LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.

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_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _


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


3/10


4/10


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


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


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


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


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


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


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


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 .


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


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 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


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


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


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


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


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


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


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


( 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


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


t o

t h e

o u t p u t ( 3 ) o f


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


( 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


( 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


( 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


( 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


c o u p l e d

t o

t h e

o u t p u t

( 3 ) o f t h e


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


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


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


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


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


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 )


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


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


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 )


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


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


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


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


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 ,


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


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 .


8/10

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


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


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


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


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


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


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


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


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


t r a n s i s t o r

MP5,

c u r r e n t

m i r r o r


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


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


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


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


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


i n p u t

s t a g 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


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


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


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


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


? 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


c l a i m


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


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


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


c l a i m


? 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


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


o f c l a i m


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


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


i n p u t

s t a g e .

1 2 .

The

v o l t a g e


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


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


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


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


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



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


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 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


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


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


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


c o u p l e d


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 .

LOW DROP VOLTAGE REGULATOR WITH INSTANT LOAD REGULATION & METHOD.

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