low drop voltage regulator with instant load regulation & method
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-
8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
1/10
( 1 2 ) United
S t a t e s
Patent
Ivanov e t a 1 .
US007633280B2
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0 B2
D e c . 1 5 , 2 0 0 9
( 1 0 )
Patent N 0 . :
( 4 5 ) Date
o f
P a t e n t :
( 5 4 ) LOW
DROPVOLTAGE REGULATOR WITH
INSTANT LOAD REGULATIONAND
( 7 5 )
( 7 3 )
( * )
( 2 1 )
( 2 2 )
( 6 5 )
( 5 1 )
( 5 2 )
( 5 8 )
( 5 6 )
METHOD
I n v e n t o r s :
Vadim
.
I v a n o v ,
T u c s o n , AZ U S ) ;
K e i t h
E . K u n z , B r y a n ,
TX ( U S )
A s s i g n e e : T e x a s I n s t r u m e n t s
I n c o r p o r a t e d ,
D a l l a s , TX ( U S )
N o t i c e : S u b j e c t
t o
a n y
d i s c l a i m e r ,
t h e
t e r m o f h i s
p a t e n t
i s e x t e n d e d o r a d j u s t ed u n d e r 3 5
U . S . C . 1 5 4 ( b )
b y
1 4 6
d a y s .
A p p l .
N o . : 1 2 / 0 0 8 , 5 3 3
F i l e d :
J a n . 1 1 ,
2008
Prior P u b l i c a t i o n Data
US 009/0179622 A1 J u l . 16,2009
I n t . C l .
G05F
3 / 1 6 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
US Cl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 323/316
Field
of
Classi?cation
Search . . . . . . . . . . . . . . .
. . 381 / 120;
3 3 0 / 2 5 1 ,
2 5 2 , 2 6 4 , 2 6 9 , 2 9 7 ,
3 1 0 , 2 9 2 ;
3 2 3 / 3 1 6
S e e
a p p l i c a t i o n ? l e
f o r c o m p l e t e
s e a r c h h i s t o r y .
R e f e r e n c e s C i t e d
U . S .
PATENT DOCUMENTS
6,930,551
B2 8/2005 Ivanov
e t
a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 330/264
7 , 2 7 4, 2 5 6
B2
9/2007 Ricotti
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
330/255
7,471,150
B2
12/2008 Alenin
e t a l .
. . . . . . . . . . . . . . . 330/257
7 ,508 ,2 65
B2
3 / 2 0 0 9 Lin
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
330/255
*
c i t e d by
examiner
P r i m a r y E x a m i n e r i S h a W n R i l e y
( 7 4 ) A t t o r n e y , A g e n t , o r
Firmilohn
. P a t t i ; Wade
.
B r a d y ,
I I I ; F r e d e r i c k
.
T e l e c k y , J r .
( 5 7 )
ABSTRACT
An LDO e g u l a t o r ( 1 0 ) p r o d u c e s an o u t p u t v o l t a g e
( V o u t ) b y
a p p l y i n g t h e o u t p u t v o l t a g e t o a f e e d b a c k i n p u t ( 6 )
o f
a
d i f f e r e n t i a l
i n p u t s t a g e ( 1 0 A ) a n d a p p l y i n g a n
o u t p u t
( 3 ) o f
t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e
t o a g a t e
of
? r s t
f o l l o W e r
t r a n s i s
t o r
(MP4)
h a v i n g
a
s o u r c e c o u p l e d
t o
an
i n p u t
( 8 )
o f
a
c l a s s
AB o u t p u t s t a g e
( 1 0 C )
W h i c h
g e n e r a t e s
t h e o u t p u t v o l t a g e .
Demanded
l o a d c u r r e n t i s s u p p l i e d b y t h e o u t p u t v o l t a g e
d u r i n g
a d i p
i n
i t s v a l u e t o a g a t e of a second f o l l o W e r t r a n
s i s t o r
( M P 5 )
h a v i n g a g a t e
c o u p l e d t o
t h e o u t p u t
o f
t h e i n p u t
s t a g e t o d e c r e a s e c u r r e n t i n a c u r r e n t
m i r r o r (MN5,6)
h a v i n g
an o u t p u t coupled
t o a c u r r e n t
s o u r c e
( 1 1 )
and
a g a t e
of an
a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r
(MN7). T h i s c a u s e s t h e
c u r r e n t
s o u r c e
t o r a p i d l y t u r n on t h e amplifying
t r a n s i s t o r
t o cause
i t
t o
r a p i d l y t u r n on a
c a s c o d e
t r a n s i s t o r (MN3), c a u s i n g
i t to
t u r n
on
a p a s s t r a n s i s t o r (MP3) o f t h e o u t p u t
s t a g e .
2 1 C l a i m s ,
3 Drawing S h e e t s
1 0 B V D D
[ 1 0 - 1
: - ________ __ _
____
_ \ 1
________________ __H'
_____ _¥__-_':
: : R 1
:
s
l M P 1 u l
I
H MP3
|
| | | 12\ I : |
I | | |
I
u ——| MN3
|
l 6 I I E
|
6
I | | |
V r e f
MN1 / H I v o u t
:
M P 5
:
l
—| 3
M P 4 H
:
I / |
| | |
: , 1 : : 8 :
/
I I
l
l
4/C
2 O
\ < > | 1
H
| | _ _ M N 4
I
L O A D
\7
|
| | /18
|
|
17¢- | : M N 7 | |
9 |
| I I + L } :
| |
MN8 -_
1 0 A / | H - _ v 0 1
:
M N 5 M N 6
R 2
:
| || |
J i :
i
I | | |
:
: : : _ \
: M U L T I P L E P A T H
C L A S S
A B : we
I SIGNAL
G A I N
STAGE I , OUTPUT
STAGE I
I_ _ _ _ _ _ _ _
_
| L_ _ _
_
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_
_ _ _ _ _ _ _ _|I_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
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8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
2/10
US 7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
h e e t
1 0 f
3
e c . 1 5 , 2 0 0 9
S. P a t e n t
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8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
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4/10
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8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
5/10
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
1
LOWDROPVOLTAGE REGULATOR WITH
INSTANT LOAD REGULATIONAND
METHOD
BACKGROUND OFTHE INVENTION
T h e p r e s e n t i n v e n t i o n
r e l a t e s
g e n e r a l l y
t o l o W - d r o p o u t
v o l t a g e r e g u l a t o r s (LDO v o l t a g e
r e g u l a t o r s ) ,
a n d
m o r e p a r
t i c u l a r l y t o
LDO
o l t a g e r e g u l a t o r s W h i c h
a r e
e s p e c i a l l y
s u i t e d
t o b e i n g
embedded n v a r i o u s i n t eg r a t e d c i r c u i t c h i p s
t h a t r e q u i r e p r e c i s e i n t e r n a l
l o a d
v o l t a g e
r e g u l a t i o n ,
a n d y e t
more a r t i c u l a r l y t o i m p r o v e m e n t s Which r o v i d e s u c h LDO
v o l t a g e r e g u l a t o r s
W i t h h i g h
b a n d w i d th a n d f a s t r e s p o n s e t o
i n s t a n t i n c r e a s e s
( i . e .
s t e p
i n c r e a s e s )
i n t h e demanded l o a d
c u r r e n t
W i t h o u t u s e
o f
a l a r g e ,
e x t e r n a l l o a d b y p a s s
c a p a c i t o r .
P o W e r c o n s u m p t i o n o f v a r i o u s d i g i t a l l o g i c c i r c u i t c e l l s
t h a t a r e m a n u f a c t u r e d u s i n g v a r i o u s modern n t e g r a t e d i r c u i t
m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s c a n n s t a n t l y , i . e . , W i t h i n a f e W p i c o
s e c o n d s ,
v a r y betWeen
Z e r o and
a
l a r g e m a xim um a l u e ,
eg
5 t o 1 5 0
m i l l i a m p e r e s . At
t h e
same t i m e , v e r y
p r e c i s e
poWer
s u p p l y
v o l t a g e r e g u l a t i o n i s r e q u i r e d
f o r t h e
d i g i t a l l o g i c
c i r c u i t
c e l l s .
E x i s t i n g t o p o l o g i e s o f v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t s
d o
n o t
a l l o W s u f ? c i e n t l y f a s t
c i r c u i t o p e r a t i o n
t o s u p p l y s u c h
l a r g e
i n s t a n t a n e o u s i n c r e a s e s , i . e . s t e p s ,
i n
t h e amount o f
demanded
l o a d c u r r e n t W i t h o u t u s i n g
l a r g e
e x t e r n a l l o a d
b y p a s s
c a p a c i
t o r s
t h a t h a v e
c a p a c i t a n c e s
i n t h e
m i c r o f a r a d r a n g e c o n n e c t e d
b e t W e e n t h e o u t p u t o f t h e
LDO
o l t a g e r e g u l a t o r
a n d
a poWer
s u p p l y c o n d u c t o r a l o n g W i t h h e
d i g i t a l
l o g i c
c i r c u i t
c e l l s a n d
t h e LDO o l t a g e r e g u l a t o r W h i c h
p o W e r s
t h e m .
S u c h l a r g e
l o a d b y p a s s c a p a c i t o r s c a n n o t , a s
a
p r a c t i c a l m a t t e r , be
i n c l u d e d i n
a n
i n t e g r a t e d c i r c u i t
c h i p .
A l t h o u g h s m a l l
l o a d
b y p a s s c a p a c i t o r s h a v i n g c a p a c i t a n c e s o f up t o a
f e W n a n o
f a r a d s h a v e
b e e n
i n c l u d e d i n d i g i t a l l o g i c c i r c u i t c e l l s , t h e s e
s m a l l c a p a c i t o r s a r e i n c a p a b l e
o f
s u p p l y i n g l o a d c u r r e n t s t e p s
a s l a r g e a s
Would
t y p i c a l l y b e
n e e d e d . C o n s e q u e n t l y ,
i t h a s
been n e c e s s a r y t o u s e
above
mentioned e x t e r n a l l o a d b y p a s s
c a p a c i t o r s .
Use f h e e x t e r n a l l o a d b y p a s s c a p a c i t o r s
i s
c o s t l y
b e c a u s e
o f t h e
r e l a t i v e l y
h i g h c o s t o f t h e c a p a c i t o r s t h e m s e l v e s , t h e
c o s t s
a s s o c i a t e d W i t h t h e e x t r a
r e q u i r e d
i n t e g r a t e d c i r c u i t
package l e a d , and
t h e
c o s t
o f
t h e
a d d i t i o n a l a r e a
o f
t h e
bond
i n g p a d
r e q u i r e d o n t h e i n t e g r a t e d c i r c u i t
c h i p
i n
W h i c h
t h e
d i g i t a l
l o g i c c i r c u i t
c e l l s a n d t h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r a r e
f o r m e d .
F u r t h e r m o r e ,
a n d
m o s t i m p o r t a n t , t h e
e x t e r n a l
l o a d b y p a s s
c a p a c i t o r i s
s e p a r a t e d f r o m
t h e o u t p u t o f t h e embedded o l t
a g e r e g u l a t o r by a
s i g n a l
p a t h a n d a W i r e bond c o n n e c t i o n
h a v i n g a p a r a s i t i c i n d u c t a n c e o f o u g h l y 3 - 5
n a n o h e n r y s .
The
v o l t a g e d r o p a c r o s s t h i s p a r a s i t i c i n d u c t a n c e d u r i n g a l o a d
c u r r e n t
s t e p o r d i n a r i l y e x c e e d s
t h e l o a d
v o l t a g e
r e g u l a t i o n
r e q u i r e m e n t s
o f
t h e d i g i t a l
l o g i c c i r c u i t c e l l s . T h i s c a u s e s
o p e r a t i o n
o f t h e
d i g i t a l c i r c u i t r y p o W e r e d
b y t h e e m b e d d e d
v o l t a g e
r e g u l a t o r
t o
b e
u n r e l i a b l e .
The l o s e s t
p r i o r
r t i s b e l i e v e d t o i n c l u d e t h e LDO o l t a g e
r e g u l a t o r shoWn n F I G . 3 o f commonly oWned US. a t .
N o .
6 , 9 3 0 , 5 5 1
“ Z e r o V o l t a g e
C l a s s
A B
M i n i m a l
D e l a y O u t p u t
S t a g e a n d
Method”
s s u e d A u g . 1 6 , 2 0 0 5 t o l v a n o v e t a l . P r i o r
Art
FIG.
1 h e r e i n shoWs a
s c h e m a t i c
diagram
of
an LDO
v o l t a g e r e g u l a t o r e s s e n t i a l l y
s i m i l a r
o t h e
o n e
i n F I G . 3 o f h e
’ 5 5 1 p a t e n t .
I n P r i o r A r t
F I G .
1 , LDO e g u l a t o r 1
i n c l u d e s
a d i f f e r e n t i a l
i n p u t a m p l i ? e r s t a g e
i n c l u d i n g
d i f f e r e n t i a l l y c o u p l e d
N - c h a n n e l i n p u t t r a n s i s t o r s MN1 nd MN2.
The
a t e o f t r a n
s i s t o r
MN1 s connected
t o
a r e f e r e n c e v o l t a g e Vref h a t
can
b e
g e n e r a t e d
b y a c o n v e n t i o n a l b a n d g a p c i r c u i t . The g a t e
o f
t r a n s i s t o r
MN2 s
connected
t o a
conductor
,
on
Which t h e
r e g u l a t ed o u t p u t v o l t a g e
V o u t
o f
LDO
o l t a g e
r e g u l a t o r 1 i s
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
2
p r o d u c e d
by
means
o f
a n o u t p u t s t a g e i n c l u d i n g P - c h a n n e l
p a s s t r a n s i s t o r
MP3 and
a
N-channel
p u l l - d o W n t r a n s i s t o r
MN4, a
P-channel
s o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s t o r M P4 , and a
N - c h a n n e l
c a s c o d e t r a n s i s t o r MN3. The d r a i n o f i n p u t t r a n
s i s t o r
MN2
s c o n n e c t e d
by
c o n d u c t o r
3
to
t h e g a t e o f s o u r c e
f o l l o W e r t r a n s i s t o r MP4 nd t o a
t e r m i n a l of s m a l l
i n t e r n a l
c a p a c i t o r
C 0 ,
W h i c h
p r o v i d e s
c o m p e n s a t i o n
f o r
t h e
f e e d b a c k
l o o p
t h a t i n c l u d e s i n p u t t r a n s i s t o r
MN1
n d
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
M P4 .
The s o u r c e
and bulk
e l e c t r o d e s
of
s o u r c e
f o l l o W e r t r a n s i s t o r
MP4 r e c o n n e c t e d t o
o u t p u t
c o n d u c t o r 6 ,
Which a l s o
i s connected
t o
t h e s o u r c e s of P - c h a n n e l
a c t i v e
l o a d
t r a n s i s t o r s
M P 1 a n d
MP2
f t h e
d i f f e r e n t i a l
i n p u t
s t a g e .
The d r a i n o f s o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s t o r MP4 s
c o n n e c t e d
by
c o n d u c t o r
8 t o t h e g a t e o f p u l l - d o W n t r a n s i s t o r MN4.
A on
s t a n t
c u r r e n t s o u r c e
11
producing a c u r r e n t 1 1 i s coupled
betWeen VSS and
t h e
s o u r c e o f c a s c o d e t r a n s i s t o r
M N 3 , t h e
d r a i n o f Which s
c o u p l e d
by
c o n d u c t o r
1 2 t o t h e g a t e o f
p a s s
t r a n s i s t o r MP3 and one t e r m i n a l
of
a p u l l - u p r e s i s t o r R , t h e
o t h e r
t e r m i n a l o f Which
i s
c o n n e c t e d
t o
VDD. The
g a t e o f
c a s c o d e
t r a n s i s t o r
MN3 s c o n n e c t e d by c o n d u c t o r
1 8
to t h e
( + ) t e r m i n a l o f a c o n s t a n t v o l t a g e
s o u r c e
9 , t h e ( — ) t e r m i n a l o f
Which s c o n n e c t e d t o V S S . S o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s t o r MP4 s
p a r t o f
a c u r r e n t
g a i n
b o o s t
f e e d b a c k l o o p
Which
i n
e f f e c t
i n c r e a s e s t h e o u t p u t
c o n d u c t a n c e of
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s
t o r MP4 nd
n c r e a s e s th e
l o a d d r i v e c a p a b i l i ty o f LDO
e g u
l a t o r 1 . A
o a d 7
i s c o n n e c t e d betWeen V o u t and V S S .
One
t e r m i n a l
o f
x t e r n a l
l o a d b y p a s s
c a p a c i t o r
C
X T i s
c o u p l e d b y
a
W i r e bond o r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e c o n d u c t o r . The W i r e
bond
c a n b e
r e p r e s e n t e d by i t s
3 - 5 n a n o h e n r y
i n d u c t a n c e
L W b .
The o t h er t e r m i n a l o f e x t e r n a l l o a d b y p a s s c a p a c i t o r
C XT i s a l s o
connected
by means of
a
s i m i l a r Wire bond
i n d u c t a n c e t o t h e V S c o n d u c t o r
on
h e
i n t e g r a t e d
c i r c u i t c h i p .
Load
7 can be r e p r e s e n t e d by
a
v a r i a b l e
c u r r e n t s o u r c e
I L
c o n n e c t e d
i n p a r a l l e l
W i t h
a
s m a l l
i n t e r n a l l o a d
c a p a c i t a n c e
C I N T '
The i r c u i t
s t r u c t u r e
o f
p r i o r a r t
LDO
o l t a g e
r e g u l a t o r 1
p r o v i d e s
a
l a r g e
a c h i e v a b l e s m a l l - s i g n a l b a n d W i d t h f o r a c h o
s e n
t o t a l
c u r r e n t
consumption and
a
chosen
i n t e g r a t e d
c i r c u i t
m a n u f a c t u r i n g
p r o c e s s , b u t
c a n n o t p r o v i d e
a
s u i t a b l y f a s t
l a r g e - s i g n a l r e s p o n s e
t o
a
s t e p
i n c r e a s e
i n
t h e c u r r e n t
demanded y l o a d 7
c o n n e c t e d o
t h e r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e
Vout on
c o n d u c t o r 6 . T h i s i s b e c a u s e t h e
g a t e v o l t a g e
o f
p a s s
t r a n s i s t o r
MP3,
W h i c h
t y p i c a l l y i s a v e r y l a r g e
d e v i c e h a v i n g
a g a t e c a p a c i t a n c e o f
o u g h l y 0 . 5
t o 1 0
p i c o f a r a d s ,
may
n e e d
t o sWing from
feW
hundred m i l l i v o l t s t o more t h a n a v o l t i n
r e s p o n s e to a s t e p i n c r e a s e
i n
t h e c u r r e n t demanded by o a d
,
W h e r e a s
t h e c u r r e n t
a v a i l a b l e t o
c h a r g e
t h e g a t e
o f
t h e
p a s s
t r a n s i s t o r
M P 3
d u r i n g t h e
l o a d c u r r e n t
s t e p i s l i m i t e d by t h e
amount
of u r r e n t 1 1
t h a t
can
be
s u p p l i e d
by
u r r e n t s o u r c e 1 1
a l o n e .
C o n s e q u e n t l y , t h e amount
of
c u r r e n t 1 1
of
c u r r e n t s o u r c e
11
must
be s u b s t a n t i a l l y i n c r e a s e d
i n
o r d e r
t o
a c h i e v e a c o r
r e s p o n d i n g l y
f a s t e r
r e s p o n s e
o f
LDO
o l t a g e r e g u l a t o r
1 t o
a
s t e p
i n c r e a s e i n t h e demanded l o a d c u r r e n t , t h e r e b y u n d e s i r
a b l y
i n c r e a s i n g t h e
p o W e r c o n s u m p t i o n o f p r i o r a r t LDO
v o l t a g e
r e g u l a t o r
1 .
T h u s , t h e r e i s
a n unmet
n e e d f o r
LDO
o l t a g e r e g u l a t o r
c i r c u i t r y W h i c h
c a n
p r o v i d e
s u b s t a n t i a l l y
i n c r e a s e d v o l t a g e
r e g u l a t o r b a n d W i d t h W i t h o u t c o r r e s p o n d i n g l y
i n c r e a s e d
p o W e r
c o n s u m p t i o n .
T h e r e
a l s o
i s
an unmet need f o r LDO o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
Which
c a n
p r o v i d e
a
v e r y
f a s t , l a r g e - s W i n g d r i v e
s i g n a l
t o t h e g a t e o f
a n o u t p u t
t r a n s i s t o r
o f
t h e
LDO o l t a g e
r e g u l a t o r i n r e s p o n s e t o a
s t e p
- c u r r e n t i n c r e a s e i n t h e c u r r e n t
demanded y a l o a d
W i t h o u t s u b s t a n t i a l l y
i n c r e a s i n g t h e q u i
e s c e n t c u r r e n t o f t h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r .
-
8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
6/10
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
3
T h e r e
a l s o
i s
an unmet
need f o r LDO
o l t a g e r e g u l a t o r
c i r c u i t r y c a p a b l e o f p r o v i d i n g
f a s t
r e g u l a t i o n
r e s p o n s e
f o r
a n
i n c r e a s e d r a n g e
o f
l o a d
c a p a c i t a n c e .
T h e r e
a l s o
i s
an unmet need f o r LDO o l t a g e r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
c a p a b l e
o f
p r o v i d i n g b o t h
f a s t
r e g u l a t i o n r e s p o n s e
a n d
s t a b l e
o p e r a t i o n f o r
a n
i n c r e a s e d r a n g e o f l o a d c a p a c i
t a n c e .
SUMMARY OF THE
INVENTION
I t
i s
an o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n t o
p r o v i d e
a LDO o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y W h i c h
c a n
p r o v i d e
s u b s t a n t i a l l y
i n c r e a s e d
v o l t a g e r e g u l a t o r b a n d W i d t h W i t h o u t c o r r e s p o n d i n g l y
i n c r e a s e d
p o W e r
c o n s u m p t i o n .
I t
i s
a n o t h e r o b j e c t
o f
h e
i n v e n t i o n o p r o v i d e LDO o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y
W h i c h
c a n p r o v i d e a v e r y f a s t , l a r g e - s W i n g
d r i v e
s i g n a l
t o
t h e g a t e
o f
an
o u t p u t t r a n s i s t o r o f
t h e
LDO
v o l t a g e
r e g u l a t o r i n r e s p o n s e to a s te p - c u r r e n t i n c r e a s e i n t h e
c u r r e n t demanded b y a l o a d
W i t h o u t s u b s t a n t i a l l y
i n c r e a s i n g
t h e
q u i e s c e n t
c u r r e n t o f t h e
v o l t a g e r e g u l a t o r .
I t
i s
a n o t h e r o b j e c t o f h e
i n v e n t i o n
o
p r o v i d e LDO
o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
c a p a b l e o f p r o v i d i n g f a s t r e g u l a t i o n
r e s p o n s e
f o r
an
i n c r e a s e d r a n g e
o f
l o a d
c a p a c i t a n c e .
I t
i s
a n o t h e r o b j e c t
o f
h e
i n v e n t i o n o p r o v i d e LDO o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y
c a p a b l e o f p r o v i d i n g
b o t h f a s t r e g u l a t i o n
r e s p o n s e
and
s t a b l e o p e r a t i o n f o r an i n c r e a s e d r a n g e o f l o a d
c a p a c i t a n c e .
B r i e ? y d e s c r i b e d ,
a n d i n a c c o r d a n c e W i t h o n e
embodi
m e n t ,
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n p r o v i d e s a n
LDO
e g u l a t o r
( 1 0 )
p r o d u c e s a n o u t p u t
v o l t a g e ( V o u t )
b y
a p p l y i n g t h e
o u t p u t
v o l t a g e
t o
a f e e d b a c k
i n p u t
( 6 ) o f a
d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e
( 1 0 A ) a n d
a p p l y i n g
a n o u t p u t ( 3 )
o f
t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e t o a c o n t r o l
e l e c t r o d e
o f a
? r s t
f o l l o W e r t r a n s i s t o r (MP4)
h a v i n g
a ? r s t e l e c t r o d e
c o u p l e d to an
i n p u t ( 8 ) o f a c l a s s
AB
o u t p u t s t a g e ( 1 0 C ) W h i c h g e n e r a t e s t h e o u t p u t v o l t a g e .
Demanded l o a d
c u r r e n t i s s u p p l i e d
b y
t h e o u t p u t v o l t a g e
d u r i n g a d i p i n i t s v a l u e t o a c o n t r o l e l e c t r o d e of a second
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
(MP5)
h a v i n g
a c o n t r o l e l e c t r o d e
c o u p l e d
to
t h e o u t p u t
of
h e i n p u t
s t a g e to
d e c r e a s e c u r r e n t
i n
a c u r r e n t
m i r r o r (MN5,6) h a v i n g an o u t p u t c o u p l e d
t o
a c u r r e n t
s o u r c e
( I 1 )
and
a c o n t r o l e l e c t r o d e o f an a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r
(MN7). This c a u s e s t h e c u r r e n t s o u r c e t o r a p i d l y t u r n on t h e
amplifying
t r a n s i s t o r t o
cause t t o
r a p i d l y t u r n
on
a
cascode
t r a n s i s t o r
(MN3),
c a u s i n g
t t o
t u r n on a p a s s t r a n s i s t o r (MP3)
o f t h e
o u t p u t
s t a g e .
I n
o n e e m b o d i m e n t ,
t h e i n v e n t i o n p r o v i d e s
v o l t a g e
r e g u
l a t o r c i r c u i t r y
( 1 0 ) i n c l u d i n g
a d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e
( 1 0 A )
h a v i n g a
? r s t
i n p u t c o u p l e d to r e c e i v e a r e f e r e n c e
v o l t a g e
( V r e f ) ,
a s e c o n d i n p u t c o u p l e d
t o
a
r e g u l a t e d
o u t p u t c o n d u c
t o r
( 6 ) o f t h e v o l t a g e r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
( 1 0 ) , a n d a n o u t p u t
( 3 ) . An
u t p u t
s t a g e ( 1 0 C ) p r o d u c e s
a r e g u l a t ed o u t p u t
v o l t
a g e ( V o u t )
o n t h e
r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r 6 ) , a n d i n c l u d e s
a
? r s t
o u t p u t
t r a n s i s t o r
(MP3)
a v i n g a
? r s t
e l e c t r o d e c o u p l e d
t o a ? r s t s u p p l y v o l t a g e (V D ) a n d a
s e c o n d
e l e c t r o d e c o u p l e d
t o t h e r e g u l a t e d
o u t p u t c o n d u c t o r
( 6 ) , a s e c o n d
o u t p u t
t r a n
s i s t o r
(MN4) h a v i n g
a ? r s t e l e c t r o d e
c o u p l e d t o
a
s e c o n d
s u p p l y v o l t a g e ( V S S ) a n d
a
s e c o n d e l e c t r o d e c o u p l e d t o t h e
r e g u l a t e d
o u t p u t c o n d u c t o r
( 6 ) ,
a n d
a
c a s c o d e
t r a n s i s t o r
(MN3) h a v i n g
a ? r s t e l e c t r o d e
c o u p l e d
t o a
c o n t r o l
e l e c t r o d e
o f
t h e
s e c o n d o u t p u t t r a n s i s t o r (MN4)
and a
s e c o n d
e l e c t r o d e
c o u p l e d
t o a
c o n t r o l
e l e c t r o d e
o f
t h e
? r s t t r a n s i s to r ( M P 3 ) .
A
g a i n s t a g e
( 1 0 B )
i n c l u d e s
a ? r s t s i g n a l p a t h
i n c l u d i n g
t h e
s e c o n d i n p u t ( 6 ) a n d o u t p u t ( 3 ) o f h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e
( 1 0 A ) ,
a ? r s t
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
(MP4) h a v i n g
a
? r s t e l e c
t r o d e c o u p l e d t o t h e r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r
( 6 ) ,
a c o n t r o l
e l e c t r o d e c o u p l e d
t o
t h e
o u t p u t ( 3 ) o f
t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e
( 1 0 A ) , and
a s e c o n d e l e c t r o d e c o u p l e d t o a c o n t r o l
5
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
4
e l e c t r o d e o f t h e s e c o n d o u t p u t t r n s i s t o r (MN4).
A
e c o n d
s i g n a l p a t h i n c l u d e s
a
s e c o n d f o l l o W e r t r a n s i s t o r (MP5) h a v
i n g a
c o n t r o l
e l e c t r o d e
c o u p l e d
t o t h e
o u t p u t
( 3 ) o f t h e
d i f f e r
e n t i a l
i n p u t s t ag e ( 1 0 A ) , a ? r s t e l e c t r o d e c o u p l e d o t h e
r e g u
l a t e d
o u t p u t c o n d u c t o r
( 6 ) , a n d a s e c o n d e l e c t r o d e c o u p l e d o
a
second
e l e c t r o d e
and
a c o n t r o l e l e c t r o d e of a ? r s t c u r r e n t
m i r r o r t r a n s i s t o r (MN5) and h e c o n t r o l e l e c t r o d e o f a s e c o n d
c u r r e n t m i r r o r t r a n s i s t o r (MN6).
The
s e c o n d c u r r e n t m i r r o r
t r a n s i s t o r
h a s
a second e l e c t r o d e coupled t o a c o n t r o l e l e c
t r o d e o f a n a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r (MN7) h a v i n g a
s e c o n d
e l e c t r o d e c o u p l e d t o a
c o n t r o l
e l e c t r o d e o f t h e s e c o n d
o u t p u t
t r a n s i s t o r
( M N 4 ) .
F i r s t
e l e c t r o d e s
o f
t h e
? r s t (MN5)
a n d
s e c o n d
(MN6) c u r r e n t m i r r o r t r a n s i s t o r s a n d t h e a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r (MN8)
a r e
c o u p l e d
t o
t h e s e c o n d s u p p l y
v o l t a g e
(V 5 ) , a c u r r e n t s o u r c e ( 1 1 )
b e i n g
c o u p l e d t o t h e c o n t r o l
e l e c t r o d e o f t h e s e c o n d o u t p u t t r a n s i s t o r (MN4). I n
t h e
d e s c r i b e d
e m b o d i m e n t s , t h e t r a n s i s t o r s a r e
MOS m e t a l - o x
i d e - s e m i c o n d u c t o r ) t r a n s i s t o r s , t h e ? r s t e l e c t r o d e s
a r e
s o u r c e s ,
t h e
second
e l e c t r o d e s
a r e d r a i n s , and
t h e c o n t r o l
e l e c t r o d e s a r e
g a t e s .
I n t h e d e s c r i b e d embodiments, t h e o u t
p u t s t a g e ( 1 0 C ) i s a
c l a s s
AB u t p u t s t a g e .
I n
t h e d e s c r i b e d e m b o d i m e n t s , a l o a d
( 7 )
i s i n t e g r a t e d W i t h
t h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
a n d
s
c o u p l e d
t o
t h e
r e g u l a t e d
o u t p u t c o n d u c t o r
( 6 ) , W h e r e i n
t h e l o a d ( 7 ) demands a s t e p
c h a n g e i n c u r r e n t
s u p p l i e d
t o t h e l o a d .
I n o n e
e m b o d i m e n t ,
t h e ? r s t o u t p u t t r a n s i s t o r ( M P 3 ) , ? r s t
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r ( M P 4 ) , a n d s e c o n d
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
(MP5) a r e
P - c h a n n e l
t r a n s i s t o r s and t h e s e c o n d o u t p u t t r a n
s i s t o r ( M N 4 ) , c a s c o d e t r a n s i s t o r ( M N 3 ) , ? r s t c u r r e n t m i r r o r
t r a n s i s t o r
( M N 5 ) ,
s e c o n d
c u r r e n t
m i r r o r t r a n s i s t o r (MM6),
a n d a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r (MN7) a r e N - c h a n n e l r a n s i s t o r s .
I n
a d e s c r i b e d
i n b o t t o m ,
t h e
? r s t
( M P 4 ) a n d s e c o n d (MNS)
f o l l o W e r t r a n s i s t o r s , t h e
? r s t
(MN5) a n d s e c o n d (MN6) c u r
r e n t m i r r o r
t r a n s i s t o r s , a n d
t h e a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r (MN7)
a r e
matched
r a n s i s t o r s .
I n t h e d e s c r i b e d
embodiment,
a p u l l
u p r e s i s t o r
( R 1 )
i s c o u p l e d b e t W e e n t h e c o n t r o l e l e c t r o d e
o f
t h e ? r s t o u t p u t
t r a n s i s t o r
( M P 3 ) a n d t h e ? r s t
s u p p l y
v o l t a g e
W D D ) ‘
I n
o n e e m b o d i m e n t , t h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y ( 1 0 - 1 )
i n c l u d e s a
d i o d e - c o n n e c t e d
t r a n s i s t o r (MN8)
c o u p l e d
b e t W e e n t h e c o nt r o l e l e c t r o d e ( 1 7 )
o f
t h e
a m p l i f y i n g
t r a n s i s
t o r (MN7) and
one t e r m i n a l
o f
a
r e s i s t o r ( R 2 )
h a v i n g
a n o t h e r
t e r m i n a l
c o u p l e d
t o t h e
? r s t e l e c t r o d e s o f t h e ? r s t
(MN5)
a n d
s e c o n d
(MN6) c u r r e n t m i r r o r t r a n s i s t o r s
a n d
t h e
a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r (MN7) o r r e d u c i n g g a i n o f h e s e c o n d s i g n a l p a t h
t o
i m p r o v e s t a b i l i t y o f
h e
v o l t a g e r e g u l a t o r c i r c u i t r y ( 1 0 - 1 ) .
I n one embodiment, t h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a method f o r
p r o d u c i n g a r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e
( V o u t )
i n c l u d i n g
c o n
t r o l l i n g
t h e
a c c u r a c y o f
t h e r e g u l a t ed o u t p u t v o l t a g e ( V o u t )
p r o d u c e d
b y
a
v o l t a g e
r e g u l a t o r ( 1 0 )
b y
a p p l y i n g t h e r e g u
l a t e d o u t p u t
v o l t a g e ( V o u t ) t o a
f e e d b a c k
i n p u t ( 6 ) o f a
d i f
f e r e n t i a l
i n p u t
s t a g e
( 1 0 A )
h a v i n g
a
r e f e r e n c e v o l t a g e ( V e f )
a p p l i e d
t o
a
r e f e r e n c e
i n p u t
o f
t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e
( 1 0 A )
a n d a p p l y i n g a n o u t p u t ( 3 ) o f t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e (10A)
t o
a c o n t r o l e l e c t r o d e of ? r s t f o l l o W e r t r a n s i s t o r
(MP4) h a v i n g a ? r s t e l e c t r o d e c o u p l e d to a n i n p u t ( 8 ) o f a
c l a s s AB u t p u t s t a g e ( 1 0 C ) W h i c h g e n e r a t e s t h e r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e
( V o u t ) o n a n
o u t p u t c o n d u c t o r 6 ) , p r o d u c i n g
a
d e c r e a s e
i n
t h e
v a l u e o f
t h e
r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e ( V o u t ) i n
r e s p o n s e
t o a s t e p i n c r e a s e i n l o a d c u r r e n t
demand
by a l o a d
( 7 )
c o u p l e d
t o t h e o u t p u t c o n d u c t o r ( 6 ) , a n d s u p p l y i n g t h e
l o a d
c u r r e n t
d e m a n d e d b y
t h e
l o a d ( 7 )
b y
a p p l y i n g t h e
d e c r e a s e d
v a l u e o f h e r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e ( V o u t ) d u r i n g
t h e decrease i n value t o a
? r s t
e l e c t r o d e of a
second
source
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
(MP5)
h a v i n g
a c o n t r o l e l e c t r o d e
c o u p l e d
t o
t h e
o u t p u t
( 3 ) o f t h e
d i f f e r e n t i a l
i n p u t s t ag e ( 1 0 A )
t o
d e c r e a s e c u r r e n t
i n a
c u r r e n t m i r r o r (MN5,
) h a v i n g an u t p u t
-
8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
7/10
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
5
( 1 7 ) coupled o a c u r r e n t s o u r c e ( 1 1 )
and
o a c o n t r o l e l e c t r o d e
o f a n a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r
(MN7),
c a u s i n g
t h e c u r r e n t
s o u r c e
( I 1 ) t o r a p i d l y t u r n on t h e a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r (MN7) to
cause t
t o
r a p i d l y t u r n
on
a
cascode
t r a n s i s t o r
( M N 3 )
of
t h e
c l a s s
AB u t p u t s t a g e , and t u r n i n g on a ? r s t o u t p u t
t r a n s i s t o r
(MP3)
o f
t h e
c l a s s
AB u t p u t s t a g e ( 1 0 C )
i n r e s p o n s e t o
c u r r e n t p r o d u c e d b y t h e c a s c o d e t r a n s i s t o r (MN3). I n o n e
e m b o d i m e n t ,
t h e
method i n c l u d e s
c o u p l i n g a
d i o d e - c o n
n e c t e d
r a n s i s t o r (MN8)
e t W e e n t h e c o n tr o l e l e c t r o d e ( 1 7 )
o f
t h e a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r (MN7) and one e r m i n a l o f a r e s i s t o r
( R 2 )
h a v i n g a n o t h e r
t e r m i n a l
c o u p l e d
o t h e ? r s t e l e c t r o d e s o f
t h e
? r s t
(MN5) a n d s e c o n d (MN6) c u r r e n t m i r r o r t r a n s i s t o r s
a n d t h e a m p l i f y i n g
r a n s i s t o r (MN7)
o r e d u c e g a i n
o f
s i g n a l
p a t h i n c l u d i n g t h e
s e c o n d
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
(MP5)
c u r r e n t m i r r o r ( M N 5 , 6 ) , a n d t h e
a m p l i f y i n g r a n s i s t o r
(MM7)
t o
i m p r o v e
s t a b i l i t y o f
h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y ( 1 0 - 1 ) .
I n
one embodiment,
t h e
i n v e n t i o n p r o v i d e s
a
v o l t a g e
r e g u
l a t o r ( 1 0 )
f o r
p r o d u c i n g
a
r e g u l a t e d o u t p u t
v o l t a g e
( V o u t ) b y
c o n t r o l l i n g t h e
a c c u r a c y o f
t h e
r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e
( V o u t ) , i n c l u d i n g m e a n s ( 6 ) f o r a p p l y i n g t h e r e g u l a t e d o u t p u t
v o l t a g e
( V o u t ) t o a f e e d b a c k i n p u t
o f
a d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e
( 1 0 A )
h a v i n g
a
r e f e r e n c e v o l t a g e
( V e f )
a p p l i e d o
a
r e f e r e n c e
i n p u t
o f
t h e
d i f f e r e n t i a l
i n p u t s ta g e
( 1 0 A ) a n d
m e a n s
( 3 )
f o r
a p p l y i n g a n
o u t p u t o f
t h e
d i f f e r e n t i a l
i n p u t s t a g e ( 1 0 A ) t o a
c o n t r o l e l e c t r o d e o f a ? r s t f o l l o W e r t r a n s i s t o r (MP4)
h a v i n g
a
? r s t e l e c t r o d e c o u p l e d t o a n i n p u t ( 8 ) o f a c l a s s AB u t p u t
s t a g e ( 1 0 C ) W h i c h g e n e r a t e s t h e r e g u l a t e d
o u t p u t
v o l t a g e
( V o u t ) on a n o u t p u t c o n d u c t o r ( 6 ) , l o a d means
7 )
c o u p l e d
to
t h e
o u t p u t c o n d u c t o r 6 )
f o r
p r o d u c i n g a d e c r e a s e i n t h e v a l u e
o f
t h e
r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e ( V o u t )
i n r e s p o n s e t o
a
s t e p
i n c r e a s e
i n
demanded l o a d c u r r e n t ,
a n d
c i r c u i t r y f o r s u p p l y
i n g
t h e l o a d c u r r e n t
demanded b y
t h e l o a d
means 7 ) i n c l u d
i n g means ( 6 )
f o r
a p p l y i n g t h e d e c r e a s e d v a l u e o f t h e r e g u
l a t e d
o u t p u t v o l t a g e ( V o u t ) d u r i n g t h e d e c r e a s e i n v a l u e t o a
? r s t e l e c t r o d e of a second
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
(MP5)
h a v i n g
a c o n t r o l e l e c t r o d e c o u p l e d t o t h e
o u t p u t
( 3 )
o f
t h e
d i f f e r e n t i a l i n p u t st a g e ( 1 0 A )
t o
d e c r e a s e c u r r e n t i n a c u r r e n t
m i r r o r
(MN5,6)
h a v i n g
a n
o u t p u t
( 1 7 )
c o u p l e d
t o
a c o n t r o l
e l e c t r o d e
o f a n a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r (MN7),
means
( 1 1 )
f o r
r a p i d l y t u r n i n g on h e a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r (MN7) o c a u s e t
t o r a p i d l y
t u r n
on
a
cascode
t r a n s i s t o r (MN3), and means
( 1 2 , R 1 ) f o r t u r n i n g on a ? r s t
o u t p u t
t r a n s i s t o r
(MP3)
o f t h e
c l a s s AB u t p u t s t a g e ( 1 0 C ) i n
r e s p o n s e t o
c u r r e n t p r o d u c e d
b y t h e c a s c o d e t r a n s i s t o r ( M N 3 ) .
BRIEF
DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
F I G .
1
i s
a
s c h e m a t i c diagram
o f a p r i o r a r t l o W - d r o p
v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t .
F I G . 2 i s
a
s c h e m a t i c
d i a g r a m o f
a
l o W - d r o p v o l t a g e
r e g u
l a t o r a c c o r d i n g
t o
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n .
F I G .
3 i s a s c h e m a t i c
d i a g r a m
o f a n o t h e r l o W - d r o p v o l t a g e
r e g u l a t o r
a c c o r d i n g t o
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n .
DETAILED DESCRIPTION OFTHE PREFERRED
EMBODIMENTS
F I G .
2 shoWs
a n LDO
o l t a g e
r e g u l a t o r
1 0
Which
a v o i d s
t h e
a b o v e
m e n t i o n e d
p r o b l e m s o f
t h e p r i o r
a r t .
LDO o l t a g e
r e g u l a t o r 1 0 . LDO
o l t a g e
r e g u l a t o r 1 0 c a n b e embedded i n
a n
i n t e g r a t e d c i r c u i t
c h i p t o p r o v i d e v e r y f a s t - r e s p o n s e l o a d
v o l t a g e r e g u l a t i o n , W i t h r e a c t i o n t i m e s o f r o u g h l y l - 5 n a n o
s e c o n d s ( a t t h e p r e s e n t s t a t e - o f - t h e - a r t ) , i n r e s p o n s e t o
s t e p
c h a n g e s i n t h e
amount
o f u r r e n t demanded by a l o a d ( s u c h
a s
i n t e g r a t e d d i g i t a l l o g i c
c i r c u i t r y )
W i t h o u t s u b s t a n t i a l l y
i n c r e a s i n g
t h e p o W e r
c o n s u m p t i o n
o f t h e LDO
o l t a g e
r e g u
l a t o r and W i t h o u t t h e need to u s e a l a r g e e x t e r n a l l o a d b y p a s s
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
6
c a p a c i t o r a s
r e q u i r e d b y
t h e p r i o r a r t
v o l t a g e
r e g u l a t o r s .
T h e
p r e s e n t i n v e n t i o n u s e s a s i n g l e g a i n s t a g e i n c l u d i n g m u l t i p l e
c u r r e n t g a i n b o o s t p a t h s ,
i n c l u d i n g a n
a d d i t i o n a l g a i n l o o p t o
i n
e f f e c t
a m p l i f y t h e
c u r r e n t
I 1
o f
P r i o r A r t
F I G .
1 d u r i n g a
s t e p
i n t h e demanded l o a d c u r r e n t .
H i h -
p e e d , l o W - p o W e r LDO
o l t a g e
e g u l a t o r 1 0
i n c l u d e s
a n
i n p u t
s t a g e 10A
i n c l u d i n g
d i f f e r e n t i a l l y
c o u p l e d
N - c h a n
n e l
i n p u t
t r a n s i s t o r s MN1 n d MN2, P - c h a n n e l a c t i v e l o a d
t r a n s i s t o r s
MP1
and MP2, and t a i l c u r r e n t s o u r c e 4 . LDO
v o l t a g e r e g u l a t o r 1 0 a l s o
i n c l u d e s
a c l a s s A B o u t p u t s t a g e 10C
i n c l u d i n g P - c h a n n e l
p a s s
t r a n s i s t o r
MP3,
‘ c h a n n e l
p u l l
doWn
t r a n s i s t o r
MN4,
‘channel c a s c o d e t r a n s i s t o r
MN3,
and o l t a g e s o u r c e
9
Which p r o d u c e s a c o n s t a n t b i a s v o l t a g e
V 0 .
G a i n s t a g e
10B i s c o u p l e d
b e t W e e n d i f f e r e n t i a l
i n p u t
s t a g e
10A
a n d c l a s s AB o u t p u t s t a g e 1 0 C , a n d
i n c l u d e s
P - c h a n n e l
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s t o r s MP4 nd MP5, ‘c h an
n e l c u r r e n t m i r r o r t r a n s i s t o r s MN5
nd
M N 6 , ichannel
r a n
s i s t o r
MN7,
nd
o n s t a n t c u r r e n t s o u r c e 1 1
Which
produces a
c u r r e n t
I 1 .
The s o u r c e s of n p u t
t r a n s i s t o r s
MN1
r e
connected
t o
t a i l
c u r r e n t s o u r c e 4 . The g a t e of i n p u t t r a n s i s t o r MN1 s con
n e c t e d t o r e f e r e n c e
v o l t a g e V r e f , a n d t h e g a t e
o f
i n p u t
t r a n
s i s t o r
MN2
s
c o n n e c t e d
t o
r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e
c o n d u c
t o r 6 o n Which h e r e g u l a t e d
o u t p u t
v o l t a g e
V o u t
i s p r o d u c e d .
The d r a i n s o f i n p u t t r a n s i s t o r s MN1 nd MN2
r e
c o n n e c t e d
by
c o n d u c t o r s 2 and
3
t o
t h e
d r a i n s o f
a c t i v e
l o a d t r a n s i s t o r s
M P 1 a n d MP2, r e s p e c t i v e l y . The g a t e s o f l o a d t r a n s i s t o r s
MP1 nd MP2 r e connected
o
conductor
2
and
h e i r
s o u r c e s
a r e connected
o
o u t p u t c o n d u c t o r
6 . ( N o t e
t h a t
t h e
s o u r c e s of
l o a d t r a n s i s t o r s MP1 and MP2
o u l d
be c o n n e c t e d t o VDD
i n s t e a d of
u t p u t conductor
. And h e r e a r e numerous o t h e r
i m p l e m e n t a t i o n s
o f i n p u t
s t a g e 10A W h i c h c o u l d
p r o v i d e
s a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e . )
O u t p u t c o n d u c t o r
6 a l s o
i s c o n n e c t e d
t o t h e d r a i n
o f p a s s
t r a n s i s t o r MP3, t h e s o u r c e o f
Which
s
c o n n e c t e d t o
VDD,
and
t o
t h e
d r a i n
o f u l l - d o W n t r a n s i s t o r M N 4 , t h e s o u r c e o f Which
i s
c o n n e c t e d
t o
V S S .
As i n P r i o r A r t F I G . 1 ,
o u t p u t c o n d u c t o r
6 a l s o
i s
connected
o
a
l o a d
c i r c u i t
7 Which “demands”
a
l o a d
c u r r e n t t h a t may u n d e r g o v e r y f a s t , l a r g e - m a g n i t u d e
t r a n s i
t i o n s . The
g a t e
o f p a s s t r a n s i s t o r MP3 s c o n n e c t e d by con
d u c t o r 12
t o
t h e
d r a i n
of cascode
t r a n s i s t o r MN3 nd to one
t e r m i n a l
o f
a p u l l - u p
r e s i s t o r R 1 ,
t h e o t h e r t e r m i n a l
o f
Which
i s c o n n e c t e d
t o
VDD. The s o u r c e
of
a s c o d e
t r a n s i s t o r
MN3 s
c o n n e c t e d b y c o n d u c t o r 8 t o t h e g a t e
o f p u l l - d o W n
t r a n s i s t o r
MN4. The g a t e o f c a s c o d e t r a n s i s t o r
MN3
s c o n n e c t e d by
c o n d u c t o r
1 8 t o r e c e i v e
t h e
b i a s v o l t a g e V 0 on
h e
( + ) t e r m i n a l
o f
o l t a g e so u r c e
9 , t h e ( — )
t e r m i n a l
o f
Which s c o n n e c t e d
t o
V S S .
The s o u r c e and bulk e l e c t r o d e s of s o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s
t o r s
MP4 nd MP5
r e
connected
t o
Vout by
means
of regu
l a t e d
o u t p u t
c o n d u c t o r 6 . T h e i r g a t e s
a r e
c o n n e c t e d
by con
d u c t o r 3 t o t h e d r a i n s
o f
i n p u t
t r a n s i s t o r MN2 and
l o a d
t r a n s i s t o r
MP2.
The r a i n of o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s t o r
MP5 s
c o n n e c t e d by c o n d u c t o r 20 t o t h e g a t e and d r a i n
of
c u r r e n t
s o u r c e i n p u t t r a n s i s t o r M N 5 , h e s o u r c e
of
hich s
c o n n e c t e d
t o
V S S .
The g a t e o f c u r r e n t
m i r r o r
o u t p u t t r a n s i s t o r
MN6 s
a l s o connected
o
conductor
20
and t s
s o u r c e
i s
connected o
V S S . The
d r a i n o f c u r r e n t
m i r r o r o u t p u t
t r a n s i s t o r
MN6 s
c o n n e c t e d by c o n d u c t o r 1 7 t o
t h e
g a t e
o f
an
a m p l i f y i n g
t r a n
s i s t o r
MN7 and t o
one
t e r m i n a l of c u r r e n t source 1 1 .
The
o t h e r te r m i n a l
of u r r e n t
s o u r c e 1 1 i s connected
t o
r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e c o n d u c t o r 6 . The s o u r c e o f a m p l i f y i n g
t r a n
s i s t o r MN7 s c o n n e c t e d t o
V S S ,
a n d
i t s
d r a i n i s c o n n e c t e d by
c o n d u c t o r
8 t o t h e g a t e
o f
p u l l - d o W n t r a n s i s t o r
MN4,
t h e
s o u r c e of cascode t r a n s i s t o r MN3, and
t h e d r a i n
of s o u r c e
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r MP4. An n t e r n a l c a p a c i t o r C0 i s con
n e c t e d
b e t W e e n
c o n d u c t o r
3 a n d
V S S .
-
8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
8/10
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
7
LDO o l t a g e r e g u l a to r 1 0 o f
F I G .
2 i n c l u d e s t h r e e f e e d
b a c k o o p s .
A
r s t “ a c c u r a c y ” f e e d b a c k
l o o p
o f o l t a g e
r e g u
l a r
1 0
i n c l u d e s i n p u t t r a n s i s t o r s
MN1
and MN2 nd
s o u r c e
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
MP4. A e c o n d f e e d b a c k
l o o p
i n c l u d e s
common-gate s o u r c e
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
MP4, p u l l - d o W n
t r a n s i s t o r MN4, c a s c o d e t r a n s i s t o r M N 3 , a n d p a s s t r a n s i s t o r
MP3 A h i r d
feedback o o p
i n c l u d e s common-gate r a n s i s t o r
MP5,
c u r r e n t
m i r r o r
t r a n s i s t o r s
MNS n d
M N 6 , t r a n s i s t o r
M N 7 ,
c a s c o d e t r a n s i s t o r
M N 3 ,
a n d
p a s s
t r a n s i s t o r
MP3.
I n t e r n a l c a p a c i t o r C0 p r o v i d e s
c o m p e n s a t i o n
f o r t h e ? r s t
f e e d b a c k l o o p .
C a p a c i t o r
C0 a l s o d e c r e a s e s t h e b a n d W i d t h
o f
t h e
“ a c c u r a c y ”
f e e d b a c k
l o o p i n c l u d i n g t r a n s i s t o r s MN1and
MN2
n d
s o u r c e
f o l l o W e r
r a n s i s t o r
MP4,
t h e r e b y d e c r e a si n g
t h e
o v e r a l l p e a k - t o - p e a k
n o i s e a t t h e o u t p u t
o f v o l t a g e r e g u
l a t o r
1 0 .
I n
c l a s s AB u t p u t s t a g e
1 0 C , p u l l - d o W n t r a n s i s t o r
MN4
t u r n s o f f
When
t s
g a t e
v o l t a g e
i s
s u f ? c i e n t l y d e c r e a s e d . The
c o n s t a n t b i a s v o l t a g e V0 n conductor 18
c a u s e s t h e c u r r e n t
i n
c a s c o d e t r a n s i s t o r
MN3 o be i n c r e a s e d When h e v o l t a g e on
c o n d u c t o r
8
i s d e c r e a s e d enough o t u r n
p u l l - d o W n t r a n s i s t o r
MN4 f f , s o a s t o maintain
a
minimum
u r r e n t i n
pull-doWn
t r a n s i s t o r
MN4.
The a l u e o f i a s
v o l t a g e
V0 n d t h e
s i Z i n g
o f
c a s c o d e
t r a n s i s t o r
MN3
n d p u l l - d o W n t r a n s i s t o r
MN4
e t e r
mines
t h e
minimum
c u r r e n t
i n p u l l - d o W n
t r a n s i s t o r MN4.
I f source f o l l o W e r t r a n s i s t o r s MP4 nd MP5
r e
matched o
each
o t h e r
and a l s o t o c u r r e n t
m i r r o r
t r a n s i s t o r s
MNS
and
M N 6 ,
t h e n t h e c u r r e n t s t h r o u g h s o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s t o r s
MP5
nd
MP4 r e e q u a l t o I 1 d u r i n g c o n s t a n t l o a d c o n d i t i o n s .
C u r r e n t t h r o u g h a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r MN7 s e q u a l to sum f
t h e c u r r e n t s
through
s o u r c e
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
MP4 nd c a s
code t r a n s i s t o r M N 3 .
V o l t a g e
r e g u l a t o r 1 0
i n
F I G . 2 d i f f e r s
f r o m t h e v o l t a g e
r e g u l a t o r 1 i n P r i o r
A r t
F I G . 1 by
i n c l u d i n g
t h e
a b o v e
men
t i o n e d
t h i r d
f e e d b a c k l o o p i n c l u d i n g c u r r e n t m i r r o r t r a n s i s
t o r s MP5,
MNS
n d
MN6
nd
a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r
MN7.
I f
t h e l o a d c u r r e n t demanded
by
l o a d 7 u n d e r g o e s a l a r g e s t e p
d e c r e a s e
f r o m , f o r e x a m p l e , 5 0 m i l l i a m p e r e s
t o
Z e r o ,
t h e n
V o u t r a p i d l y
i n c r e a s e s
b e c a u s e
l o a d 7 s u d d e n l y i s n o t s i n k i n g
t h e l a r g e c u r r e n t
b e i n g
s u p p l i e d
b y
p a s s
t r a n s i s t o r
MP3. T h a t
i n c r e a s e s t h e s o u r c e v o l t a g e of s o u r c e f o l l o W e r t r a n s i s t o r
MP4,
c a u s i n g t t o
t u r n on a r d e r .
T h a t c a u s e s t h e g a t e
v o l t a g e
o f p u l l - d o W n t r a n s i s t o r MN4
o
r a p i d l y i n c r e a s e .
P u l l - d o W n
t r a n s i s t o r
MN4 m m e d i a t e l y
s i n k s t h e a v a i l a b l e c h a r g e f r o m
c a p a c i t a n c e
a s s o c i a t e d
W i t h
o u t p u t
c o n d u c t o r 6 ,
a l l o W i n g
s u f ? c i e n t
t i m e f o r
p a s s t r a n s i s t o r
MP3 o
d e c r e a s e
i t s d r a i n
c u r r e n t .
The
r a t e a t Which t h e
ampli?ed d r a i n
c u r r e n t
p r o
d u c e d by p a s s t r a n s i s t o r M P 3
d e c r e a s e s i s
d e t e r m i n e d by
t s
g a t e c a p a c i t a n c e
a n d
t h e
r e s i s t a n c e
o f p u l l - u p r e s i s t o r R 1 .
T h u s , v o l t a g e
r e g u l a t o r 1 0 o f
I G . 2 r e s p o n d s v e r y r a p i d l y t o
a s t e p
d e c r e a s e
i n t h e
demanded l o a d c u r r e n t from
a
l a r g e
value
t o
a small v a l u e .
D u r i n g a s t e p i n c r e a s e o f t h e
c u r r e n t
demanded
by
l o a d
7
from
e r o
to
a very high
a l u e ,
a
l a r g e amount
of
u r r e n t must
b e
s u p p l i e d b y p a s s t r a n s i s t o r MP3. T h a t r e q u i r e s t h e g a t e
v o l t a g e o f
t h e
p a s s t r a n s i s t o r
M P 3
o
r a p i d l y d e c r e a s e
b y , f o r
e x a m p l e ,
a
feW hundred i l l i v o l t s . But
a s s t r a n s i s t o r MP3
s
a
v e r y l a r g e d e v i c e h a v i n g
a
v e r y l a r g e
g a t e
c a p a c i t a n c e
Which
may b e
i n
t h e r a n g e from r o u g h l y 0 . 5 t o
1 0
p i c o f a r a d s ,
d e p e n d i n g o n t h e a p p l i c a t i o n f o r W h i c h LDO o l t a g e r e g u l a
t o r
1 0 i s b e i n g d e s i g n e d .
T h u s ,
a
l a r g e amount o f
u r r e n t must
b e
draWn
o u t
o f t h e
l a r g e
g a t e
c a p a c i t a n c e o f p a s s
t r a n s i s t o r
MP3.
n
c o n t r a s t , i n P r i o r A r t F I G . 1
t h e
o n l y
c u r r e n t
a v a i l a b l e
t o b e draWn t h r o u g h c a s c o d e t r a n s i s t o r MN3 from t h e g a t e
c a p a c i t a n c e o f
p a s s t r a n s i s t o r M P 3
i s
t h e r e l a t i v e l y
s m a l l
c u r r e n t
I 1 ,
W h i c h
d e t e r m i n e s
t h e poWer o n s u m p t i o n
o f
r i o r
a r t v o l t a g e
r e g u l a t o r 1
a n d
p r e f e r a b l y
s h o u l d
n o t
b e
i n c r e a s e d .
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
8
The
o r e g o i n g
l a r g e
s t e p
i n c r e a s e
n demanded o a d
c u r r e n t
c a u s e s t h e r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e
V o u t
t o r a p i d l y d e c r e a se .
T h a t d e c r e a s e s
t h e
c u r r e n t s t h r o u g h
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s
t o r s
MP5 nd
MP4.
The n s t a n t t h a t s o u r c e
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
MP5
s t u r n e d
o f f , t h e r e
i s
no
more c u r r e n t
?oWing i n t o
c u r r e n t mirror i n p u t t r a n s i s t o r MNS
nd hence
no m o r e
c u r
r e n t i n c u r r e n t m i r r o r o u t p u t
t r a n s i s t o r
M N 6 . T h i s
a l l o W s
t h e
c o n s t a n t
c u r r e n t I 1 t o
t u r n
t r a n s i s t o r MN7
on h a r d e r .
The
i n c r e a s e d c u r r e n t t h r o u g h t r a n s i s t o r MN7
a u s e s
c a s c o d e
t r a n s i s t o r MN3 o t u r n
on
harder and i n c r e a s e s
i t s d r a i n
c u r
r e n t t o t h e r e b y a p i d l y d i s c h a r g e t h e l a r g e g a t e c a p a c i t a n c e o f
p a s s
t r a n s i s t o r
MP3 o
a s
t o r a p i d l y t u r n i t
on
t o supply
t h e
s t e p
i n c r e a s e
i n t h e demanded l o a d c u r r e n t .
I n
F I G .
2 ,
t h e f e e d b a c k l o o p
i n c l u d i n g
s o u r c e f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
MP5,
c u r r e n t
m i r r o r
t r a n s i s t o r s
MNS n d
M N 6 ,
a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r
MN7,
a n d
p u l l - d o W n
t r a n s i s t o r
MN4
s
n o t a l W a y s s t a b l e .
T o
a c h i e v e
s t a b i l i t y
i n t h i s
f e e d b a c k
l o o p ,
d i o d e - c o n n e c t e d t r n s i s t o r MN8
s
p r o v i d e d W i t h
i t s
g a t e a n d
d r a i n connected
t o conductor
1 7
and t s
s o u r c e connected
t o
one t e r m i n a l of
a r e s i s t o r
R 2 having i t s o t h e r t e r m i n a l con
n e c t e d t o V S S , a s shoWn i n F I G . 3 . T h i s d e c r e a s e s g a i n i n t h e
f o r e g o i n g f e e d b a c k
o o p ,
t h e r e b y a c h i e v i n g
i m p r o v e d
s y s t e m
s t a b i l i t y .
T h u s , t h e p r e v i o u s l y d e s c r i b e d p r o b l e m s
o f
LDO o l t a g e
r e g u l a t o r 1
o f
P r i o r A r t
F I G .
1 a r e s u b s t a n t i a l l y a v o i d e d
by h e
d e s c r i b e d
LDO
v o l t a g e
r e g u l a t o r s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ,
W i t h
p a r a l l e l p a t h s / f e e d b a c k l o o p s embedded i n
t h e
same
i n t e g r a t e d c i r c u i t c h i p
a l o n g
W i t h i g i t a l
l o g i c
c i r c u i t r y t h a t i s
p o W e r e d b y
t h e
e m b e d d e d
LDO
v o l t a g e
r e g u l a t o r ,
W h i c h
p r o v i d e s n e a r l y i n s t a n t l o a d r e g u l a t i o n f o r a W i d e r a n g e o f
l o a d c a p a c i t a n c e s ,
W i t h o u t u s e
o f t h e e x t e r n a l l o a d b y p a s s
c a p a c i t o r r e q u i r e d i n P r i o r
A r t
F I G . 1
a n d
W i t h o u t
s u b s t a n
t i a l l y
i n c r e a s i n g t h e
p o W e r
c o n s u m p t i o n o f h e
LDO o l t a g e
r e g u l a t o r .
While t h e i n v e n t i o n h a s been d e s c r i b e d
W i t h
r e f e r e n c e t o
s e v e r a l p a r t i c u l a r
e m b o d i m e n t s
t h e r e o f ,
t h o s e
s k i l l e d i n
t h e
a r t W i l l
be
a b l e
t o
make a r i o u s modi?cations
t o
t h e d e s c r i b e d
embodiments
o f
h e i n v e n t i o n
W i t h o u t
d e p a r t i n g
from t s
t r u e
s p i r i t and
s c o p e .
I t i s i n t e n d e d t h a t a l l e l e m e n t s
o r s t e p s Which
a r e i n s u b s t an t i a l l y d i f f e r e n t from t h o s e r e c i t e d i n t h e c l a i m s
b u t p e r f o r m s u b s t a n t i a l l y t h e s a m e f u n c t i o n s , r e s p e c t i v e l y , i n
s u b s t a n t i a l l y t h e same
W a y o
a c h i e v e t h e same e s u l t a s What
i s
c l a i m e d
a r e W i t h i n t h e
s c o p e o f
h e
i n v e n t i o n .
F u r t h e r m o r e ,
t h e d e s c r i b e d embodiments a r e implemented by means o f
? e l d
e f f e c t t r a n s i s t o r s , t h e
i n v e n t i o n
c a n b e r e a d i l y i m p l e
m e n t e d
u s i n g
b i p o l a r
t r a n s i s t o r s .
What s c l a i m e d
i s :
1 . V o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y c o m p r i s i n g :
( a ) a d i f f e r e n t i a l i n p u t s ta g e i n c l u d i n g a
? r s t
i n p u t c o u p l e d
to
r e c e i v e a
r e f e r e n c e
v o l t a g e , a s e c o n d i n p u t c o u p l e d
t o
a
r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r o f
t h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y , a n d
a n
o u t p u t ;
( b )
a n
o u t p u t s t a g e f o r p r o d u c i n g a r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e
on t h e
r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r , i n c l u d i n g
a ? r s t
o u t
p u t
t r a n s i s t o r
h a v i n g
a ? r s t e l e c t r o d e
c o u p l e d
to a ? r s t
s u p p l y v o l t a g e
a n d a s e c o n d e l e c t r o d e c o u p l e d
t o
t h e
r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r , a
s e c o n d
o u t p u t t r a n s i s t o r
h a v i n g a
? r s t
e l e c t r o d e c o u p l e d t o a
s e c o n d s u p p l y
v o l t
a g e and
a
s e c o n d
e l e c t r o d e
c o u p l e d t o
t h e
r e g u l a t e d
o u t p u t c o n d u c t o r , and a
c a s c o d e
t r a n s i s t o r h a v i n g a ? r s t
e l e c t r o d e
c o u p l e d t o
a c o n t r o l e l e c t r o d e
of
t h e
second
o u t p u t t r a n s i s t o r and a second e l e c t r o d e coupled t o a
c o n t r o l
e l e c t r o d e o f t h e ? r s t t r a n s i s t o r ;
a n d
( c ) a g a i n s t a g e i n c l u d i n g
( 1 )
a
? r s t s i g n a l p a t h i n c l u d i n g t h e s e c o n d
i n p u t
a n d
o u t p u t
o f t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e , a ? r s t
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
h a v i n g a ? r s t e l e c t r o d e c o u p l e d
t o
t h e
r e g u
-
8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
9/10
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
9
l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r , a c o n t r o l e l e c t r o d e
c o u p l e d
to
t h e o u t p u t o f h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e , and a s e c o n d
e l e c t r o d e
c o u p l e d
t o a c o n t r o l e l e c t r o d e
of
h e second
o u t p u t t r a n s i s t o r ,
a n d
( 2 ) a
s e c o n d s i g n a l p a t h i n c l u d i n g
a
s e c o n d f o l l o W e r
t r a n s i s t o r h a v i n g a
c o n t r o l
e l e c t r o d e c o u p l e d to t h e
o u t p u t
o f t h e
d i f f e r e n t i a l
i n p u t
s t a g e ,
a ? r s t e l e c t r o d e
c o u p l e d t o t h e r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r , and a s e c
ond e l e c t r o d e coupled t o a second e l e c t r o d e and a
c o n t r o l
e l e c t r o d e of a ? r s t c u r r e n t m i r r o r
t r a n s i s t o r
and t h e
c o n t r o l
e l e c t r o d e of a second c u r r e n t m i r r o r
t r a n s i s t o r
having a second e l e c t r o d e coupled
o
a
con
t r o l e l e c t r o d e
o f an a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r
h a v i n g
a
second e l e c t r o d e
c o u p l e d to
a c o n t r o l e l e c t r o d e
of
h e
s e c o n d o u t p u t t r a n s i s t o r , ? r s t e l e c t r o d e s o f t h e ? r s t
and
s e c o n d
c u r r e n t
m i r r o r t r a n s i s t o r s
and t h e a m p l i
f y i n g
t r a n s i s t o r b e i n g c o u p l e d t o
t h e
s e c o n d s u p p l y
v o l t a g e ,
a c u r r e n t s o u r c e b e i n g c o u p l e d t o
t h e
c o n t r o l
e l e c t r o d e
o f
t h e s e c o n d o u t p u t
t r a n s i s t o r .
2 .
T h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y
o f c l a i m
1 W h e r e i n t h e
? r s t s i g n a l p a t h a l s o
i n c l u d e s
t h e s e c o n d o u t p u t
r a n s i s t o r ,
t h e
c a s c o d e
t r a n s i s t o r , a n d t h e
? r s t
o u t p u t t r a n s i s t o r .
3 .
T h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
o f c l a i m
1
W h e r e i n
t h e
t r a n s i s t o r s
a r e
MOS
( m e t a l - o X i d e - s e m i c o n d u c t o r )
t r a n s i s
t o r s , t h e ? r s t e l e c t r o d e s a r e s o u r c e s , t h e
second
e l e c t r o d e s a r e
d r a i n s , and
t h e c o n t r o l
e l e c t r o d e s
a r e
g a t e s .
4 . T h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y o f
c l a i m
1 W h e r e i n t h e
? r s t o u t p u t
t r a n s i s t o r
i s
a
p a s s
t r a n s i s t o r .
5 .
T h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y o f
c l a i m
1 W h e r e i n t h e
o u t p u t
s t a g e
i s a c l a s s AB u t p u t s t a g e .
6 . The o l t a g e r e g u l a t o r
i r c u i t r y o f
c l a i m 1
W h e r e i n
a l o a d
i s i n t e g r a t e d W i t h t h e v o l t a g e r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
a n d i s
c o u p l e d t o
t h e
r e g u l a t e d
o u t p u t
c o n d u c t o r
a n d
W h e r e i n
t h e
l o a d
demands a s t e p c h a n g e i n c u r r e n t
s u p p l i e d t o
t h e
l o a d .
7 .
T h e
v o l t a g e r e g u l a t o r c i r c u i t r y o f c l a i m 6 W h e r e i n t h e
l o a d
i n c l u d e s
d i g i t a l l o g i c
c i r c u i t r y W h i c h
d e m a n d s
s t e p
c h a n g e s i n l o a d c u r r e n t
t h e r e i n .
8 .
T h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r
c i r c u i t r y
o f c l a i m 7 W h e r e i n
t h e
? r s t o u t p u t t r a n s i s t o r , ? r s t f o l l o W e r t r a n s i s t o r , a n d
s e c o n d
f o l l o W e r
t r a n s i s t o r a r e
P - c h a n n e l
t r a n s i s t o r s
and
t h e second
o u t p u t
t r a n s i s t o r , c a s c o d e t r a n s i s t o r , ? r s t c u r r e n t m i r r o r t r a n
s i s t o r ,
s e c o n d
c u r r e n t m i r r o r
t r a n s i s t o r ,
a n d a m p l i f y i n g t r a n
s i s t o r a r e N-channel t r a n s i s t o r s .
9 .
T h e
v o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y o f
c l a i m
1 W h e r e i n t h e
? r s t a n d s e c o n d f o l l o W e r t r a n s i s t o r s , t h e ? r s t a n d s e c o n d
c u r r e n t
m i r r o r
t r a n s i s t o r s ,
and
t h e
a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r a r e
matched
t r a n s i s t o r s .
1 0 . The o l t a g e r e g u l a t o r c i r c u i t r y o f c l a i m 1 W h e r e i n t h e
o u t p u t s t a g e
i n c l u d e s a
v o l t a g e s o u r c e
f o r
producing
a con
s t a n t b i a s v o l t a g e on
a
c o n t r o l
e l e c t r o d e of h e cascode
t r a n
s i s t o r .
1 1 . The
o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y
o f c l a i m
1 W h e r e i n t h e
i n p u t
s t a g e
i n c l u d e s a ? r s t i n p u t t r a n s i s t o r h a v i n g a ? r s t e l e c
t r o d e
connected
t o
a
t a i l c u r r e n t s o u r c e ,
a
c o n t r o l
e l e c t r o d e
c o u p l e d
t o r e c e i v e t h e
r e f e r e n c e v o l t a g e , and
a
s e c o n d
e l e c
t r o d e c o u p l e d t o
a l o a d
c i r c u i t and
a
second i n p u t
t r a n s i s t o r
having a
? r s t
e l e c t r o d e coupled
t o
t h e t a i l c u r r e n t so u r c e , a
c o n t r o l e l e c t r o d e
c o u p l e d
o t h e r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e c o n
d u c t o r , and a
s e c o n d
e l e c t r o d e c o u p l e d
t o
t h e
l o a d
c i r c u i t
and
t h e
o u t p u t
o f t h e
d i f f e r e n t i a l
i n p u t
s t a g e .
1 2 .
The
v o l t a g e
r e g u l a t o r c i r c u i t r y o f
c l a i m 1 i n c l u d i n g
a
d i o d e - c o n n e c t e d t r a n s i s t o r
c o u p l e d b e t W e e n
t h e
c o n t r o l e l e c
t r o d e of h e a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r and
one
t e r m i n a l o f a
r e s i s
t o r h a v i n g
a n o t h e r
t e r m i n a l c o u p l e d t o t h e ? r s t e l e c t r o d e s o f
t h e ? r s t and
s e c o n d
c u r r e n t
m i r r o r t r a n s i s t o r s
and t h e a m p l i
f y i n g t r a n s i s t o r f o r
r e d u c i n g g a i n
o f h e s e c o n d s i g n a l
p a t h
o
i m p r o v e s t a b i l i t y
o f h e v o l t a g e r e g u l a t o r
c i r c u i t r y .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
1 0
1 3 .
The v o l t a g e r e g u l a to r c i r c u i t r y o f c l a i m 1 i n c l u d i n g a
c a p a c i t o r
c o u p l e d b e t W e e n t h e r e g u l a t e d o u t p u t c o n d u c t o r
a n d t h e
s e c o n d s u p p l y
v o l t a g e .
1 4 .
The v o l t a g e r e g u l a to r c i r c u i t r y o f c l a i m 1 i n c l u d i n g a
p u l l - u p r e s i s t o r c o u p l e d
b e t W e e n t h e c o n t r o l e l e c t r o d e
o f t h e
? r s t
o u t p u t
t r a n s i s t o r
a n d
t h e
? r s t s u p p l y
v o l t a g e .
1 5 . A ethod o r p r o d u c i n g
a
r e g u l a t e d
o u t p u t
v o l t a g e , t h e
m e t h o d c o m p r i s i n g :
( a ) c o n t r o l l i n g
t h e a c c u r a c y o f h e
r e g u l a t ed o u t p u t v o l t a g e
p r o d u c e d b y a
v o l t a g e
r e g u l a t o r b y
a p p l y i n g
t h e r e g u
l a t e d
o u t p u t v o l t a g e t o a
f e e d b a c k i n p u t
o f a
d i f f e r e n t i a l
i n p u t s t a g e h a v i n g a r e f e r e n c e v o l t a g e ap p l i e d t o a r e f
e r e n c e i n p u t o f t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e
a n d
a p p l y i n g
an
o u t p u t
of
t h e
d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e t o a c o n t r o l
e l e c t r o d e of ? r s t f o l l o W e r t r a n s i s t o r having a ? r s t e l e c
t r o d e c o u p l e d t o an i n p u t o f
a
c l a s s AB u t p u t s t a g e
Which e n e r a t e s
t h e
r e g u l a t e d o u t p u t v o l t a g e on an o u t
p u t c o n d u c t o r ;
( b ) p r o d u c i n g a d e c r e a s e i n t h e v a l u e
o f
t h e r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e
i n r e s p o n s e t o
a s t e p i n c r e a s e i n l o a d
c u r r e n t
demand
by a
l o a d c o u p l e d t o
t h e o u t p u t c o n d u c
t o r ; a n d
( c )
s u p p l y i n g
t h e
l o a d
c u r r e n t
demanded
b y
t h e
l o a d
b y
a p p l y i n g
t h e
d e c r e a s e d
v a l u e o f t h e r e g u l a t e d o u t p u t
v o l t a g e
d u r i n g
t h e
d e c r e a s e
i n
v a l u e
o a
? r s t
e l e c t r o d e
o f
a second
source f o l l o W e r
t r a n s i s t o r
having
a
c o n t r o l
e l e c t r o d e c o u p l e d t o t h e o u t p u t o f t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e to
d e c r e a s e
c u r r e n t
i n a c u r r e n t
m i r r o r
having
an
o u t p u t
coupled t o a c u r r e n t source
and
t o a c o n t r o l e l e c
t r o d e o f
a n
a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r , c a u s i n g t h e c u r r e n t
s o u r c e
t o
r a p i d l y t u r n
on
t h e
a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r t o
c a u s e
t t o
r a p i d l y t u r n on cascode r a n s i s t o r of h e
c l a s s
AB u t p u t s t a g e , and
t u r n i n g on a ? r s t
o u t p u t t r a n s i s t o r
o f
t h e c l a s s AB u t p u t s t a g e
i n
r e s p o n s e
t o
c u r r e n t p r o
d u c e d by t h e c a s c o d e t r a n s i s t o r .
1 6 . The
method
o f
c l a i m
1 5
i n c l u d i n g
p r o v i d i n g t h e t r a n
s i s t o r s a s
MOS
( m e t a l - o X i d e - s e m i c o n d u c t o r ) t r a n s i s t o r s ,
Wherein
h e
? r s t
e l e c t r o d e s a r e s o u r c e s , t h e
second
e l e c t r o d e s
a r e d r a i n s , and t h e c o n t r o l e l e c t r o d e s a r e g a t e s .
1 7 .
The
method
o f
c l a i m 1 5 i n c l u d i n g c o u p l i n g a p u l l - u p
r e s i s t o r
betWeen
a
c o n t r o l
e l e c t r o d e of t h e ? r s t
o u t p u t t r a n
s i s t o r
a n d t h e ? r s t
s u p p l y
v o l t a g e .
1 8 . The method o f c l ai m 1 5 i n c l u d i n g b i a s i n g
a c o n t r o l
e l e c t r o d e of h e cascode
t r a n s i s t o r
With a
c o n s t a n t
b i a s
v o l t
a g e .
1 9 .
The method o f c l a i m 1 5 i n c l u d i n g c o u p l i n g
a
d i o d e
c o n n e c t e d t r a n s i s t o r betWeen t h e c o n t r o l e l e c t r o d e
o f
t h e
a m p l i f y i n g
t r a n s i s t o r and
one
t e r m i n a l
o f
a r e s i s t o r
h a v i n g
a n o t h e r
t e r m i n a l
c o u p l e d
o t h e ? r s t e l e c t r o d e s
o f
h e ? r s t
and
s e c o n d
c u r r e n t
m i r r o r t r a n s i s t o r s
and t h e
a m p l i f y i n g t r a n s i s
t o r t o r e d u c e
g a i n o f
a s i g n a l p a t h i n c l u d i n g t h e
s e c o n d s o u r c e
f o l l o W e r r a n s i s t o r c u r r e n t m i r r o r , a n d t h e a m p l i f y i n g t r a n s i s
t o r
t o
i m p r o v e
s t a b i l i t y o f h e v o l t a g e r e g u l a t o r c i r c u i t r y .
2 0 . The method o f
c l a i m
1 5 i n c l u d i n g p r o v i d i n g t h e
? r s t
a n d
s e c o n d
f o l l o W e r
r a n s i s t o r s , ? r s t and s e c o n d t r a n s i s t o r s o f
t h e
c u r r e n t
m i r r o r , and t h e
a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r
a s
matched
t r a n s i s t o r s .
2 1 . V o l t a g e r e g u l a t o r c i r c u i t r y f o r p r o d u c i n g a
r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e , c o m p r i s i n g :
( a )
means
f o r
c o n t r o l l i n g
t h e a c c u r a c y o f
t h e
r e g u l a t e d
o u t p u t v o l t a g e p r o d u c e d b y v o l t a g e
r e g u l a t o r
i n c l u d i n g
means
f o r a p p l y i n g t h e r e g u l a t e d
o u t p u t
v o l t a g e t o a
f e e d b a c k
i n p u t
o f
a d i f f e r e n t i a l i n p u t
s t a g e h a v i n g
a
r e f e r e n c e v o l t ag e a p p l i e d t o a r e f e r e n c e i n p u t
o f
t h e
d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e and
means
o r a p p l y i n g a n
o u t p u t
o f t h e d i f f e r e n t i a l
i n p u t
s t a g e t o a c o n t r o l
e l e c t r o d e
of
? r s t f o l l o W e r t r a n s i s t o r
h a v i n g
a ? r s t e l e c t r o d e
c o u p l e d
-
8/9/2019 LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.
10/10
US
7 , 6 3 3 , 2 8 0
B2
1 1
to
a n i n p u t o f a c l a s s AB u t p u t s t a g e
Which
g e n e r a t e s
t h e r e g u l a t e d o u t p u t V o l t a g e
on
a n
o u t p u t c o n d u c t o r ;
( b )
l o a d means c o u p l e d o
t h e
o u t p u t c o n d u c t o r f o r p r o d u c
i n g a d e c r e a s e i n t h e
V a l u e
o f t h e r e g u l a t e d o u t p u t
V o l t
age i n
r e s p o n s e
t o
a s t e p i n c r e a s e i n demanded l o a d
c u r r e n t ;
a n d
( c )
means
f o r
s u p p l y i n g
t h e l o a d c u r r e n t
demanded by
t h e
l o a d means
i n c l u d i n g
means
f o r
a p p l y i n g t h e d e c r e a s e d
V a l u e
o f
h e r e g u l a t e d
o u t p u t
V o l t a g e d u r i n g t h e d e c r e a s e
i n
Value t o a
? r s t e l e c t r o d e of second
source folloWer
1 2
t r a n s i s t o r h a v i n g a
c o n t r o l
e l e c t r o d e c o u p l e d t o
t h e o u t
p u t
o f
t h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e
t o
d e c r e a s e c u r r e n t i n a
c u r r e n t m i r r o r
h a v i n g an
o u t p u t
c o u p l e d to
a c o n t r o l
e l e c t r o d e
o f
a n a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r ,
means
f o r r a p i d l y
t u r n i n g
on h e a m p l i f y i n g t r a n s i s t o r t o c a u s e t t o r a p i d l y
t u r n
o n
a
cascode t r a n s i s t o r , and
means
f o r turning o n
a
? r s t
o u t p u t t r a n s i s t o r o f
t h e
c l a s s
AB u t p u t
s t a g e i n
r e s p o n s e t o c u r r e n t p r o d u c e d by t h e c a s c o d e t r a n s i s t o r .
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