(57)【要約】  一例がトランスコンダクタシステム（１０）を含む。システム（１０）は、第１の入力電圧に応答して制御電流を生成する第１のトランスコンダクタンス増幅器（１２）を含む。システム（１０）は更に、第２の入力電圧に応答して出力信号を生成する第２のトランスコンダクタンス増幅器（１４）を含む。システム（１０）は更に、制御電流及び第３の入力電圧に応答して制御電圧を生成する中間増幅器（１６）を含む。制御電圧は、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器（１２、１４）の各々のトランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように設定するため、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器（１２、１４）に提供され得る。
2021502775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスコンダクタシステムであって、
第１の入力電圧に応答して制御電流を生成する第１のトランスコンダクタンス増幅器、
第２の入力電圧に応答して出力信号を生成する第２のトランスコンダクタンス増幅器、
前記制御電流と第３の入力電圧に応答して制御電圧を生成する中間増幅器、
を含み、
前記第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々のトランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように設定するために前記第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器に前記制御電圧が提供される、
トランスコンダクタシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のトランスコンダクタシステムであって、前記中間増幅器が、前記第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々の前記トランスコンダクタンスを、前記第１の入力電圧で除算した前記第３の入力電圧の比に等しく設定する、トランスコンダクタシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のトランスコンダクタシステムであって、
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器が、
前記第１の入力電圧に比例するそれぞれの電圧の対に基づいて前記制御電流を生成する第１のトランジスタの差動対と、
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを設定するために前記制御電圧を介して制御される第１の制御トランジスタと、
を含み、
前記第２のトランスコンダクタンス増幅器が、
前記第２の入力電圧と所定の基準電圧とに基づいて前記出力信号を生成する第２のトランジスタの差動対と、
前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを設定するために前記制御電圧を介して制御される第２の制御トランジスタと、
を含む、
トランスコンダクタシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のトランスコンダクタシステムであって、前記第１のトランジスタの差動対と前記第２のトランジスタの差動対とが互いに対して製造整合されるように配置され、前記第１の制御トランジスタ及び前記第２の制御トランジスタが互いに対して製造整合されるように配置される、トランスコンダクタシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のトランスコンダクタシステムであって、前記中間増幅器がトランジスタの差動対を含み、トランジスタの前記差動対が、
前記制御電流に応答して制御される第１のトランジスタ、及び
前記制御電流及び第３の入力電圧に応答して制御される第２のトランジスタ、
を含み、
前記第１及び前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々の前記トランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように前記制御電圧の振幅を設定するように第２のトランジスタが制御されるように、前記第２のトランジスタが、前記制御電圧を有する増幅器制御ノードに連結される、
トランスコンダクタシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のトランスコンダクタシステムであって、前記第１のトランスコンダクタンス増幅器及び前記中間増幅器が、前記制御電流及び前記制御電圧に対してフィードバック配置に配置されて、そのため、前記中間増幅器が、前記制御電流に応答して前記制御電圧の振幅を調節して、前記第１のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタシステムを調節し、前記制御電流の振幅を調節し、前記制御電圧の前記振幅を調節することに応答して前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを均等に調節するようにする、トランスコンダクタシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のトランスコンダクタシステムを含む電力レギュレータシステムであって、前記電力レギュレータシステムが、前記出力信号に対応する電力レギュレーション信号に応答して前記第１の入力電圧に対応する出力電圧を生成するバックレギュレータを更に含む、電力レギュレータシステム。
【請求項８】
請求項７に記載の電力レギュレータシステムであって、前記第２の入力電圧に対応する電流監視電圧を生成する電流モニタを更に含み、前記前記電流監視電圧が、前記第３の入力電圧に対応する電力レギュレータ入力電圧の入力電流の振幅に関連する振幅を有し、前記トランスコンダクタンスシステムが前記入力電流の前記振幅に基づいて前記電力レギュレーション信号をレギュレートするようにする、電力レギュレータシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の電力レギュレータシステムであって、
前記トランスコンダクタンスシステム及び前記バックレギュレータが、前記出力電圧に対してフィードバック配置に配置され、
前記フィードバック配置のループ利得が前記入力及び前記出力電圧に依存しないように、前記トランスコンダクタンスシステムが、前記電力レギュレータ入力電圧及び前記出力電圧の比に比例するトランスコンダクタンスを提供する、
電力レギュレータシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力レギュレータシステムであって、ＡＣ入力電圧を前記電力レギュレータ入力電圧に変換する整流器を更に含む、電力レギュレータシステム。
【請求項１１】
トランスコンダクタシステムであって、
第１の入力電圧に応答して制御電流を生成する第１のトランスコンダクタンス増幅器、
第２の入力電圧に応答して出力信号を生成する第２のトランスコンダクタンス増幅器、及び
前記制御電流及び第３の入力電圧に応答して制御電圧を生成する中間増幅器、
を含み、
前記トランスコンダクタシステムのトランスコンダクタンスを前記第３の増幅器と前記第１の制御電圧との比に比例するように設定するため、前記制御電圧が前記第１及び前記第２のトランスコンダクタンス増幅器に提供される、
トランスコンダクタシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のトランスコンダクタシステムであって、
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器が、
前記第１の入力電圧に比例するそれぞれの電圧の対に基づいて前記制御電流を生成する第１のトランジスタの差動対、及び
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを設定するために前記制御電圧を介して制御される第１の制御トランジスタ、
を含み、
前記第２のトランスコンダクタンス増幅器が、
前記第２の入力電圧と所定の基準電圧とに基づいて前記出力信号を生成する第２のトランジスタの差動対、及び
前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを設定するために前記制御電圧を介して制御される第２の制御トランジスタ、
を含み、
前記第１のトランジスタの差動対及び前記第２のトランジスタの差動対が互いに対して製造整合されるように配置され、前記第１の制御トランジスタ及び前記第２の制御トランジスタが互いに対して製造整合されるように配置される、
トランスコンダクタシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のトランスコンダクタシステムであって、
前記中間増幅器が、前記制御電流に応答して制御される第１のトランジスタと、前記システム電流及び前記第３の入力電圧に応答して制御される第２のトランジスタとを含むトランジスタの差動対を含み、
前記第２のトランジスタが、前記制御電圧を有する増幅器制御ノードに結合されて、前記第２のトランジスタが前記制御電圧の振幅を設定して前記第１及び第２の制御の各トランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように制御されるようにする、
トランスコンダクタンス増幅器。
【請求項１４】
請求項１１に記載のトランスコンダクタシステムであって、
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器及び前記中間増幅器が前記制御電流及び前記前記制御電圧に対してフィードバック配置に配置されて、前記中間増幅器が、前記制御電流に応答して前記制御電圧の振幅を調節して、前記第１のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタシステムを調節するようにし、
前記中間増幅器が同様に、前記制御電圧の前記振幅を調節することに応答して前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを均等に調節する、
トランスコンダクタシステム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のトランスコンダクタシステムを含む電力レギュレータシステムであって、前記電力レギュレータシステムが、
前記出力信号に対応する電力レギュレーション信号に応答して前記第１の入力電圧に対応する出力電圧を生成するバックレギュレータ、
ＡＣ入力電圧を第３の入力電圧に変換する整流器、及び
前記第２の入力に対応する電流監視電圧を生成する電流モニタ、
を含み、
前記電流監視電圧が、前記第３の入力電圧に対応する入力電流の振幅に関連する振幅を有し、そのため、前記トランスコンダクタシステムが、前記入力電流の前記振幅に基づいて前記電力レギュレーション信号をレギュレートするようにする、
電力レギュレータシステム。
【請求項１６】
電力レギュレータシステムであって、
電力レギュレーション信号に応答して出力電圧を生成するバックレギュレータ、及び
ＤＣ入力電圧及び前記出力電圧に応答して前記電力レギュレーション信号を生成するトランスコンダクタシステム、
を含み、
前記トランスコンダクタシステムが、前記入力電圧と前記出力電圧との比に比例するトランスコンダクタンスを有する、
電力レギュレータシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電力レギュレータシステムであって、前記トランスコンダクタシステムが、
出力電圧に応答して制御電流を生成する第１のトランスコンダクタンス増幅器、
前記入力電圧に対応する入力電流の振幅に関連する振幅を有する電流監視電圧に応答して前記電力レギュレーション信号を生成する第２のトランスコンダクタンス増幅器、及び
前記制御電流及び前記入力電圧に応答して制御電圧を生成する中間増幅器、
を含み、
前記制御電圧が、前記第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々のトランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように設定するために、前記第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器に提供される、
電力レギュレータシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電力レギュレータシステムであって、
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器が、
前記出力電圧の分圧された振幅に対応するそれぞれの電圧の対に基づいて前記制御電流を生成する第１のトランジスタの差動対、及び
前記第１のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを設定するために前記制御電圧を介して制御される第１の制御トランジスタ、
を含み、
前記第２のトランスコンダクタンス増幅器が、
前記電流監視電圧及び所定の基準電圧に基づいて前記出力信号を生成する第２のトランジスタの差動対、及び
前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを設定するために前記制御電圧を介して制御される第２の制御トランジスタ、
を含み、
前記第１のトランジスタの差動対及び前記第２のトランジスタの差動対が互いに対して製造整合されるように配置され、前記第１の制御トランジスタ及び前記第２の制御トランジスタが互いに対して製造整合されるように配置される、
電力レギュレータシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載の電力レギュレータシステムであって、
前記中間増幅器が、前記制御電流に応答して制御される第１のトランジスタと、前記制御電流及び前記入力電圧に応答して制御される第２のトランジスタとを含むトランジスタの差動対を含み、
前記第２のトランジスタが、前記制御電圧を有する増幅器制御ノードに結合され、そのため、前記第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々のトランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように制御されるように、前記第２のトランジスタが前記制御電圧の振幅を設定するように制御される、
電力レギュレータシステム。
【請求項２０】
請求項１７に記載の電力レギュレータシステムであって、前記第１のトランスコンダクタンス増幅器及び前記中間増幅器が、前記制御電流及び前記前記制御電圧に対してフィードバック配置に配置され、そのため、前記中間増幅器が、前記制御電流に応答して前記制御電圧の振幅を調節して、前記第１のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタシステムを調節し、前記制御電流の振幅を調節し、前記制御電圧の前記振幅を調節することに応答して前記第２のトランスコンダクタンス増幅器の前記トランスコンダクタンスを均等に調節するようにする、電力レギュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して電子機器システムに関し、より詳細にはトランスコンダクタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスコンダクタ（例えば、トランスコンダクタンス増幅器）は、入力信号（例えば、入力電圧）を出力信号（例えば、出力電流）に変換する回路デバイスである。トランスコンダクタは、トランスコンダクタンスが入力信号に応答して出力信号の振幅を定義することができるように、トランスコンダクタの利得を定義するトランスコンダクタンスを有し得る。トランスコンダクタは、電力供給システムにおいてなど、さまざまな回路応用例において実装され得る。例えば、所与の電力供給システムが入力電圧に基づいて出力電圧を生成することができ、入力電圧と出力電圧の両方が潜在的に高度に可変である。一例として、バックコンバータの場合、入力電圧を出力電圧より大きくすることができる。電力供給システムは、入力電圧及び／又は出力電圧に依存性を有し得るループ利得を示し得る、入力電流制御ループ及び差動電流平衡ループ（例えば、デュアル位相）を含み得る。また、ループ利得は、入力電圧及び／又は出力電圧への過渡的変化に応答するなど、応答時間によって影響を受ける可能性があり、入力電圧及び／又は出力電圧のそれぞれの振幅の帯域幅によっても影響を受ける可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
一例にはトランスコンダクタシステムが含まれる。トランスコンダクタシステムは、第１の入力電圧に応答して制御電流を生成する第１のトランスコンダクタンス増幅器を含む。また、トランスコンダクタシステムは、第２の入力電圧に応答して出力信号を生成する第２のトランスコンダクタンス増幅器を含む。トランスコンダクタシステムは更に、制御電流及び第３の入力電圧に応答して制御電圧を生成する中間増幅器を含む。制御電圧は、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々のトランスコンダクタンスがほぼ等しくなるように設定するため、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器に提供され得る。
【０００４】
別の例がトランスコンダクタシステムを含む。トランスコンダクタシステムは、第１の入力電圧に応答して制御電流を生成する第１のトランスコンダクタンス増幅器、及び、第２の入力電圧に応答して出力信号を生成する第２のトランスコンダクタンス増幅器を含む。また、トランスコンダクタシステムは、制御電流及び第３の入力電圧に応答して制御電圧を生成する中間増幅器を含む。制御電圧は、第３の入力電圧と第１の入力電圧との比に比例するようにトランスコンダクタシステムのトランスコンダクタンスを設定するため、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器に提供され得る。
【０００５】
別の例には電力レギュレータシステムが含まれる。電力レギュレータシステムは、ＡＣ入力電圧を入力電圧に変換する整流器と、電力レギュレーション信号に応答して出力電圧を生成するバックレギュレータとを含む。電力レギュレータシステムは、入力電圧及び出力電圧に応答してレギュレーション信号を生成するトランスコンダクタシステムを更に含む。トランスコンダクタシステムは、入力電圧と出力電圧との比に比例するトランスコンダクタンスを有し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】トランスコンダクタシステムの例を図示する。
【０００７】
【図２】電力供給システムの例を図示する。
【０００８】
【図３】トランスコンダクタ回路の例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示は概して電子機器システムに関し、より具体的にはトランスコンダクタシステムに関する。トランスコンダクタシステムは、入力信号のセットに応答して出力信号を生成するように構成され得る。トランスコンダクタシステムは、第１の入力電圧に応答して制御電流を生成するように構成される第１のトランスコンダクタンス増幅器を含み得る。一例として、第１の入力電圧は、トランスコンダクタを含む電力供給システム内のバックコンバータから提供される出力電圧に対応し得る。そのため、出力電圧は、分圧器を介して第１のトランスコンダクタンス増幅器に提供され得、第１のトランスコンダクタンス増幅器に一対の入力を提供することができる。また、トランスコンダクタシステムは、第２の入力電圧に応答して出力信号を生成するように構成される第２のトランスコンダクタンス増幅器を含み得る。一例として、第２の入力電圧は、整流器からなどの、トランスコンダクタを含む電力供給システムに提供される入力電圧に関連する入力電流の振幅に対応する電流監視電圧に対応し得る。そのため、電流監視電圧は、入力電流の振幅がレギュレートされることが望ましい電流振幅に対応する所定の基準電圧と共に、第２のトランスコンダクタンス増幅器に提供され得る。
【００１０】
トランスコンダクタシステムは更に、制御電流及び第３の入力電圧に応答して制御電圧を生成するように構成される電圧増幅器に対応し得る中間増幅器を含む。一例として、第３の入力電圧は、電力供給システムに提供される入力電圧に対応し得る。そのため、制御電圧は、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々のトランスコンダクタンス増幅器のトランスコンダクタンスを制御するために、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器の各々に提供され得る。一例として、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器は、制御電圧が第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器のトランスコンダクタンスをほぼ等しく設定できるように、（例えば、関連するトランジスタに関して）製造整合された構成要素から製造することができる。第２のトランスコンダクタンス増幅器は、電力レギュレータ（例えば、バックレギュレータ）に提供され得るレギュレーション出力信号を生成することができ、その結果、トランスコンダクタシステムが、入力電流の振幅をレギュレートするために入力電圧（例えば、第３の入力電圧）と出力電圧（例えば、第１の入力電圧）との比に比例するトランスコンダクタンスを有するようにし得る。したがって、出力電圧と入力電圧との比に比例するループ利得を有する電力レギュレータシステムの制御ループは、入力電圧と出力電圧との比に比例するトランスコンダクタンスを有するトランスコンダクタシステムを介して制御されて、入力電圧又は出力電圧の振幅に依存しない電力レギュレーションを提供することができる。
【００１１】
図１は、トランスコンダクタシステム１０の一例を図示する。トランスコンダクタシステム１０は、電圧を、例えば出力電流などの出力信号に変換することを必要とする、様々な回路応用例の任意のものにおいて実装され得る。図１の例において、トランスコンダクタシステム１０は、電圧ＶＲＥＧを生成し得る電流ＩＲＥＧとして示されるレギュレーション出力信号を生成する。一例として、トランスコンダクタシステム１０は、例えば電子デバイスのバッテリーを充電するために、電力供給システム（例えば、バック電力供給システム）において実装され得る。
【００１２】
トランスコンダクタシステム１０は、第１のトランスコンダクタンス増幅器１２、第２のトランスコンダクタンス増幅器１４、及び中間増幅器１６を含む。第１のトランスコンダクタンス増幅器１２は、第１の入力電圧Ｖ１に応答して制御電流ＩＣＴＲＬを生成するように構成される。一例として、第１の入力電圧Ｖ１は、トランスコンダクタシステム１０を含む電力供給システム内のバックコンバータから提供される出力電圧に対応し得る。例えば、第１の入力電圧Ｖ１は、第１の入力電圧Ｖ１に関連する２つの比例電圧を提供するために、分圧器（図示せず）を介して第１のトランスコンダクタンス増幅器１２に提供され得る。
【００１３】
第２のトランスコンダクタンス増幅器１４は、第２の入力電圧Ｖ２に応答し、及び、所定の基準電圧ＶＲＥＦに応答して、電流ＩＲＥＧを生成するように構成される。一例として、第２の入力電圧Ｖ２は、（例えば、整流器からの）関連する電力供給システムに提供される入力電圧に対応し得る第３の入力電圧Ｖ３に関連する電流の振幅に関連する電流監視電圧に対応し得る。所定の基準電圧ＶＲＥＦは、（例えば、第３の入力電圧Ｖ３の）入力電流の振幅がレギュレートされることが望まれる電流振幅に対応し得る。従って、第２のトランスコンダクタンス増幅器１４は、第２の入力電圧Ｖ２と所定の基準電圧ＶＲＥＦとの間の振幅差に基づいて電圧ＶＲＥＧをつくることができる電流ＩＲＥＧを生成し得る。
【００１４】
中間増幅器１６は、制御電流ＩＣＴＲＬに応答して、及び、関連する電力供給システムの入力電圧に対応し得る第３の入力電圧Ｖ３に応答して、制御電圧ＶＣＴＲＬを生成するように構成される電圧増幅器として構成され得る。図１の例では、制御電圧ＶＣＴＲＬは、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１２及び１４の各々のトランスコンダクタンスを制御するために、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１２及び１４の各々に提供される。一例として、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１２及び１４は、制御電圧ＶＣＴＲＬが第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１２及び１４のトランスコンダクタンスをほぼ等しくなるように設定し得るように、（例えば、差動対を含むなど、関連するトランジスタに関して）それぞれの製造整合された構成要素から製造され得る。例えば、第３の入力電圧Ｖ３に対して制御電流ＩＣＴＲＬをレギュレートするように制御電圧ＶＣＴＲＬの振幅がレギュレートされるように、第１のトランスコンダクタンス増幅器１２及び中間増幅器１６はフィードバック配置で構成され得る。そのため、制御電圧ＶＣＴＲＬの調節は、所定の基準電圧ＶＲＥＦに対する第２の入力電圧Ｖ&shy;２に基づいて、及び、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１２及び１４のトランスコンダクタンスに基づいて、第２のトランスコンダクタンス増幅器１４が電圧ＶＲＥＧを生成し得るように、第２のトランスコンダクタンス増幅器１４のトランスコンダクタンスを第１のトランスコンダクタンス増幅器１２にほぼ等しくなるように設定し得る。
【００１５】
トランスコンダクタシステム１０のオペレーションに基づいて、トランスコンダクタシステム１０は、第１の入力電圧Ｖ１と第３の入力電圧Ｖ３との比に比例するトランスコンダクタンスを有し得る。前述のように、出力電圧と入力電圧の比に比例する制御ループを有し得る電力レギュレータ（例えば、バックレギュレータ）に電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧが提供され得る。バック電力レギュレータからの入力電圧として第３の入力電圧Ｖ３を提供することにより、及び、電力レギュレータシステムに（例えば、整流器から）提供される出力電圧として第１の入力電圧Ｖ１を提供することによって、本明細書において説明されるように、電力レギュレータシステムの制御ループは、電力レギュレーションシステムの入力電圧又は出力電圧の振幅に依存しない電力レギュレーションを提供し得る。
【００１６】
図２は、電力供給システム５０の一例を図示する。電力供給システム５０は、図２の例で電圧ＶＡＣとして示されているＡＣ電力電圧を、図２の例で出力電圧ＶＯＵＴとして示されているＤＣ電力電圧に変換するように構成されるＡＣ&#8722;ＤＣ電力供給システムに対応し得る。一例として、電力供給システム５０は、ポータブル電子デバイスのバッテリーを充電するための充電回路において実装され得る。
【００１７】
電力供給システム５０は、ＡＣ入力電圧ＶＡＣを整流して、入力電流ＩＩＮを有するＤＣ入力電圧ＶＩＮ（これ以降では「入力電圧ＶＩＮ」）を生成するように構成される整流器５２を含む。また、整流器５２は、ＡＣ入力電圧ＶＡＣを整流して入力電圧ＶＩＮを生成することに加えて、複数の他の電力調整機能（例えば、フィルタリング及び／又は降圧増幅）を含み得る。入力電圧ＶＩＮは、トランスコンダクタシステム５４及び電流モニタ５６に提供される。一例として、電流モニタ５６は、入力電流ＩＩＮの振幅を監視するように構成され、そのため、トランスコンダクタシステム５４に提供される監視電圧ＶＣＭを生成するように構成される。そのため、電流監視電圧ＶＣＭは、入力電流ＩＩＮに比例する振幅を有し得る。
【００１８】
電力供給システム５０は、トランスコンダクタシステム５４によって生成される電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧに基づいて出力電圧ＶＯＵＴを生成するように構成されるバックコンバータ５８を更に含む。バックコンバータ５８は、電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧよりも小さい振幅でＤＣ電圧として出力電圧ＶＯＵＴを供給するように構成される様々なスイッチングバックコンバータの任意のものとして構成され得る。出力電圧ＶＯＵＴは、本明細書においてより詳細に記載されるように、フィードバック方式でトランスコンダクタシステム５４に提供される。
【００１９】
トランスコンダクタシステム５４は、電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧを提供することに基づいて、入力電圧ＶＩＮに関連する電流をレギュレートするように構成され得る。一例として、トランスコンダクタシステム５４は、図１の例におけるトランスコンダクタシステム１０に実質的に類似して構成され得る。例えば、トランスコンダクタシステム１０の第１の入力電圧Ｖ１は、図２の例における出力電圧ＶＯＵＴに対応し得、トランスコンダクタシステム１０の第３の入力電圧Ｖ３は、図２の例における入力電圧ＶＩＮに対応し得る。従って、トランスコンダクタシステム５４は、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴとの比に比例するトランスコンダクタンスで電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧを提供するように構成され得る。また、前述のように、所定の基準電圧ＶＲＥＦに基づく電流ＩＩＮの振幅に基づいて電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧを提供するようにトランスコンダクタンスが設定され得るように、トランスコンダクタシステム１０の第２の入力電圧Ｖ２は、監視電圧ＶＣＭに対応し得る。
【００２０】
図３は、トランスコンダクタ回路１００の一例を図示する。トランスコンダクタ回路１００は、電圧を出力信号に変換することを必要とする様々な回路応用例の任意のものにおいて実装され得る。図３の例では、トランスコンダクタ回路１００は、差動出力信号として電圧ＶＲＥＧ１及びＶＲＥＧ２に変換され得るレギュレーション出力電流ＩＲＥＧ１及びＩＲＥＧ２の対を生成する。トランスコンダクタ回路１００は、図２の例におけるトランスコンダクタシステム５４に対応し得る。従って、図３の例の下記の説明において、図２の例を参照する。
【００２１】
トランスコンダクタ回路１００は、第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４、及び中間増幅器１０６を含む。第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２は、出力電圧ＶＯＵＴに応答して制御電流ＩＣＴＲＬを生成するように構成される。図３の例では、出力電圧ＶＯＵＴが、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のセットによって形成される分圧器に提供される。分圧器は、抵抗器Ｒ１とＲ２との間の第１の分圧電圧ＶＯＵＴ１と、抵抗器Ｒ２とＲ３との間の第２の分圧電圧ＶＯＵＴ２とを提供し、抵抗器Ｒ３は低電圧レール（例えば、接地）に結合される。第１の分圧電圧ＶＯＵＴ１は、Ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、以下、「Ｐ&#8722;ＦＥＴ」）Ｐ１のゲートに提供され、第２の分圧電圧ＶＯＵＴ２はＰ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ２のゲートに提供される。Ｐ−ＦＥＴ  Ｐ１及びＰ２は、共通ソース接続を有する差動対として配され、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ１はダイオード接続されるＮ‐ＦＥＴ  Ｎ１に結合され、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ２は、Ｎ‐ＦＥＴ  Ｎ１への共通ゲート結合を有するＮ‐ＦＥＴ  Ｎ２に結合される。Ｎ−ＦＥＴ  Ｎ１及びＮ２は、ソースにおいて低電圧レールに結合され、Ｎ‐ＦＥＴ  Ｎ２は、制御電流ＩＣＴＲＬを提供するドレインにおいて出力ノード１０７を有する。これに加え、第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２は、Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ１及びＰ２の共通ソースと高レール電圧ＶＤＤとを相互接続する制御Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ３を含む。本明細書においてより詳細に説明するように、制御Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ３は、第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２のトランスコンダクタンスを設定するテール電流ＩＧＭ１を導通させるように制御される。
【００２２】
第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２の配置に基づいて、第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２は、出力電圧ＶＯＵＴの振幅に基づいて、及びテール電流ＩＧＭ１によって設定されるトランスコンダクタンスに基づいて、制御電流ＩＣＴＲＬを生成するように構成される。抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びＲ３によって形成される分圧器に基づいて、分圧された電圧ＶＯＵＴ１及びＶＯＵＴ２は各々、出力電圧ＶＯＵＴの振幅に比例する振幅を有する。また、第１のトランスコンダクタ１０２は、テール電流ＩＧＭ１の振幅に基づいて可変であるトランスコンダクタンス（ｇｍ）を有する。従って、制御電流ＩＣＴＲＬは、出力電圧ＶＯＵＴの振幅とテール電流ＩＧＭ１によって設定されるトランスコンダクタンスとに基づく振幅を有する。
【００２３】
第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４は、電圧ＶＣＭに応答して、レギュレーション電流ＩＲＥＧ１及びＩＲＥＧ２（これらは、それぞれ第１及び第２のレギュレーション電圧ＶＲＥＧ１及びＶＲＥＧ２を生成するために用いられ得る）を生成するように構成される。図３の例では、所定の基準電圧ＶＲＥＦはＰ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ４のゲートに提供され、電圧ＶＣＭはＰ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ５のゲートに提供される。Ｐ−ＦＥＴ  Ｐ４及びＰ５は共通ソース接続を有する差動対として配され、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ４は、第１のレギュレーション電流ＩＲＥＧ１（第１のレギュレーション電圧ＶＲＥＧ１を生成する）が提供される第１の出力ノード１１０によって相互接続される電流源１０８に結合され、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ５は、第２のレギュレーション電流ＩＲＥＧ２（第２のレギュレーション電圧ＶＲＥＧ２を生成する）が提供される第２の出力ノード１１４によって相互接続される電流源１１２に結合される。電流源１０８、１１２は、第１及び第２の出力ノード１１０、１１４を低電圧レールに相互接続する。加えて、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４は、Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ４及びＰ５の共通ソースと高レール電圧ＶＤＤとを相互接続する制御Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ６を含む。本明細書においてより詳細に説明するように、制御Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ６は、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４のトランスコンダクタンスを設定するテール電流ＩＧＭ２を導通させるように制御される。
【００２４】
第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４の配置に基づいて、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４は、所定の基準電圧ＶＲＥＦに対する電圧ＶＣＭの振幅に基づいて、及びテール電流ＩＧＭ２によって設定されるトランスコンダクタンスに基づいて、第１及び第２のレギュレーション電流ＩＲＥＧ１及びＩＲＥＧ２（それぞれのレギュレーション電圧ＶＲＥＧ１及びＶＲＥＧ２を生成する）を生成するように構成される。前述のように、所定の基準電圧ＶＲＥＦは、電力供給システムが電流ＩＩＮをレギュレートする、対応する電流振幅に対応し得、電圧ＶＣＭの振幅はこれに基づいている。また、第２のトランスコンダクタ１０４は、テール電流ＩＧＭ２の振幅に基づいて可変であるトランスコンダクタンス（ｇｍ）を有する。従って、レギュレーション電圧ＶＲＥＧ１及びＶＲＥＧ２（例えば、差動電圧ＶＲＥＧ）の各々は、所定の基準電圧ＶＲＥＦに対する電圧ＶＣＭの振幅と、テール電流ＩＧＭ２によって設定されるトランスコンダクタンスとに基づく振幅を有する。
【００２５】
一例として、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１０２、１０４の回路構成要素は、製造整合され得る。本明細書に記載されるように、回路構成要素に関して「製造整合される」という用語は、サイズ及び／又は電気的特性に関してほぼ同一であるように製造され、実質的に類似する、製造、温度、及び公差特性及び感度を提供するために同一ウェハ又はウェハの同一部分上に製造され得る回路構成要素を指すことができる。従って、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１０２及び１０４は、実質的に同一の性能特性を呈し得る。加えて、Ｐ−ＦＥＴ  Ｐ３及びＰ６は、テール電流ＩＧＭ１及びＩＧＭ２がほぼ等しくなるように、同様に製造整合され得る。従って、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１０２及び１０４は、それぞれ、ほぼ等しいテール電流ＩＧＭ１及びＩＧＭ２によって制御されて、ほぼ等しいトランスコンダクタンスを提供し得る。
【００２６】
図３の例では、中間増幅器１０６は、それぞれのテール電流ＩＧＭ１及びＩＧＭ２の振幅を設定するためにＰ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ３及びＰ６の各々のゲートに提供される制御ノード１１６上に制御電圧ＶＣＴＲＬを生成するように構成される電圧増幅器として構成される。中間増幅器１０６は、差動電流を低電圧レールに提供する電流源１１８に結合される共通ソース接続を有する差動対として配置される、第１のＮ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３及び第２のＮ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ４を含む。Ｎ‐ＦＥＴ  Ｎ３は、ダイオード接続されるＰ‐ＦＥＴ  Ｐ７に結合され、Ｎ‐ＦＥＴ  Ｎ４は、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ７への共通ゲート結合を有するＰ‐ＦＥＴ  Ｐ８に結合される。Ｐ−ＦＥＴ  Ｐ７及びＰ８は、高レール電圧ＶＤＤへのソースにおいて結合され、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ８は、制御電圧ＶＣＴＲＬが提供されるノード１１６に結合されるドレインを有する。
【００２７】
図３の例では、Ｎ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３のゲートは、制御電流ＩＣＴＲＬが提供される出力ノード１０７に結合され、出力ノード１０７とノード１２０とを相互接続する抵抗器ＲＧＭにも結合される。Ｎ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ４のゲートは、入力電圧ＶＩＮに対して分圧器として配置される、第１の抵抗器Ｒ４及び第２の抵抗器Ｒ５に結合されて、抵抗器Ｒ４に電流Ｉ１を供給して、Ｎ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ４のゲートが、入力電圧ＶＩＮに比例する電圧によって制御されるようにする。抵抗器Ｒ５は、抵抗器Ｒ５と、低電圧レールに結合されたカソードを有するダイオードＤ１とをノード１２０が相互接続するように、ノード１２０に結合される。従って、Ｎ−ＦＥＴ  Ｎ３及びＮ４の差動対は、制御電流ＩＣＴＲＬ及び入力電圧ＶＩＮによって制御される。
【００２８】
特に、図３の例では、制御電流ＩＣＴＲＬは、抵抗器ＲＧＭを介してＮ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３のゲートにおける電圧振幅を設定し、入力電圧ＶＩＮは、制御電流ＩＣＴＲＬに基づくノード１２０の電圧に対して、Ｎ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ４のゲートにおける比例電圧を設定する。そのため、Ｎ−ＦＥＴ  Ｎ３及びＮ４は、入力電圧ＶＩＮ及び制御電流ＩＣＴＲＬに基づいて、オペレーションの飽和モードで差動対として動作される。これに応答して、中間増幅器１０６は、Ｎ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３及びＮ４のゲート電圧を実質的に等しくし、従って、Ｎ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３及びＮ４の各々を通る電流フローを等しくするように動作する。従って、制御電圧ＶＣＴＲＬの振幅は、抵抗器ＲＧＭのノード１２０における電圧によって提供されるように、制御電流ＩＣＴＲＬの振幅から生じるＮ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３とＮ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ４との間のゲート電圧差に基づいて調節される。従って、制御電圧ＶＣＴＲＬは、Ｐ‐ＦＥＴ  Ｐ３の活性化状態を調節して、テール電流ＩＧＭ１を及びそのため第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２のトランスコンダクタンスを改変し、フィードバック方式で制御電流ＩＣＴＲＬの振幅を改変する。そのため、制御電流ＩＣＴＲＬの振幅の変化は、オペレーションの定常状態を提供するために、Ｎ−ＦＥＴ  Ｎ３及びＮ４の差動対の差動制御を調節する。従って、中間増幅器１０６及び第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２は、第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２のトランスコンダクタンスを改変するためにフィードバック方式で配置される。
【００２９】
前述のように、第１及び第２のトランスコンダクタンス増幅器１０２及び１０４の回路構成要素は製造整合され得、Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ３及びＰ６も同様に製造整合され得る。その結果、Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ３を介してテール電流ＩＧＭ１の振幅を変えるための制御電圧ＶＣＴＲＬの振幅の変更も同様に、Ｐ&#8722;ＦＥＴ  Ｐ６を介してテール電流ＩＧＭ２の振幅を変更し得る。従って、制御電圧ＶＣＴＲＬの振幅を介する第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２のトランスコンダクタンスの変化は、制御電圧ＶＣＴＲＬの振幅を介する第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４のトランスコンダクタンスにおけるほぼ同一の変化を同様にもたらし得る。従って、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４は、第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２とほぼ同じトランスコンダクタンスで、所定の基準電圧ＶＲＥＦに対する電圧ＶＣＭに基づいて差動レギュレーション電圧ＶＲＥＧ１及びＶＲＥＧ２を提供し得る。
【００３０】
トランスコンダクタ回路１００のオペレーションは、数学的により良く説明され得る。第１のトランスコンダクタンス増幅器１０２のトランスコンダクタンスＧＭ１は、次のように表すことができる。
GM1=ICTRL/∝VOUT      式１
ここで、∝ＶＯＵＴは、電圧ＶＯＵＴ１とＶＯＵＴ２の比例関係に対応する。
そのため、中間増幅器１０６の第１のＮ&#8722;ＦＥＴ  Ｎ３の制御は、下記のように表すことができる。
ICTRL×RGM=I１×R5=VIN×(R5/(R4+R5))      式２
ICTRL=VIN×(R5(R4+R5))×(1RGM)          式３
従って、トランスコンダクタンスＧＭ１は次のように表すことができる。
GM1 = (VIN / VOUT)×(R5/(R4+R5))×(1/(∝RGM))      式４
従って、式４に示すように、トランスコンダクタンスＧＭ１は、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴの比に比例する。前述したように、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４のトランスコンダクタンスＧＭ２は、トランスコンダクタンスＧＭ１とほぼ等しい。従って、第２のトランスコンダクタンス増幅器１０４のトランスコンダクタンスＧＭ２は、下記のように表すことができる。
GM2=GM1=(VIN/VOUT)×(R5/(R4+R5))×(1/(∝RGM))      式５
【００３１】
その結果、トランスコンダクタ回路１００は、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴとの比に比例するトランスコンダクタンスを示すことができる。前述したように、制御ループを有し得るバックコンバータ５８に提供され得る電力レギュレーション電圧ＶＲＥＧは、出力電圧ＶＯＵＴと入力電圧ＶＩＮとの比に比例する。例えば、入力電流レギュレーションループにおいてトランスコンダクタ回路を実装することにより、ＶＯＵＴ及びＶＩＮへの通常の依存性をなくし得る（例えば、ＶＯＵＴ／ＶＩＮ×ＶＩＮ／ＶＯＵＴ＝１）。従って、電力レギュレータシステム５０の制御ループは、電力レギュレーションシステム５０の入力電圧ＶＩＮ又は出力電圧ＶＯＵＴの振幅に依存しない電力レギュレーションを提供し得る。これにより、ループ利得及び帯域幅を最大にし得、これにより、過渡応答時間が向上し、入力源上の潜在的な過負荷が軽減される。トランスコンダクタ回路１００は、種々の臨界周波数が存在する場合の電力レギュレータシステムループ５０の安定化を単純化するのに更に役立つ。
【００３２】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。
【図１】
2021502775.tif 000003
【図２】
2021502775.tif 000004
【図３】
2021502775.tif 000005
【国際調査報告】
2021502775.tif 000006