線性調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]電子系統(tǒng)通常采用電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器用于為系統(tǒng)的各種組件生成電源電壓。一種類型的電壓調(diào)節(jié)器是DC-DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，其通常通過(guò)選擇性地激活和停用開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)其輸出電壓，以使開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)組件通電或斷電。另一種類型的電壓調(diào)節(jié)器是線性調(diào)節(jié)器，其通常通過(guò)控制輸出電壓和調(diào)節(jié)器的輸入電壓之間的差來(lái)調(diào)節(jié)其輸出電壓。更具體地，典型的線性調(diào)節(jié)器包括誤差放大器，該誤差放大器控制用于調(diào)節(jié)輸出電壓的調(diào)節(jié)器的導(dǎo)通晶體管兩端的壓降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]根據(jù)示例實(shí)施例，一種方法包括:使用線性調(diào)節(jié)器的導(dǎo)通器件(pass device)來(lái)響應(yīng)于在該導(dǎo)通器件的控制端子處接收的信號(hào)，將輸出信號(hào)提供到線性調(diào)節(jié)器的輸出端。該方法包括至少部分地基于輸出信號(hào)使用線性調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)在控制端子處接收的信號(hào)；并且控制線性調(diào)節(jié)器的閉環(huán)頻率響應(yīng)，以使線性調(diào)節(jié)器的直流(DC)增益延伸到一頻率，該頻率接近或處于與耦合到線性調(diào)節(jié)器的輸出端的去耦電容器相關(guān)聯(lián)的零頻率。
[0003]根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例，一種調(diào)節(jié)器包括:輸出端，導(dǎo)通器件和閉環(huán)電路。導(dǎo)通器件響應(yīng)于在導(dǎo)通器件的控制端子處接收的信號(hào)，將輸出信號(hào)提供到調(diào)節(jié)器的輸出端。閉環(huán)電路至少部分地基于輸出信號(hào)調(diào)節(jié)在控制端子處接收的信號(hào)。閉路電路包括誤差放大器，以至少部分地基于調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)以及參考信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)在控制端子處接收的信號(hào)。誤差放大器包括第一放大級(jí)和第二放大級(jí)。第二放大級(jí)耦合到第一放大級(jí)的輸出端，并且適于至少部分地基于由調(diào)節(jié)器的輸出端提供的電流而向第一放大級(jí)提供偏置電流反饋。
[0004]根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例，一種裝置包括集成電路，該集成電路包括調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器包括閉環(huán)電路，該閉環(huán)電路包括導(dǎo)通器件、反饋電路、放大器和濾波器。濾波器適于控制閉環(huán)電路的頻率響應(yīng)的第一階滾降頻率(first order roll off frequency)，以使第一階滾降頻率接近或處于與耦合到輸出端的負(fù)載相關(guān)聯(lián)的零頻率。
[0005]優(yōu)點(diǎn)及其它期望的特征將從下面的附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是根據(jù)示例實(shí)施例的電子系統(tǒng)的示意圖。
[0007]圖2是根據(jù)示例實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)的微控制器單元(MCU)的示意圖。
[0008]圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的圖2的微控制器單元的線性調(diào)節(jié)器的示意圖。
[0009]圖4是根據(jù)示例實(shí)施例的示出調(diào)節(jié)器的電壓調(diào)節(jié)模式的線性調(diào)節(jié)器的示意圖。
[0010]圖5A是根據(jù)示例實(shí)施例的耦合到線性調(diào)節(jié)器的輸出端的阻抗的波特(Bode)圖。
[0011]圖5B是根據(jù)示例實(shí)施例的在不存在負(fù)載的情況下的線性調(diào)節(jié)器的閉環(huán)增益的波特圖。
[0012]圖5C是根據(jù)示例實(shí)施例的當(dāng)耦合到負(fù)載時(shí)線性調(diào)節(jié)器的閉環(huán)增益的波特圖。
[0013]圖6是根據(jù)示例實(shí)施例的示出線性調(diào)節(jié)器的電流源模式操作的線性調(diào)節(jié)器的示意圖。
[0014]圖7是根據(jù)示例實(shí)施例的示出線性調(diào)節(jié)器的地和負(fù)載電流的示意圖。
[0015]圖8是根據(jù)進(jìn)一步的示例實(shí)施例的線性調(diào)節(jié)器的示意圖。
[0016]圖9是根據(jù)進(jìn)一步的示例實(shí)施例的示出用于圖8的線性調(diào)節(jié)器的偏置電流反饋的示意圖。
[0017]圖10是根據(jù)進(jìn)一步的示例實(shí)施例的描繪用來(lái)調(diào)節(jié)線性調(diào)節(jié)器的技術(shù)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]電子系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)線性調(diào)節(jié)器，用于向系統(tǒng)的功率消耗組件提供(一個(gè)或多個(gè))經(jīng)調(diào)節(jié)的直流(DC)電壓。為了過(guò)濾來(lái)自相應(yīng)的(一個(gè)或多個(gè))DC供電軌的噪聲，可以使用(一個(gè)或多個(gè))去耦電容器。以這種方式，給定的線性調(diào)節(jié)器的輸出端可以耦合到特定的直流DC供電軌，并且去耦電容器可以耦合在線性調(diào)節(jié)器的輸出端和地之間，用于形成低通濾波器以衰減DC供電軌上的噪聲。根據(jù)本文公開(kāi)的系統(tǒng)和技術(shù)，線性調(diào)節(jié)器具有考慮去耦電容器的阻抗的閉環(huán)頻率增益。
[0019]根據(jù)示例實(shí)施例，電子系統(tǒng)可以是基于微控制器單元(MCU)的電子系統(tǒng)，諸如在圖1中描繪的基于MCU的收發(fā)器10。參照?qǐng)D1，根據(jù)實(shí)施例，微控制器24可以控制收發(fā)器10的各個(gè)方面，并且可以是集成電路或半導(dǎo)體封裝30的一部分，其中該半導(dǎo)體封裝30還包括無(wú)線電設(shè)備(rad1)28。作為非限制性示例，MCU 24和無(wú)線電設(shè)備28可共同形成分組無(wú)線電設(shè)備(packet rad1)，該分組無(wú)線電設(shè)備處理分組數(shù)據(jù)的流入流和流出流。為此，收發(fā)器10可以進(jìn)一步包括射頻(RF)前端32和天線36，天線36接收和發(fā)送用分組數(shù)據(jù)調(diào)制的RF信號(hào)(例如，調(diào)頻(FM)信號(hào))。
[0020]注意的是，圖1僅僅示出電子系統(tǒng)的示例實(shí)施例，因?yàn)楦鶕?jù)進(jìn)一步的示例實(shí)施例，本文中所描述的基于線性調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)和技術(shù)可以應(yīng)用到其它基于MCU的電子系統(tǒng)以及非基于MCU的電子系統(tǒng)。
[0021]仍然參見(jiàn)圖1，收發(fā)器10可以用于各種應(yīng)用中，該應(yīng)用涉及通過(guò)相對(duì)低功率RF鏈路的通信分組流數(shù)據(jù)，并因此可用于銷售設(shè)備、成像設(shè)備、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、蜂窩電話設(shè)備等的無(wú)線點(diǎn)中。作為具體的非限制性的示例，收發(fā)器10可以用于智能功率儀表中，智能功率儀表通過(guò)低功率RF鏈路將數(shù)據(jù)傳送到連接到實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)，所述數(shù)據(jù)指示由特定負(fù)載(例如，駐留負(fù)載)所消耗的功率。以這種方式，例如，收發(fā)器10可向移動(dòng)儀表讀取器以及RF-蜂窩橋發(fā)射指示由負(fù)載消耗的功率的分組數(shù)據(jù)。除了發(fā)送數(shù)據(jù)，收發(fā)器10還可以從實(shí)體或儀表讀取器接收數(shù)據(jù)，用于這樣的目的(作為非限制性的示例)，如詢問(wèn)關(guān)于各種功率消耗設(shè)備或裝備的狀態(tài)；控制智能功率儀表的功能；向與被監(jiān)控負(fù)載相關(guān)聯(lián)的人員傳送消息等。
[0022]如圖1中所描繪的，除了與無(wú)線電設(shè)備28通信外，該MCU 24可以進(jìn)一步與其它設(shè)備通信，并且在這方面，作為示例可以通過(guò)通信線54與智能功率儀表的電流監(jiān)控和/或電壓監(jiān)控設(shè)備(作為非限制性示例)通信，以及通過(guò)串行總線40與設(shè)備通信。以這種方式，串行總線40可以包括傳送時(shí)鐘化數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)線，并且該數(shù)據(jù)可以非均勻的脈沖串通過(guò)串行總線40數(shù)據(jù)來(lái)傳送。作為非限制性示例，根據(jù)一些實(shí)施例，該串行總線可以是通用串行總線(USB)40，如圖1中所描繪的。如本文中所述的，除了包含用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的線，諸如USB 40的串行總線可進(jìn)一步包括功率線(例如，5伏功率線)，用于向諸如微控制器24的串行總線設(shè)備提供功率。各種USB鏈路46、48、50和52可以經(jīng)由集線器44和USB 40與收發(fā)器10通信，用于這樣的目的:如與關(guān)于各種電器的功率使用的駐留計(jì)算機(jī)通信，與這些設(shè)備通信以確定其功率使用，與電器通信以調(diào)節(jié)其功率使用等。
[0023]根據(jù)特定的實(shí)施例，MCU 24的一些或所有組件可以被制造在半導(dǎo)體封裝30的單個(gè)管芯上；而在其它實(shí)施例中，MCU 24的組件可以被制造在半導(dǎo)體封裝30的不止一個(gè)管芯上。因此，許多變化是預(yù)期的，其在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0024]參照?qǐng)D2，根據(jù)示例實(shí)施例，MCU 24包括各種功率消耗組件，諸如處理器核150。作為非限制性的示例，處理器核150可以是32位核，諸如高級(jí)RISC機(jī)(ARM)處理器核，32位核執(zhí)行精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)指令集。在進(jìn)一步的示例實(shí)施例中，處理器核150可以是更強(qiáng)大的核或不那么強(qiáng)大的核，諸如8位核(例如，8051核)。
[0025]在一般情況下，處理器核150通過(guò)系統(tǒng)總線130與MCU 24的各種其它系統(tǒng)組件(例如，存儲(chǔ)器控制器或管理器160)通信，該其他系統(tǒng)組件也消耗功率。在一般情況下，存儲(chǔ)器管理器160控制對(duì)MCU 24的各種存儲(chǔ)器組件的訪問(wèn)，各種存儲(chǔ)器組件諸如高速緩存172、非易失性存儲(chǔ)器168 (例如，閃速存儲(chǔ)器)和易失性存儲(chǔ)器164 (例如，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM))。
[0026]MCU 24還可以包括消耗功率的數(shù)字和模擬設(shè)備。例如，MCU 24可以包括各種數(shù)字外圍組件90，諸如(作為示例)通用串行總線(USB)接口、可編程計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器陣列(PCA)、通用異步接收器/發(fā)送器(UART)、系統(tǒng)管理總線(SMB)接口、串行外圍接口(SPI)等。根據(jù)一些實(shí)施例，MCU 24包括模擬系統(tǒng)96，模擬系統(tǒng)96在MCU 24的外部模擬端子84上傳送模擬信號(hào)并通常形成MCU的模擬接口。作為示例，模擬系統(tǒng)96可以包括接收模擬信號(hào)的各種組件，諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、比較器等；并且模擬系統(tǒng)96可以包括提供模擬信號(hào)(例如，供電電源電壓)到端子84的組件(供電調(diào)節(jié)器)，以及諸如電流驅(qū)動(dòng)器的組件。
[0027]為了向其功率消耗組件提供經(jīng)調(diào)節(jié)的功率，MCU 24包括電源190。電源190向供電電壓軌194供應(yīng)電壓，用于向MCU 24的各種組件提供電力。為了此目的，電源190可以包括一個(gè)或多個(gè)線性調(diào)節(jié)器200(作為非限制性示例，低壓降(LDO)線性調(diào)節(jié)器)。根據(jù)特定實(shí)施例，電源190可以包括一個(gè)或多個(gè)DC至DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器(降壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、升壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、等等)，其接收輸入電壓(例如，經(jīng)由輸入端192傳送到電源190的電池電壓)，并向線性調(diào)節(jié)器200的輸入端提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓。
[0028]參照?qǐng)D3，根據(jù)一些實(shí)施例，響應(yīng)于輸入電壓(在圖3中被稱為“VIN”)，給定的線性調(diào)節(jié)器200在其輸出端370提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓(在圖3中被稱為“V.”)。在這方面，線性調(diào)節(jié)器200的導(dǎo)通器件320耦合在接收Vin輸入電壓的調(diào)節(jié)器200的輸入端和提供V.輸出電壓的輸出端370之間。在一般情況下，線性調(diào)節(jié)器200比較V ■輸出電壓與參考電壓，并基于此比較，線性調(diào)節(jié)器200控制導(dǎo)通器件320兩端的電壓降(S卩，控制Vin和V.電壓之間的差)來(lái)調(diào)節(jié)V.電壓。
[0029]更具體地，根據(jù)一些實(shí)施例，線性調(diào)節(jié)器200包括誤差放大器350，誤差放大器350比較與V-電壓成比例的電壓和參考電壓(在圖3中被稱為“VREF