本公开内容总体上涉及开关调节器，并且更特别地，涉及具有低功率单轨架构的开关调节器以及操作开关调节器的方法。
背景技术：
1、诸如蓝牙无线电、汽车信息娱乐系统以及wi-fi集线器和接收器的许多电子产品包括微控制器单元(mcu)，在mcu中，处理器单元、存储器以及通信接口和外围设备与电源管理单元(pmu)或开关调节器(sr)一体形成为单个集成电路(ic)或管芯。sr通常包括高侧开关晶体管以向ic中的模拟器件、数字器件和逻辑器件提供稳定、无噪声的dc电压。前几代pmu使用具有2.5v栅极氧化物(gox)的横向扩散p沟道金属氧化物半导体(ldpmos)晶体管作为高侧开关晶体管以在1.6v至4.8v范围的电池电压下向具有1.8v gox的数字器件和逻辑器件提供连续操作。然而，随着半导体制造技术将金属氧化物半导体(mos)器件的尺寸缩小至28纳米(nm)或22nm及缩小更多，工艺限制阻碍了在同一管芯中使用2.5v gox器件和1.8vgox器件，因此，仅1.8v gox器件可用于mcu的数字器件和逻辑器件两者，并且用作pmu中的功率晶体管或高侧开关晶体管。
2、当前生产的pmu的一个缺点是，在仅1.8v gox器件可用作高侧开关晶体管的情况下，pmu必须使用浮置轨(floating-rail)架构以将ldpmos的gox两端的电压限制在1.8v。然而，最先进的浮置轨架构将操作限制在2.7v的最小电池电压。
3、当前一代pmu的另一限制是，mcu需要第二个单独的固定轨以向芯片上的需要固定1.8v的所有标准器件和模拟器件提供电力。目前，不存在通过单个电池电源操作(即，具有单轨架构)并且能够既提供浮置电压以限制ldpmos和逻辑器件的gox两端的栅极至源极电压又为其他数字器件或1.8v器件提供单独固定电压的内部pmu或系统可用于满足这些要求。
4、因此，需要具有如下架构的pmu或sr：能够生成并维持到具有1.8vgox的高侧开关晶体管或lpdmos的浮置轨电压，同时允许在1.6v至4.8v范围的电池电压下连续操作。还需要具有如下架构的pmu或sr：能够从单个电池提供浮置轨电压并且针对与pmu一起形成在ic上并且需要固定电压的其他数字器件和模拟器件提供恒定电压。
技术实现思路
1、提供了一种单轨开关调节器及对其进行操作的方法。该发生器和方法在包括高侧开关晶体管例如横向扩散的p沟道金属氧化物半导体或ldpmos的功率管理单元(pmu)或开关调节器(sr)中特别有用。
2、开关调节器包括：分离轨参考发生器，其耦接在电池电压(vbat)与地之间，并且包括用于生成浮置轨参考电压(vsshv_ref)的浮置轨发生器、用于生成固定轨参考电压的固定轨发生器；电流吸收(i-sink)缓冲器，其接收vsshv_ref并在浮置轨上生成浮置轨电压(vsshv)以向与开关调节器一起形成在集成电路(ic)上的需要vsshv或使用vsshv的逻辑器件供电；以及高侧开关晶体管，其包括耦接在vbat与地之间的源极和漏极以及耦接至浮置轨的栅极。浮置轨参考发生器可操作以针对1.8v与4.8v之间的电池电压生成等于vbat–1.8v的vsshv_ref，并且针对低于1.8v的电池电压生成等于0v的vsshv_ref。
3、通常，开关调节器还包括耦接在vbat与地之间的低压差(ldo)调节器和动态偏置快速瞬变电流吸收器。ldo调节器可操作以接收vdd_ref并在固定轨上生成调节电压(vreg)以向形成在ic上并且需要固定电压或使用固定电压的数字器件供电。快速瞬变电流吸收器可操作以接收vsshv_ref并且快速对高侧开关晶体管进行充电和放电以在浮置轨上提供稳定的浮置轨电压(vsshv)。
4、在一些实施方式中，开关调节器还包括耦接在vbat与地之间的带隙参考发生器和第二ldo调节器，第二ldo调节器可操作以接收带隙参考电压(vbg_ref)并且生成恒定输出电压(vout)以针对1.8v与4.8v之间的vbat向与开关调节器一体形成在ic上的模拟器件提供电力。
5、下面参照附图详细描述本发明的实施方式的其他特征和优点以及本发明的各种实施方式的结构和操作。注意，本发明不限于本文中描述的特定实施方式。本文中仅出于说明性目的呈现这样的实施方式。基于本文中包含的教导，另外的实施方式对于相关领域的技术人员将是明显的。
1.一种开关调节器，包括：
2.根据权利要求1所述的开关调节器，还包括耦接在vbat与地之间的第一低压差ldo调节器，所述第一ldo调节器可操作以接收vdd_ref并且在固定轨上生成调节电压vreg以向使用固定电压并且一体形成在所述ic芯片上的数字器件提供电力。
3.根据权利要求2所述的开关调节器，其中，所述第一ldo调节器包括具有直接前馈dff环路和间接调节反馈irf环路的一级差分放大器，所述dff环路在所述第一ldo调节器经受快速负载瞬变时占主导地位，所述irf环路可操作以在非瞬变负载条件下提供dc电压调节。
4.根据权利要求3所述的开关调节器，其中，所述一级差分放大器包括：
5.根据权利要求2所述的开关调节器，还包括耦接在vbat与地之间并且耦接至所述浮置轨的快速瞬变电流吸收器，所述快速瞬变电流吸收器可操作以接收vsshv_ref并且对所述高侧开关晶体管进行充电和放电，以在所述浮置轨上提供稳定的浮置轨电压vsshv。
6.根据权利要求5所述的开关调节器，其中，所述快速瞬变电流吸收器是动态偏置的快速瞬变电流吸收器，包括：
7.根据权利要求2所述的开关调节器，还包括耦接在vbat与地之间的带隙参考发生器和第二ldo调节器，所述第二ldo调节器可操作以接收带隙参考电压vbg_ref并且生成输出电压vout以向与所述开关调节器一体形成在所述ic上的模拟器件提供电力。
8.一种开关调节器，包括耦接在电池电压vbat与地之间的低压差ldo调节器，所述ldo调节器可操作以接收参考电压vref并且生成调节电压vreg并将vreg耦接至固定轨，以向使用固定电压并且一体形成在集成电路ic芯片上的器件提供电力，
9.根据权利要求8所述的开关调节器，其中，所述一级差分放大器包括：
10.根据权利要求9所述的开关调节器，其中，在非瞬变负载条件下所述irf环路由所述nmos差分对、所述电阻器r和所述pmos晶体管形成。
11.根据权利要求9所述的开关调节器，还包括一体形成在所述ic芯片上并且耦接在所述一级差分放大器的输出与地之间的电容器，所述电容器可操作以将所述vreg稳定至所述固定轨。
12.根据权利要求9所述的开关调节器，其中，所述参考电压发生器包括分离轨参考发生器，所述分离轨参考发生器包括可操作以生成固定轨参考电压vdd_ref的恒定轨参考发生器，并且其中，使用所述固定电压的所述器件包括数字器件。
13.根据权利要求9所述的开关调节器，其中，所述参考电压发生器包括可操作以生成带隙参考电压vbg_ref的带隙参考发生器，并且其中，使用所述固定电压的所述器件包括模拟器件。
14.一种操作开关调节器的方法，包括：
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将vdd_ref耦接至第一低压差ldo调节器，以及使用所述第一ldo调节器生成调节电压vreg并将vreg耦接至固定轨，以向使用固定电压并一体形成在所述ic芯片上的数字器件提供电力。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一ldo调节器包括具有直接前馈dff环路和间接调节反馈irf环路的一级差分放大器，并且其中，所述dff环路在所述第一ldo调节器经受快速负载瞬变时占主导地位，并且所述irf环路可操作以在非瞬变负载条件下提供dc电压调节。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：通过响应于来自所述负载的信号置位锁存器、来导通耦接在所述浮置轨与地之间的电流吸收开关，从而使用快速瞬变电流吸收器吸收所述浮置轨中的瞬变电流；以及在使用比较器比较vsshv和vsshv_ref的结果小于预定电压之后复位所述锁存器以关断所述电流吸收开关。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述快速瞬变电流吸收器是动态偏置的快速瞬变电流吸收器，并且其中，导通电流吸收开关包括响应于来自所述负载的信号将所述比较器偏置以向所述锁存器提供置位输入，并且还包括在vsshv和vsshv_ref的比较结果小于所述预定电压时减小对所述比较器的偏置以减少所述动态偏置的快速瞬变电流吸收器的功率消耗。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述开关调节器还包括带隙参考发生器和第二ldo调节器，并且其中，所述方法还包括将来自所述带隙参考发生器的参考电压vbg_ref耦接至所述第二ldo调节器，以及使用所述第二ldo调节器生成并耦接输出电压vout以向与所述开关调节器一体形成在所述ic上的模拟器件提供电力。
