、電気システムは、ピーク利得値が指定された値を超えることができないように設計されてもよい。
【００３１】
LDO電圧調整器200の場合、ある周波数範囲にわたって「伝達関数」または入出力特性を分析すると、回路のQ値(Q)を調節することによってピーク利得を調節できることがわかる。具体的には、Qの値が小さくなるとピーク利得値も小さくなる。ある周波数範囲にわたって伝達関数を調べることによって、Q値Qは、以下では「gma」と呼ぶMiller増幅器206の有効電流利得と反比例関係を有し、かつ以下では「gmp」と呼ぶ抵抗RLとキャパシタCLとを含む出力負荷においての有効電流利得と正比例関係を有することがわかる。
【００３２】
したがって、Qが小さくなるとピーク利得値も小さくなるので、Qを小さくする効果を有するgmaを最大にすると有利である。gmaは、周波数に依存するので、周波数の広い帯域幅にわたって最大にする必要がある。例示的な各実施形態は、gmaを最大にしてもよい帯域幅を増大させるための正のフィードバック技術を実施する。
【００３３】
図4を参照すると、LDO電圧調整器300の例示的な回路実装形態が示されている。図示のように、LDO電圧調整器300の回路は、LDO電圧調整器200のいくつかの回路素子を保持し、一方、以下のようにいくつかの変形を導入する。第1に、LDO電圧調整器300は、図示のようにキャパシタ410を備えるCS増幅器406を含む。キャパシタ410は、正のフィードバックパスを生成するために導入される。キャパシタ410は、LDO電圧調整器300のgmaが最大にされる帯域幅を増大し、したがって、Qが小さくなる。したがって、LDO電圧調整器300のピーク利得は、Qを調節することによって広い周波数範囲にわたって安定した小さい値に維持される。
【００３４】
引き続き図4を参照すると、第2の変形として、LDO電圧調整器300にキャパシタ412が含められる。図示のように、キャパシタ412は、出力電圧Voutのプルアップパスに導入される。前述のように、プルアップパスはトランジスタM2およびM10を含む。キャパシタ412を導入しないと、プルアップパスが、Miller増幅器206とトランジスタM11とを備えるプルダウンパスよりもずっと高速になることがわかる。したがって、キャパシタ412は、プルアップパスを低速化し、それによってプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとるために付加される。このようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとると、バランスのとれていないプルアップパスとプルダウンパスを有する回路において生じる恐れのある大きい過渡的スパイクが生じるのを回避することができる。
【００３５】
したがって、例示的な各実施形態は、パストランジスタ204のゲート端末の所で誤差増幅器202とMiller増幅器206をマージすることによって、効率的なキャパシタレスLDO電圧調整器、たとえばLDO電圧調整器200を実現する。誤差増幅器202は、出力電圧Vout用のプルアップパスを生成することができ、Miller増幅器206は、プルダウンパスを生成することができる。LDO電圧調整器200の変形例は、LDO電圧調整器300に関して説明したようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとるための構造を備えてもよい。本明細書で説明するように例示的な各実施形態では追加の電流分布技術が必要とされないことが理解されよう。さらに、例示的な各実施形態は、広い周波数範囲にわたってピーク利得を最低限に抑えるようにMiller増幅器206においてQ値Qを調節するための正のフィードバック技術も実施する。
【００３６】
したがって、例示的な各実施形態は、大形の外部キャパシタを有するLDO電圧調整器を、1.31Vのような低電源電圧条件の下でロバストなキャパシタレスLDOアーキテクチャで置き換える解決策を実現する。例示的な各実施形態は、高速過渡応答および0uA〜50mAのような広い負荷電流範囲についての幅広い交流電流(AC)安定性を実現する補償方式も含む。45nm技術向けに設計された一実施形態では、50mAデジタル制御電圧出力は、0.63V〜1.11Vの範囲であってよく、零入力電流の消費量を約65uA程度にすることができ、ドロップアウト電圧は約200mVである。
【００３７】
LDO電圧調整器200および300のようなLDO電圧調整器は、遠隔ユニットおよび/またはポータブルコンピュータのような様々なデバイスに含められてもよい。たとえば、遠隔ユニットは、携帯電話、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、個人情報端末のようなポータブルデータユニット、GPS対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、メータ読取り機器のような固定ロケーションデータユニット、またはデータもしくはコンピュータ命令の記憶もしくは取り出しを行う任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せであってよい。本開示の各実施形態は、LDO電圧調整器を含む能動的な集積回路を含む、任意のデバイスにおいて適切に利用され得る。
【００３８】
さらに、各実施形態は、本明細書で開示されるプロセス、機能および/またはアルゴリズムを実行するための様々な方法を含むことが諒解されよう。たとえば、図5に示すように、一実施形態は、キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を構成する方法であって、基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように誤差増幅器を構成すること(ブロック502)と、Miller増幅器を誤差増幅器の出力に結合すること(ブロック504)と、Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するようにMiller増幅器を構成すること(ブロック506)とを含む方法を対象とする。
【００３９】
情報および信号は、多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表すことができることが当業者には諒解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００４０】
さらに、本明細書で開示した実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装できることが、当業者には諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００４１】
本明細書で開示した実施形態と関連して説明した方法、シーケンス、および/またはアルゴリズムは、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、またはその2つの組合せにおいて直接実施され得る。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。
【００４２】
したがって、本発明の一実施形態は、キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器の効率的な実装形態のための方法を実施するコンピュータ可読媒体を含んでもよい。したがって、本発明は図示の例に限定されず、本明細書で説明した機能を実行するためのいかなる手段も、本発明の実施形態中に含まれる。
【００４３】
図6は、本開示の実施形態が有利に利用され得る例示的なワイヤレス通信システム600を示している。説明のために、図6は、3つの遠隔ユニット620、630、650および2つの基地局640を示す。図6では、ワイヤレスローカルループシステムにおいて、遠隔ユニット620は携帯電話として示され、遠隔ユニット630は可搬型コンピュータとして示され、遠隔ユニット650は定位置遠隔ユニットとして示されている。たとえば、遠隔ユニットは、携帯電話、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、個人情報端末のようなポータブルデータユニット、GPS対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、メータ読取り機器のような固定ロケーションデータユニット、またはデータもしくはコンピュータ命令の記憶もしくは取り出しを行う任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せであってよい。図6は、本開示の教示に従った遠隔ユニットを示すが、本開示は、これらの例示的な示されたユニットには限定されない。本開示の実施形態は、試験および特性評価のための、メモリおよびオンチップ回路を含む能動的な集積回路を含む、任意のデバイスにおいて適切に利用され得る。
【００４４】
前述の開示されたデバイスおよび方法は、通常、コンピュータ可読記憶媒体に保存されるGDSIIおよびGERBERコンピュータファイルとなるように、設計され構成される。次いでこれらのファイルは、これらのファイルに基づいてデバイスを製造する製造担当者に与えられる。得られる製品は半導体ウェハであり、このウェハは次いで、半導体ダイに切断され、半導体チップにパッケージングされる。そして、このチップが、上で説明されたデバイスで利用される。
【００４５】
上記の開示は本発明の例示的な実施形態を示すが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく本明細書において様々な変更および修正を行うことができることに留意されたい。本明細書で説明した本発明の実施形態による方法クレームの機能、ステップおよび/またはアクションは特定の順序で実行されなくてもよい。さらに、本発明の要素は、単数形で説明または特許請求されていることがあるが、単数形に限定することが明示的に述べられていない限り、複数形が企図される。
【符号の説明】
【００４６】
100  従来のLDO電圧調整器
200  LDO電圧調整器
202  誤差増幅器
204  パストランジスタ
206  Miller増幅器
208  Millerキャパシタ
302  バイアス回路
304  電流ミラー
306  電流源(CS)増幅器
308  電流フォロア
410、412  キャパシタ
600  ワイヤレス通信システム
620、630、650  遠隔ユニット
M1、M2、M3、M4、M7、M8、M11  トランジスタ
RL  抵抗
CL  キャパシタ
【図１】
2013527527.tif 000003
【図２】
2013527527.tif 000004
【図３】
2013527527.tif 000005
【図４】
2013527527.tif 000006
【図５】
2013527527.tif 000007
【図６】
2013527527.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月21日(2012.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように構成された誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に結合されたMiller増幅器の出力とを備え、前記Miller増幅器は、前記Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成されるキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２】
パストランジスタをさらに備え、前記誤差増幅器の前記出力は、前記パストランジスタのゲートノードに結合され、前記調整されたLDO電圧は、前記パストランジスタの出力ノードに導かれる、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項３】
前記誤差増幅器は、前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成し、Millerキャパシタンスは、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように構成される、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項４】
前記誤差増幅器の前記出力に結合された第1のキャパシタをさらに含み、それによって、前記第1のキャパシタが、Q値を小さくするための正のフィードバックループを生成し、前記Q値は、キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項５】
Miller増幅器内に形成された第2のキャパシタをさらに備え、前記第2のキャパシタは、前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとるように構成される、請求項4に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項６】
前記Miller増幅器は電流フォロアと、電流源増幅器と、電流ミラーとを備える、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項７】
前記誤差増幅器は一対の交差結合インバータを備える、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項８】
前記パストランジスタの前記出力ノードに結合された出力負荷をさらに備える、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項９】
少なくとも1つの半導体ダイに組み込まれる、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項１０】
セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置のデータユニット、およびコンピュータからなるグループから選択されたデバイスに組み込まれる、請求項1に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項１１】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器を形成するための方法であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するように誤差増幅器を構成するステップと、
Miller増幅器の出力を前記誤差増幅器の出力に結合するステップと、
前記Miller増幅器の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように前記Miller増幅器を構成するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記誤差増幅器の前記出力をパストランジスタのゲートノードに結合するステップと、前記調整されたLDO電圧を前記パストランジスタの出力ノードに導くステップとをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成するように前記誤差増幅器を構成するステップと、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように前記Millerキャパシタンスを構成するステップとを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
前記誤差増幅器の前記出力に第1のキャパシタを結合し、それによって、前記第1のキャパシタに、Q値を小さくするための正のフィードバックループを生成させるステップをさらに備え、前記Q値は、前記キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整されたLDO電圧が得られるようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスがとられるように、前記Miller増幅器内の第2のキャパシタを構成するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
電流フォロア、電流源増幅器、および電流ミラーから前記Miller増幅器を形成するステップを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１７】
前記パストランジスタの前記出力ノードにおいて出力負荷を形成するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１８】
キャパシタレス低ドロップアウト(LDO)電圧調整器であって、
基準電圧と調整されたLDO電圧との差分を増幅するための第1の増幅器手段と、
前記第1の増幅器手段の出力に結合されたMiller増幅器手段の出力とを備え、前記Miller増幅器手段が、前記Miller増幅器手段の入力ノードに形成されるMillerキャパシタンスを増幅するように構成されるMiller増幅器手段の出力を備えるキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項１９】
前記第1の増幅器手段の前記出力をスイッチング手段の入力ノードに結合するための手段と、前記調整されたLDO電圧を前記スイッチング手段の出力ノードに導くための手段とをさらに備える、請求項18に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２０】
前記調整されたLDO電圧用のプルアップパスを生成するように前記第1の増幅器手段を構成するための手段と、前記調整されたLDO電圧用のプルダウンパスを生成するように前記Millerキャパシタンスを構成するための手段とを備える、請求項18に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２１】
Q値を小さくするための手段をさらに備え、前記Q値は、前記キャパシタレスLDO電圧調整器の電圧利得に正比例する、請求項18に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２２】
前記調整されたLDO電圧が得られるようにプルアップパスとプルダウンパスのバランスをとる手段をさらに備える、請求項21に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２３】
前記スイッチング手段の前記出力ノードにおいて出力負荷を形成するための手段をさらに備える、請求項18に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２４】
少なくとも1つの半導体ダイに組み込まれる、請求項18に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【請求項２５】
セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置のデータユニット、およびコンピュータからなるグループから選択されたデバイスに組み込まれる、請求項18に記載のキャパシタレスLDO電圧調整器。
【国際調査報告】
2013527527.tif 000009
2013527527.tif 000010
2013527527.tif 000011