ГЕНЕРАТОР ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ С НИЗКИМ ИМПЕДАНСОМ
REFERENCE VOLTAGE GENERATOR WITH LOW IMPEDANCE

Уровень техники
Цепи, обеспечивающие опорные напряжения с низким импедансом, обладают высоким энергопотреблением. Например, при напряжении питания 1 В обычные генераторы опорного напряжения с низким импедансом могут потреблять более 5 мА для обеспечения опорного напряжения с низким импедансом. Современные компьютеры и аналоговые цепи функционируют при низких напряжениях питания, при этом предпочтительно, чтобы они обладали низким энергопотреблением и размером, что является сложной задачей при использовании обычных генераторов опорного напряжения с низким импедансом.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения будут более понятны из подробного описания, приведенного ниже, и из сопровождающих чертежей различных вариантов осуществления изобретения, которые, тем не менее, не ограничивают изобретение определенными вариантами осуществления, а приведены только для объяснения и лучшего понимания.
На фиг. 1 показана схема генератора опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 показана принципиальная схема, показывающая подробности цепи, изображенной на фиг. 1 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 3 показана система ввода-вывода (I/O), использующая генератор опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 4 показана схема генератора опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 5 показана диаграмма системного уровня интеллектуального устройства, содержащего процессор с генератором опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Обеспечение опорных напряжений с низким импедансом при низком энергопотреблении является хорошо известной задачей. Приведенные в этом документе варианты осуществления относятся к устройству и системе генератора опорного напряжения с низким импедансом, который по существу потребляет меньше энергии по сравнению с обычными опорными генераторами.
m
d
m
d
m
d
m
d
Описанные в этом документе варианты осуществления используют активную межэлектродную проводимость выходных транзисторов для достижения низкого выходного импеданса. В одном варианте осуществления при высоком отношении активной межэлектродной проводимости к току (g:I) в выходных транзисторах опорного генератора с низким импедансом снижается ток покоя по сравнению с обычными генераторами напряжения. Высокое отношение g:I составляет примерно 15:1 для n-канальных или р-канальных металл-оксидных полупроводниковых (NMOS/PMOS) устройств, а низкое отношение g:I составляет примерно 6:1. Отношение g:I для биполярных плоскостных транзисторов (BJT) при комнатной температуре составляет примерно 40:1
В вариантах осуществления, обсуждаемых в этом документе, для обеспечения опорного напряжения с низким импедансом в дополнение к контуру регулирования напряжения применяют контур токочувствительности и контур регулирования тока. Контур регулирования тока, обсуждаемый в этом документе, фиксирует ток покоя посредством выходных транзисторов, отделяя их от значения смещающего напряжения. В вариантах осуществления, обсуждаемых в этом документе, в контуре регулирования тока применяют транзисторы с общим истоком (или общим эмиттером), чтобы предотвратить проблемы, связанные с ограниченным диапазоном выхода, встречающиеся в обычных топологиях схемы опорного напряжения с двухтактным истоковым повторителем (эмиттерным повторителем), получая широкий выходной диапазон напряжений. Например, для цепи, обсуждаемой в этом документе, выходной диапазон напряжений составляет примерно 600 мВ, если она сконструирована для работы с напряжением питания, равным 1 В. В отличие от этого, выходной диапазон напряжений двухтактного каскада, предназначенного для работы с напряжением питания, равным 1 В, составляет примерно 300 мВ. Транзистор с общим истоком, обсуждаемый в этом документе, также предоставляет средство для управления/регулирования тока покоя.
В одном варианте осуществления устройство содержит: контур регулирования напряжения, включающий в себя первый транзистор, предназначенный для обеспечения выходного напряжения; и контур регулирования тока, предназначенный для определения тока через первый транзистор относительно опорного тока. В одном варианте осуществления контур регулирования тока содержит второй транзистор, последовательно соединенный с первым транзистором, причем второй транзистор предназначен для обеспечения постоянного тока через первый и второй транзисторы.
В одном варианте осуществления устройство содержит первый конденсатор с первым контактным выводом, соединенный с выходом второго усилителя контура регулирования тока и входом второго транзистора, и со вторым контактным выводом, соединенным с контактом первого транзистора и второго транзистора. В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит: второй конденсатор, первый контактный вывод которого соединен с выходом первого усилителя контура регулирования напряжения, а второй контактный вывод соединен с контактом питания или землей. В одном варианте осуществления первый транзистор является истоковым повторителем (или эмиттерным повторителем), а второй транзистор является транзистором с общим истоком (или с общим эмиттером).
В одном варианте осуществления первый усилитель может использоваться, чтобы обеспечить выходное напряжение относительно опорного напряжения с помощью первого транзистора, соединенного с первым усилителем. В одном варианте осуществления второй усилитель может использоваться, чтобы выработать входной сигнал для второго транзистора, соединенного последовательно с первым транзистором, причем второй транзистор предназначен для того, чтобы обеспечить постоянный ток через первый и второй транзисторы относительно опорного тока.
В одном варианте осуществления первый конденсатор первым контактным выводом соединен с выходом второго усилителя и входом второго транзистора. В одном варианте осуществления второй контактный вывод первого конденсатора соединен с контактом первого транзистора и контактом второго транзистора, причем второй контактный вывод первого конденсатора соединен с входом первого усилителя, при этом второй контактный вывод первого конденсатора обеспечивает опорное напряжение. В одном варианте осуществления первый контактный вывод второго конденсатора соединен с выходом первого усилителя и входом первого транзистора, причем второй контактный вывод второго конденсатора соединен с контактом питания или землей.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит: первый резистор, первый контактный вывод которого соединен с первым входом второго усилителя и контактом первого транзистора. В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит: второй резистор, первый контактный вывод которого соединен со вторым входом второго усилителя и с генератором опорного тока, который обеспечивает опорный ток.
В одном варианте осуществления система содержит: процессор с опорным генератором в соответствии с устройством, описанным в этом документе; и антенну беспроводной связи, предназначенную для соединения процессора с беспроводной сетью. В одном варианте осуществления опорный генератор предназначен для обеспечения, по меньшей мере, одного из следующего: синфазного напряжения на резисторах оконечной нагрузки приемника ввода-вывода (I/O), опорного напряжения для I/O передатчика или опорного напряжения для аналоговой цепи. В одном варианте осуществления I/O приемник представляет собой I/O приемник PCIe в соответствии со спецификацией, описанной в базовой спецификации разъема взаимодействия периферийных компонент типа экспресс (PCIe), например, в базовой спецификации разъема взаимодействия периферийных компонент типа экспресс (PCIe), редакция 3.0, версия 0.9, 10.08.2010. В одном варианте осуществления система дополнительно содержит дисплей, представляющий собой сенсорный дисплей.
Обсуждаемые в этом документе варианты осуществления обладают множеством технических эффектов. Например, варианты осуществления генератора опорного напряжения с низким импедансом, обсуждаемые в этом документе, обеспечивают обратные потери синфазного режима (СМ), равные - 6 дБ относительно нуля в диапазоне частот 4 ГГц, и - 3 дБ в диапазоне частот свыше 4 ГГц. Опорный генератор с низким импедансом, обсуждаемый в этом документе, обеспечивает опорное напряжение с низким импедансом при энергопотреблении, составляющем менее половины энергопотребления обычных генераторов опорного напряжения с низким импедансом.
Например, опорный генератор с низким импедансом, обсуждаемый в этом документе, потребляет 2 мА по сравнению с более чем 5 мА, потребляемыми обычными генераторами опорного напряжения с низким импедансом. То, что генератор опорного напряжения с низким импедансом, обсуждаемый в этом документе, обеспечивает широкий выходной диапазон напряжений и неизменное постоянное энергопотребление при функционировании, температуру и колебания напряжения питания (PVT), а также различные выходные напряжения, увеличивает возможность его многократного использования в аналоговых схемах общего назначения. Варианты осуществления, обсуждаемые в этом документе, предполагают и другие технические эффекты.
В последующем описании обсуждают множество подробностей, чтобы дать более полное объяснение вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в области техники будет очевидно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы на практике без этих специфических подробностей. В других случаях широко известные структуры и устройства показаны в виде структурной схемы, а не подробно, чтобы варианты осуществления настоящего изобретения были более понятными.
Отметим, что на соответствующих чертежах вариантов осуществления сигналы представлены в виде линий. Некоторые линии могут быть более толстыми, чтобы показать более существенные пути прохождения сигнала, и/или могут иметь на одном или нескольких концах стрелки, показывающие основное направление потока информации. Такие обозначения не следует понимать как ограничивающие. Наоборот, линии используют применительно к одному или нескольким примерам осуществления, чтобы упростить понимание схемы или логического блока. Любой представленный сигнал, в соответствии с потребностями проектирования или предпочтениями, может в действительности содержать один или несколько сигналов, которые могут проходить в любом направлении и могут быть реализованы посредством сигнальной схемы любого подходящего типа.
Всюду далее в описании и в формуле изобретения термин "соединенный" означает непосредственное электрическое соединение между соединяемыми элементами, без каких-либо промежуточных устройств. Термин "связанный" означает либо непосредственное электрическое соединение между соединяемыми элементами, либо опосредованное соединения через одно или несколько пассивных или активных промежуточных устройств. Термин "цепь" означает один или несколько пассивных и/или активных компонентов, установленных так, чтобы взаимодействовать друг с другом для обеспечения желаемой функции. Термин "сигнал" означает, по меньшей мере, один из следующих сигналов: токовый сигнал, сигнал напряжения или информационный сигнал. Использование форм единственного числа включает в себя множественное число. Значение "в" включает в себя "в" и "на".
В этом документе, если не указано иное, использование порядковых числительных "первый", "второй" и "третий" и т.д. для описания одного объекта, просто указывает на то, что ссылаются на различные экземпляры одинаковых объектов, и не предполагается, что описываемые таким образом объекты должны следователь в заданном порядке во времени, в пространстве, в иерархии или как-либо иначе. Термин "по существу" в этом документе означает в пределах 10% от намеченного.
В описанных в этом документе вариантах осуществления транзисторы представляют собой металл-оксидные полупроводниковые (МОП) транзисторы, которые включают в себя сток, исток, затвор и выводные контакты. Электроды истока и стока являются идентичными контактами и используются в этом документе взаимозаменяемо. Специалистам в области техники понятно, что, не отклоняясь от объема изобретения, можно использовать другие транзисторы (биполярные плоскостные транзисторы - BJT PNP/NPN, BiCMOS, CMOS, eFET и т.д.). Выражение "MN" в этом документе обозначает транзистор n-типа (напр., NMOS, NPN BJT и т.д.), a "MP" обозначает транзисторы р-типа (напр., PMOS, PNP BJT и т.д.).
На фиг. 1 показана схема генератора 100 опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом содержит: контур регулирования напряжения, включающий в себя первый транзистор MN1 для обеспечения выходного напряжения на выводном контакте Vo. Контур регулирования напряжения показан замкнутой цепью, образованной из первого усилителя 101, первого транзистора MN1 и контактного вывода выходного напряжения Vo. В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом дополнительно содержит контур регулирования тока, предназначенный для определения тока через первый транзистор MN1 относительно опорного тока Iref. В одном варианте осуществления контур регулирования тока содержит второй транзистор MN2, последовательно соединенный с первым транзистором MN1, причем второй транзистор MN2 предназначен для обеспечения постоянного тока через первый и второй транзисторы (MN1 и MN2 соответственно). Контур регулирования тока показан замкнутой цепью, образованной из второго усилителя 102, второго транзистора MN2 и контактного вывода напряжения Vo.
В одном варианте осуществления первый транзистор MN1 является истоковым повторителем или эмиттерным повторителем, в то время как второй транзистор MN2 является транзистором с общим истоком или с общим эмиттером. Первый и второй усилители 101 и 102 соответственно представляют собой однокаскадные или многокаскадные операционные усилители (ОРАМР). В одном варианте осуществления первый и второй усилители 101 и 102 минимизируют разность напряжений между Vo и Vref, и разность напряжений между контактами 104 и 106 соответственно. В одном варианте осуществления транзисторы первого и второго усилителей соответствуют друг другу, чтобы компенсировать систематические погрешности, вызванные колебаниями процесса, температуры и напряжения (PVT).
В одном варианте осуществления генератор опорного напряжения с низким импедансом содержит первый конденсатор Сс2 с первым контактным выводом 103, соединенным с выходом второго усилителя 102 контура регулирования тока. В этом варианте осуществления первый контактный вывод 103 первого конденсатора Сс2 также соединен с входом второго транзистора MN2. Вход второго транзистора MN2 представляет собой вывод затвора, если второй транзистор MN2 является NMOS-транзистором. Аналогично, вход второго транзистора MN2 представляет собой вывод базы, если второй транзистор MN2 является NPN BJT-транзистором.
В одном варианте осуществления второй контактный вывод Vo первого конденсатора Сс2 соединен с выводом первого транзистора MN1. В этом варианте осуществления вывод первого транзистора MN1, который соединен со вторым контактным выводом первого конденсатора Сс2, представляет собой электрод истока (если MN1 является NMOS-транзистором) или электрод эмиттера (если MN1 является NPN BJT-транзистором).
В одном варианте осуществления второй контакт (соединенный с выходным контактным выводом Vo) первого конденсатора Сс2 также соединен с выводом второго транзистора. В этом варианте осуществления вывод второго транзистора MN2, который соединен со вторым контактным выводом первого конденсатора Сс2, представляет собой электрод стока (если MN2 является NMOS-транзистором) или электрод коллектора (если MN2 является NPN BJT-транзистором). В одном варианте осуществления второй контактный вывод (соединенный с выходным контактным выводом Vo) первого конденсатора Сс2 соединен с входом первого усилителя 101, причем второй контактный вывод (соединенный с выходным контактным выводом Vo) обеспечивает выходное опорное напряжение с низким импедансом. В этом варианте осуществления вход первого усилителя 101, который соединен с выходным контактным выводом Vo, является отрицательным входом первого усилителя 101, в то время как опорное напряжение Vref соединено с положительным контактом первого усилителя 101. В одном варианте осуществления первый конденсатор Сс2 обладает емкостью от 500 фФ до 1 пФ.
В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом дополнительно содержит: второй конденсатор Cb, первый контактный вывод 107 которого соединен с выходом первого усилителя MN1 контура регулирования напряжения, а второй контактный вывод соединен с контактом Vcc питания (или землей в случае фиг. 4). Ссылаясь снова на фиг. 1, в одном варианте осуществления первый контактный вывод 107 второго конденсатора Cb соединен с входом первого транзистора MN1. Вход первого транзистора MN1 представляет собой вывод затвора, если первый транзистор MN1 является NMOS-транзистором. Аналогично, вход первого транзистора MN1 представляет собой вывод базы, если первый транзистор MN1 является NPN BJT-транзистором. В одном варианте осуществления емкость второго конденсатора Cb равна примерно 1 пФ.
В одном варианте осуществления первый усилитель 101 может применяться, чтобы обеспечить выходное напряжение Vo (также именуемое выходным контактным выводом Vo) относительно опорного напряжения Vref посредством первого транзистора MN1, соединенного с первым усилителем 101. В одном варианте осуществления опорное напряжение Vref может быть получено с помощью любого известного источника. Например, Vref может быть получено посредством схемы бандгапа, делителя напряжения и т.д. Хотя диапазон значений Vref зависит от приложения, при работе с напряжением питания, равным IB, Vref обычно имеет значение из диапазона от 50 мВ до 650 мВ.
В одном варианте осуществления второй усилитель 102 может использоваться, чтобы обеспечить протекание постоянного тока через первый транзистор MN1 относительно опорного тока Iref. В одном варианте осуществления Iref вырабатывают с помощью любого известного генератора опорного тока. В одном варианте осуществления второй усилитель может использоваться, чтобы выработать входной сигнал 103 для второго транзистора MN2, последовательно соединенного с первым транзистором MN1, причем второй транзистор MN2 предназначен для обеспечения постоянного тока через первый и второй транзисторы MN1 и MN2 соответственно.
В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом дополнительно содержит первый резистор 108, включающий в себя первый контактный вывод 104, соединенный с первым входом второго усилителя 102 и контактом первого транзистора MN1. В этом варианте осуществления вывод первого транзистора MN1, который соединен с первым резистором 108, представляет собой электрод 104 стока MN1 (или электрод коллектора, если MN1 является BJT). В одном варианте осуществления первый вход второго усилителя 102, который соединен с выводом первого транзистора MN1, представляет собой положительный вывод второго усилителя 102.
В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом дополнительно содержит второй резистор 109, включающий в себя первый контактный вывод 106, соединенный со вторым входом второго усилителя 102 и с генератором опорного тока Iref, который обеспечивает опорный ток. В этом варианте осуществления второй вход второго усилителя 102 представляет собой отрицательный вывод второго усилителя 102. В одном варианте осуществления второй резистор 109 имеет сопротивление NRs, кратное первому сопротивлению Rs (первого резистора 108), где "N" - целое число. В других вариантах осуществления "N" является дробью.
Хотя в представленных вариантах осуществления первый резистор 108 и второй резистор 109 показаны в виде дискретного пассивного резистора, первый резистор 108 и второй резистор 109 могут представлять собой активные устройства. В одном варианте осуществления первый резистор 108 и второй резистор 109 выполнены в виде переключающих полевых транзисторов р-типа, подключенных параллельно с транзисторами n-типа. В одном варианте осуществления первый резистор 108 и второй резистор 109 выполнены в виде транзисторов n-типа. В одном варианте осуществления первый резистор 108 и второй резистор 109 выполнены в виде транзисторов р-типа. В одном варианте осуществления транзисторы n-типа и р-типа, образующие первый резистор 108 и второй резистор 109, обладают программируемым сопротивлением, т.е. транзисторы n-типа и р-типа могут быть включены или выключены в любом сочетании, чтобы обеспечить желаемое сопротивление. В одном варианте осуществления первый резистор 108 и второй резистор 109 обладают сопротивлением, равным 150 Ом.
В вариантах осуществления, обсуждаемых в этом документе, первый резистор 108 и второй резистор 109 являются согласованными резисторами. Термин "согласованные" в этом документе относится к идентичной конфигурации резисторов, включая кратное целое идентичных конфигураций, что выражается в том, что вольт-амперные характеристики одного устройства являются фиксированными кратными характеристик другого устройства. Например, второй резистор 109 имеет сопротивление, которое является долей или кратным сопротивления первого резистора 108.
В одном варианте осуществления выходной контактный вывод Vo обеспечивает обратные потери синфазного режима в соответствии со спецификацией PCIe на оконечной нагрузке 105, как показано на фиг. 1. В других вариантах осуществления выходной контактный вывод Vo может быть использован для обеспечения опорного напряжения на других цепях. Например, выходной контактный вывод Vo может быть использован для обеспечения опорного напряжения на цепи передатчика. В качестве другого примера, выходной контактный вывод Vo также может быть использован для снижения переходной помехи на линии напряжения смещения.
В одном варианте осуществления сигнал смещения с низким импедансом вырабатывают на выходном контактном выводе Vo, устанавливая ток покоя через транзистор MN1 истокового повторителя (или эмиттерного повторителя), а также устанавливая напряжение на затворном выводе (или базе) транзистора MN1 истокового повторителя (или эмиттерного повторителя). В таком варианте осуществления контур регулирования напряжения, образованный первым усилителем 101 в отрицательной обратной связи, сравнивает напряжение на истоке (контактном выводе Vo) транзистора MN1 истокового повторителя с опорным напряжением Vref. В этом варианте осуществления первый усилитель 101 усиливает разность между напряжением на истоке (контактном выводе Vo) и опорным напряжением Vref. В одном варианте осуществления первый усилитель 101 управляет выводом затвора транзистора MN1 истокового повторителя, так, чтобы минимизировать (напр., в пределах 10 мВ) разницу между выходным напряжением Vo и опорным напряжением Vref. В одном варианте осуществления разница между выходным напряжением Vo и опорным напряжением Vref минимизируют до нуля.
В одном варианте осуществления, в то время как контур регулирования напряжения минимизирует разницу (напр., доводя ее до значений в пределах 10 мВ) между выходным напряжением на контактном выводе Vo и опорным напряжением Vref, одновременно функционирует контур регулирования тока. В одном варианте осуществления ток покоя через транзистор MN1 истокового повторителя определяют через первый резистор 108 посредством второго усилителя 102.
В таком варианте осуществления второй усилитель 102 сравнивает ток через первый резистор 108 с опорным током Iref, который протекает через соответствующий второй резистор 109. В этом варианте осуществления разница между токами через первый резистор 108 и кратным опорного тока Iref усиливают посредством второго усилителя 102. В одном варианте осуществления второй усилитель 102 используют, чтобы управлять выводом затвора (или базы) транзистора MN2 с общим истоком (или с общим эмиттером) так, чтобы минимизировать разницу между кратным опорного тока Iref и током покоя и транзистора MN1 истокового повторителя, и транзистора MN2 с общим истоком. В этом варианте осуществления контур регулирования напряжения и контур регулирования тока фиксируют и выходное напряжение на контактном выводе Vo, и ток покоя через первый и второй транзисторы MN1 и MN2 соответственно. Как объясняется в этом документе, контур регулирования напряжения и контур регулирования тока снижают импеданс сигнала смещения на контактном выводе V0 на всех частотах.
В одном варианте осуществления на низких частотах низкого импеданса на контактном выводе Vo достигают посредством одновременной работы и контура обратной связи регулирования напряжения, и контура обратной связи регулирования тока. Выражение "низкие частоты" в этом документе относится к частотам менее 100 МГц или к частотам, на которых конденсаторы Cb и Сс2 являются функционально электрически разомкнутыми.
Например, если напряжение на контактном выводе Vo сигнала смещения снижают, то отрицательная обратная связь через контур регулирования напряжения приводит к увеличению напряжения затвора (или базы) на контактном выводе 107 транзистора MN1 истокового повторителя (или эмиттерного повторителя). По мере того, как напряжение затвора (или базы) на контактном выводе 107 транзистора MN1 первого транзистора) истокового повторителя или эмиттерного повторителя) возрастает, транзистор MN1 истокового повторителя выдает больше тока, чтобы противодействовать снижению напряжения на контактном выводе Vo сигнала смещения. В то же время, увеличение тока через транзистор MN1 истокового повторителя (или эмиттерного повторителя) определяют посредством контура регулирования тока, что приводит к тому, что транзистор MN2 (второй транзистор) с общим истоком (или с общим эмиттером) пропускает меньше тока. В этом варианте осуществления контур регулирования тока также противодействует снижению напряжения на контактном выводе Vo сигнала смещения. Увеличение напряжения на контактном выводе Vo сигнала смещения вызывает аналогичный эффект и в контуре регулирования напряжения, и в контуре регулирования тока.
m
m
m
m
На средних и высоких частотах первый конденсатор Сс2 (также называемый пропускающим конденсатором) и второй конденсатор Cb (также называемый развязывающим конденсатором) закорачиваются, приводя к снижению коэффициента усиления через первый и второй усилители 101 и 102 соответственно. Если второй конденсатор Сс2 закорачивают, то на контактном выводе Vo обеспечивают импеданс 1/g, рассматривая вывод истока (или эмиттера) первого транзистора MN1, и обеспечивают импеданс 1/g, рассматривая сток второго транзистора MN2, где g - активная межэлектродная проводимость первого и второго транзисторов MN1 и MN2 соответственно. Это приводит к тому, что импеданс на контактном выводе Vo пропорционален 1/g, рассматривая цепь 100.
Выражение "средние и высокие частоты" в этом документе относится к частотам более 100 МГц или к частотам, на которых конденсаторы Cb и Сс2 являются функционально электрически закороченными.
Например, если напряжение на контактном выводе Vo сигнала смещения уменьшается, то транзистор MN1 истокового повторителя выдает больше тока. В то же время, напряжение затвора на контактном выводе 103 транзистора MN2 с общим истоком уменьшается, приводя, тем самым, к тому, что транзистор MN2 пропускает меньше тока. Оба этих действия противодействуют снижению напряжения сигнала смещения на контактном выводе Vo. Увеличение напряжения на контактном выводе Vo сигнала смещения вызывает аналогичный эффект в первом и втором транзисторах MN1 и MN2 соответственно.
На фиг. 2 показана принципиальная схема цепи 100, изображенной на фиг. 1 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На фиг. 2 приведены подробности цепей усилителей, которые могут быть использованы соответственно для первого и второго усилителей 101 и 102 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В других вариантах осуществления без изменения сущности вариантов осуществления изобретения могут быть использованы другие цепи для первого и второго усилителей 101 и 102. Чтобы не усложнять описание вариантов осуществления изобретения, функционирование конструкций первого и второго усилителей не обсуждается. Косые черты на затворах транзисторов (напр., косые черты на затворах транзисторов MN3 и MN4) показывают, что затвор транзистора присоединен к соответствующей цепи смещения. Чтобы не усложнять описание вариантов осуществления изобретения, цепи смещения не показаны.
В одном варианте осуществления первый усилитель 101 выполнен в виде дифференциального усилителя р-типа с входными транзисторами МР1 и МР2. Одна из причин выбора дифференциального усилителя р-типа с входными транзисторами МР1 и МР2 заключается в том, чтобы компенсировать низкое входное синфазное напряжение первого усилителя 101, которое является результатом требования низкого выходного напряжения Vo и Vref. В одном варианте осуществления транзисторы MN9 и MN10 n-типа первого усилителя 101 согласованы с транзистором MN1 истокового повторителя (или эмиттерного повторителя) (см. фиг. 1) и с транзистором MN2 с общим истоком (или общим эмиттером) (см. фиг. 1) основной выходной ветви. Транзисторы MP3 и МР4 первого усилителя 101 обеспечивают источник тока для входной пары транзисторов МР1 и МР2, в то время как транзисторы MN1 и MN2 обеспечивают активные нагрузки для входной пары транзисторов МР1 и МР2.
Транзисторы MN3, MN4, MN5, MN6, МР7, МР8, МР5 и МР6 образуют остальную часть первого каскада первого усилителя 101, который в этом варианте осуществления представляет собой свернутый каскодный каскад. Транзисторы MN8, MN10 и МР9 образуют второй усилительный каскад в усилителе 101, который обеспечивает дополнительное усиление для усилителя, устанавливает корректное напряжение смещения для первого транзистора MN1 (см. фиг. 1) основной выходной ветви, и отсоединяет напряжение затвора первого транзистора MN1 (см. фиг. 1) от выходного напряжения покоя первого каскада усилителя 101. В одном варианте осуществления плотность тока смещения транзистора во втором каскаде усилителя 101 - транзистора MN10 первого усилителя 101 - согласована с плотностью тока через транзисторы MN1 (см. фиг. 1) и MN2 (см. фиг. 1) основной выходной ветви. Конденсатор Сс представляет собой компенсирующий конденсатор первого усилителя 101. Транзисторы MN9 и MN7 образуют истоковый повторитель обратной связи для предотвращения прямой связи через Сс.
В одном варианте осуществления второй усилитель 102 выполнен в виде дифференциального усилителя n-типа с входными транзисторами MN1 и MN2. Одна из причин выбора дифференциального усилителя n-типа с входными транзисторами MN1 и MN2 заключается в высоком входном синфазном напряжении усилителя 102, которое является результатом малого падения напряжения на первом резисторе 108 и втором резисторе 109 между источником питания и входами второго усилителя 102. В одном варианте осуществления транзисторы MN5 и MN6 второго усилителя 102 согласованы с транзистором MN1 истокового повторителя (первым транзистором на фиг. 1) и с транзистором MN2 с общим истоком (вторым транзистором на фиг. 1), тем самым минимизируя воздействие изменений параметров процесса. Транзисторы MN3 и MN4 второго усилителя 102 обеспечивают источник тока на входную пару транзисторов MN1 и MN2, в то время как транзисторы МР1, МР2, MP3 и МР4 обеспечивают высокий импеданс на выводах стока первого и второго транзисторов MN1 и MN2 (см. фиг. 1), что приводит к прохождению тока сигнала через каскодные устройства МР5 и МР6. Транзисторы MP3 и МР6 образуют каскодные устройства, которые смещают уровень высоких напряжений покоя на выводах стока входных устройств MN1 и MN2 до низких напряжений покоя, необходимых на стоках устройств MN5 и MN6.
На фиг. 3 показана система 300 ввода-вывода (I/O), использующая генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В одном варианте осуществления система 300 включает в себя процессор 301, связанный с процессором 303 через дифференциальную среду 304 передачи. В одном варианте осуществления среда 304 передачи представляет собой одностороннюю среду передачи. В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом используют для обеспечения опорного напряжения с низким импедансом для I/О-передатчика 302. В одном варианте осуществления генератор 100/307 опорного напряжения с низким импедансом соединен с приемником 306, чтобы обеспечить опорное напряжение синфазного режима (СМ) с низким импедансом при обратных потерях СМ - 6 дБ на частоте от 0 до 4 ГГц и при обратных потерях СМ - 3 дБ на частоте свыше 4 ГГц. В таком варианте осуществления выходной контактный вывод Vo соединен с сопротивлениями оконечной нагрузки, как показано на фиг. 1, причем выходной контактный вывод также соединен с контактной площадкой 305 I/O и приемником 306. В других вариантах осуществления опорный генератор 100 с низким импедансом может быть использован для любой цепи, в которой требуется опорное напряжение с низким импедансом.
На фиг. 4 показана схема генератора 400 опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Вариант осуществления, приведенный на фиг. 4, аналогичен варианту осуществления, показанному на фиг. 1, за исключением того, что конструкция перевернута. На фиг. 4 показана реализация р-типа генератора 100 опорного напряжения с низким импедансом на основе электропроводности n-типа, приведенного на фиг. 1.
В этом варианте осуществления первый транзистор MN1 (истоковый повторитель n-типа) на фиг. 1 заменили на транзистор МР1 р-типа истокового повторителя (или эмиттерного повторителя), в то время как второй транзистор MN2 n-типа (транзистор n-типа с общим эмиттером) на фиг. 1 заменили на транзистор МР2 р-типа с общим истоком (или общим эмиттером). В одном варианте осуществления первый усилитель 401 реализован дифференциальной входной парой транзисторов n-типа, а второй усилитель 402 реализован дифференциальной входной парой транзисторов р-типа.
В этом варианте осуществления первый конденсатор Сс2 подключен, как и первый конденсатор Сс2 на фиг. 1. В одном варианте осуществления первый контактный вывод второго конденсатора Cb соединен с выходом первого усилителя 401, в то время как второй контактный вывод второго конденсатора Cb соединен с контактом питания или землей. Первый резистор 408 и второй резистор 409 в этом варианте осуществления подключены между землей и входными контактными выводами второго усилителя 402. В одном варианте осуществления первый резистор 408 и второй резистор 409, как показано, выполнены в виде проходных транзисторов. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие виды линейных резисторов. Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, обеспечивает более высокое опорное напряжение, чем опорное напряжение, достигаемое в варианте осуществления, приведенном на фиг. 1
На фиг. 5 показана диаграмма системного уровня интеллектуального устройства 1600, содержащего процессор с генератором 100/400 опорного напряжения с низким импедансом в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На фиг. 5 также показана блок-схема варианта осуществления мобильного устройства, в котором могут быть использованы разъемы интерфейса с плоской поверхностью. В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 представляет собой такое вычислительное устройство, как планшет, мобильный телефон или смартфон, беспроводное устройство чтения электронных книг или другое беспроводное мобильное устройство. Понятно, что некоторые из компонентов показаны в общем виде, и не все компоненты такого устройства показаны в устройстве 1600.
В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 включает в себя первый процессор 1610 со схемой 100/400 и второй процессор 1690 со схемой 100/400 в соответствии с вариантами осуществления, обсуждаемыми в этом документе.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения также могут включать в себя сетевой интерфейс в 1670, такой как беспроводной интерфейс, чтобы вариант осуществления системы можно было встроить в беспроводное устройство, например, сотовый телефон или карманный компьютер.
В одном варианте осуществления процессор 1610 может включать в себя одно или несколько физических устройств, таких как микропроцессоры, прикладные процессоры, микроконтроллеры, программируемые логические устройства или другие средства обработки. Операции по обработке, выполняемые процессором 1610, включают в себя выполнение операционной платформы или операционной системы, в которой выполняются приложения и/или функции устройства. Операции по обработке включают в себя операции, относящиеся к операциям I/O (ввода-вывода), выполняемым при взаимодействии с пользователем или другими устройствами, операции, относящиеся к управлению электропитанием, и/или операции, относящиеся к установлению соединения вычислительного устройства 1600 с другим устройством. Операции по обработке также могут включать в себя операции, относящиеся к операциям ввода-вывода звука и/или операциям ввода-вывода изображения.
В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 также включает в себя аудиоподсистему 1620, которая представляет собой компоненты аппаратного обеспечения (напр., средства звуковой поддержки и схемы обработки звукового сигнала) и программного обеспечения (напр., драйверы, кодеки), связанные с обеспечением выполнения вычислительным устройством функций обработки звукового сигнала. Функции обработки звукового сигнала могут включать в себя вывод на громкоговоритель и/или наушники, а также микрофонный ввод. Устройства для выполнения таких функций могут быть интегрированы в устройство 1600 или присоединены к вычислительному устройству 1600. В одном варианте осуществления пользователь взаимодействует с вычислительным устройством 1600, отдавая звуковые команды, которые принимают и обрабатывают процессором 1610.
Подсистема 1630 отображения представляет собой компоненты аппаратного обеспечения (напр., устройства отображения) и программного обеспечения (напр., драйверы), которые обеспечивают пользователю визуальное и/или тактильное отображение, чтобы он мог взаимодействовать с вычислительным устройством. Подсистема 1630 отображения включает в себя интерфейс 1632 дисплея, который включает в себя определенный экран или аппаратное устройство, используемое для предоставления отображения пользователю. В одном варианте осуществления интерфейс 1632 дисплея включает в себя отдельную от процессора 1610 логическую схему для выполнения, по меньшей мере, некоторой обработки, относящейся к отображению. В одном варианте осуществления подсистема 1630 отображения включает в себя сенсорный экран (или сенсорную панель), который предоставляет пользователю функции ввода и вывода.
I/O контроллер 1640 представляет собой аппаратные устройства и программные компоненты, относящиеся к взаимодействию с пользователем. I/O контроллер 1640 выполняет действия по управлению аппаратным обеспечением, которое является частью аудиоподсистемы 1620 и/или подсистемы 1630 отображения. Кроме того, I/O контроллер 1640 является точкой подключения для дополнительных устройств, которые соединяют с устройством 1600, и посредством которых пользователь может взаимодействовать с системой. Например, устройства, которые можно присоединить к вычислительному устройству 1600 могут включать в себя микрофоны, громкоговорители или стереосистемы, видеосистемы или другие устройства отображения, клавиатуры или вспомогательные клавишные панели, или другие устройства ввода-вывода, предназначенные для использования с определенными приложениями, например, картридеры или другие устройства.
Как было отмечено выше, I/O контроллер 1640 может взаимодействовать с аудиоподсистемой 1620 и/или подсистемой 1630 отображения. Например, ввод через микрофон или другое звуковое устройство может обеспечить входные команды для одного или нескольких приложений или функций вычислительного устройства 1600. Кроме того, звуковой вывод может быть предоставлен вместо изображения или в дополнение к нему. В другом примере, если подсистема отображения включает в себя сенсорный экран, то устройство отображения также действует в качестве устройства ввода, которое, по меньшей мере, частично может управляться I/O контроллером 1640. Также на вычислительном устройстве 1600 могут иметься дополнительные кнопки или переключатели для выполнения функций ввода-вывода, управляемые I/O контроллером 1640.
В одном варианте осуществления I/O контроллер 1640 управляет такими устройствами, как акселерометры, камеры, датчики света или другими датчиками окружающей среды, или другими аппаратными компонентами, которые могут быть включены в вычислительное устройство 1600. Ввод может представлять собой часть непосредственного взаимодействия с пользователем, а также ввод данных об окружающей среде в систему, чтобы влиять на ее действия (как например, фильтрование шума, регулирование яркости экрана, применение вспышки для камеры и др.).
В одном варианте осуществления вычислительное устройство 1600 включает в себя блок 1650 управления электропитанием, который управляет использованием батареи питания, зарядкой батареи и функциями, относящимися к действиям по экономии энергии. Подсистема 1660 памяти включает в себя запоминающие устройства для хранения информации в устройстве 1600. Запоминающее устройство может представлять собой энергонезависимые (состояние не изменяется при отключении электропитания запоминающего устройства) и/или энергозависимые (неопределенное состояние при отключении электропитания запоминающего устройства) запоминающие устройства. Запоминающее устройство 1660 может хранить данные приложения, пользовательские данные, музыку, фотографии, документы или другие данные, а также системные данные (либо долгосрочные, либо временные), относящиеся к выполнению приложений и функций вычислительного устройства 1600.
Элементы вариантов осуществления также могут быть предоставлены в виде машиночитаемых носителей (напр., запоминающее устройство 1660), предназначенных для хранения выполняемых машиной инструкций (напр., инструкций для реализации любого другого процесса, обсуждаемого в этом документе). Машиночитаемый носитель (напр., запоминающее устройство 1660) может включать в себя, но, не ограничиваясь этим, флеш-память, оптические диски, CD-ROM диски, DVD-ROM диски, запоминающие устройства типа RAM, EPROM, EEPROM, магнитные или оптические карты или другие типы машиночитаемых носителей, пригодных для хранения электронных или выполняемых машиной инструкций. Например, варианты осуществления изобретения могут быть загружены в виде компьютерной программы (напр., BIOS), которая может быть передана от удаленного компьютера (напр., сервера) к запрашивающему компьютеру (напр., клиенту) с помощью сигналов данных через канал связи (напр., модемное или сетевое соединение).
Блок 1670 связности включает в себя аппаратные устройства (напр., беспроводные и/или проводные соединители и коммуникационное оборудование) и программные компоненты (напр., драйверы, стеки протоколов), чтобы позволить вычислительному устройству 1600 осуществлять связь с внешними устройствами. Устройство 1600 может представлять собой отдельные устройства, такие как другие вычислительные устройства, беспроводные точки доступа или базовые станции, а также периферию, как например, наушники, принтеры или другие устройства.
Блок 1670 связности может включать в себя множество различных типов устройств связи. В общем, вычислительное устройство 1600 показано с блоком 1672 сотовой связи и блоком 1674 радиосвязи. Блок 1672 сотовой связи, в целом, относится к возможности осуществления сотовой связи, обеспечиваемой владельцами беспроводного канала связи, например, предоставляемой в соответствии со стандартами GSM (глобальной системы мобильной связи) или вариациями или производными, CDMA (множественного доступа с кодовым разделением каналов) или вариациями или производными, TDM (мультиплексной передачи с временным разделением каналов) или вариациями или производными, или в соответствии с другими стандартами радиотелефонной связи. Блок 1674 радиосвязи относится к радиосвязи, не являющейся сотовой, и может включать в себя персональные сети (такие как Bluetooth, беспроводная связь ближнего радиуса действия и т.д.), локальные сети (такие как Wi-Fi) и/или региональные сети (такие как WiMax) или другие виды радиосвязи.
Блок 1680 подключения периферии включает в себя аппаратные интерфейсы и разъемы, а также программные компоненты (напр., драйверы, стеки протоколов) для подключения периферии. Понятно, что вычислительное устройство 1600 может быть и периферийным устройством ("к" 1682) для других вычислительных устройств, а также может иметь периферийные устройства ("от" 1684), подключенные к нему. Вычислительное устройство 1600 обычно имеет "стыковочный" разъем для соединения с другими вычислительными устройствами для таких целей, как управление (напр., загрузка и/или выгрузка, изменение, синхронизация) контентом на устройстве 1600. Кроме того, стыковочный разъем может позволить присоединить устройство 1600 к определенной периферии, которая позволяет вычислительному устройству 1600 управлять выводом контента, например, аудиовизуальной или другими системами.
В дополнение к пропиетарному стыковочному разъему или другой пропиетарной соединительной аппаратуре, вычислительное устройство 1600 может осуществлять подключения 1680 периферии через распространенные или стандартизированные разъемы. Распространенные типы разъемов могут включать в себя разъем универсальной последовательной шины (USB) (который может включать в себя любое число различных аппаратных интерфейсов), разъем DisplayPort, включая MiniDisplayPort (MDP), мультимедийный интерфейс высокой четкости (HDMI), Firewire или другие типы разъемов.
Обсуждаемый в этом документе генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом может быть использован для схем радиосвязи и, в общем, аналоговых цепей, где, например, шум является проблемой на линиях смещения. В одном варианте осуществления обсуждаемый в этом документе генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом может быть использован в качестве двухтактного регулятора напряжения. В одном варианте осуществления генератор 100 опорного напряжения с низким импедансом используют в блоках 1670, 1680, 1620, 1640 и 1630.
Упоминание в описании выражений "вариант осуществления", "один вариант осуществления", "некоторые варианты осуществления" или "другие варианты осуществления" означает, что отдельный признак, структура или характеристика, описанная в связи с вариантами осуществления, содержится, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления, но не обязательно во всех вариантах осуществления. Различные упоминания выражений "вариант осуществления", "один вариант осуществления" или "некоторые варианты осуществления" не обязательно относятся к одним и тем же вариантам осуществления. Если в описании сказано, что компонент, признак, структура или характеристика "может" или "могла бы" содержаться, то определенный компонент, признак, структура или характеристика не обязательно должна иметь место. В описании или формуле изобретения упоминание элемента в форме единственного числа не означает, что имеется только один элемент. В описании или формуле изобретения упоминание "дополнительного" элемента не исключает, что имеется более одного дополнительного элемента.
Хотя изобретение было описано в отношении отдельных вариантов его осуществления, в свете вышеприведенного описания специалистам в области техники будут очевидны многие альтернативы, модификации и изменения таких вариантов осуществления. Предполагается, что варианты осуществления изобретения охватывают все такие альтернативы, модификации и изменения как попадающие под объем прилагаемой формулы изобретения.
Кроме того, общеизвестные разъемы питания/заземления для интегрированных схем (ИС) и другие компоненты могут быть изображены или не изображены на представленных фигурах для простоты иллюстрации и обсуждения, и чтобы не затруднять восприятие изобретения. Помимо этого, схемы могут быть изображены в виде блок-схемы, чтобы предотвратить затруднение понимания изобретения, а также, в виду того факта, что специфика реализации таких блок-схем сильно зависит от платформы, на которой реализуют настоящее изобретения, такая специфика должна быть в пределах сферы компетенции специалистов в области техники. Там, где специфические подробности (напр., схемы) изложены, чтобы описать примеры осуществления изобретения, специалистам в области техники должно быть очевидно, что изобретение может быть выполнено на практике без этих специфических подробностей или с изменениями. Таким образом, описание следует рассматривать как иллюстративное, а не ограничивающее.
Следующие примеры имеют отношение к дополнительным вариантам осуществления. Особенности в примерах могут быть использованы в любом одном или нескольких вариантах осуществления. Все опциональные признаки устройства, описанные в этом документе, также могут быть реализованы с учетом способа или процесса.
В одном примере устройство содержит: контур регулирования напряжения, включающий в себя первый транзистор, предназначенный для обеспечения выходного напряжения; и контур регулирования тока, предназначенный для определения величины тока через первый транзистор относительно опорного тока. В одном варианте осуществления контур регулирования тока содержит второй транзистор, последовательно соединенный с первым транзистором, причем второй транзистор предназначен для обеспечения постоянного тока через первый и второй транзисторы.
В одном варианте устройство дополнительно содержит первый конденсатор с первым контактным выводом, соединенным с выходом второго усилителя контура регулирования тока. В одном варианте осуществления первый конденсатор также содержит второй контактный вывод, соединенный с выводом первого транзистора. В одном варианте осуществления первый контактный вывод первого конденсатора соединен с входом второго транзистора. В одном варианте осуществления второй контактный вывод первого конденсатора соединен с выводом второго транзистора. В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит: второй конденсатор, первый контактный вывод которого соединен с выходом первого усилителя контура регулирования напряжения и вводом второго транзистора, а второй контактный вывод соединен с контактом питания или землей.
В одном варианте осуществления первый транзистор представляет собой истоковый или эмиттерный повторитель. В одном варианте осуществления второй транзистор представляет собой транзистор с общим истоком или общим эмиттером. В одном варианте осуществления контур регулирования тока может использоваться для поддерживания энергопотребления устройства по существу постоянным.
В другом примере устройство содержит: первый усилитель, предназначенный для обеспечения выходного напряжения относительно опорного напряжения посредством первого транзистора, соединенного с первым усилителем; и второй усилитель, чтобы обеспечить протекание постоянного тока через первый транзистор относительно опорного тока. В одном варианте осуществления второй усилитель может использоваться, чтобы выработать входной сигнал для второго транзистора, последовательно соединенного с первым транзистором, причем второй транзистор предназначен для обеспечения постоянного тока через первый и второй транзисторы. В одном варианте осуществления первый транзистор является истоковым повторителем или эмиттерным повторителем, а второй транзистор является транзистором с общим истоком или с общим эмиттером.
В одном варианте осуществления устройство по п. 11 дополнительно содержит первый конденсатор, включающий в себя: первый контактный вывод, соединенный с выходом второго усилителя и входом второго транзистора; и второй контактный вывод, соединенный с контактом первого транзистора и контактом второго транзистора. В одном варианте осуществления второй контактный вывод первого конденсатора соединен с входом первого усилителя, причем второй контактный вывод первого конденсатора обеспечивает опорное напряжение. В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит второй конденсатор, первый контактный вывод которого соединен с выходом первого усилителя и вводом первого транзистора, а второй контактный вывод соединен с контактом питания или землей.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит: первый резистор, первый контактный вывод которого соединен с первым входом второго усилителя и контактом первого транзистора, а второй контактный вывод соединен с контактом питания. В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит: второй резистор, первый контактный вывод которого соединен со вторым входом второго усилителя и с генератором опорного тока, который обеспечивает опорный ток, а второй контактный вывод соединен с контактом питания.
В другом примере устройство содержит: средство обеспечения выходного напряжения с низким импедансом посредством контура регулирования напряжения, соединенного с контуром регулирования тока, причем контур регулирования тока может использоваться для поддерживания энергопотребления устройства по существу постоянным.
В одном примере система содержит: процессор с опорным генератором в соответствии с устройством, обсуждаемым в этом документе; и антенну беспроводной связи, предназначенную для соединения процессора с сетью беспроводной связи. В одном варианте осуществления опорный генератор может использоваться для обеспечения, по меньшей мере, одного следующего: напряжения синфазного режима для резисторов оконечной нагрузки приемника ввода-вывода (I/O), или опорного напряжения для I/O передатчика. В одном варианте осуществления I/O приемник представляет собой I/O приемник PCIe.
Чтобы позволить пользователю выяснить сущность технического описания, приведен реферат. Реферат приведен с пониманием, что он не будет использован для ограничения объема или смысла формулы изобретения. Нижеприведенная формула изобретения является частью описания, при этом каждый пункт является самостоятельным как отдельный вариант осуществления.