多级放大器的制造方法
【专利说明】
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求2014年9月19日提交的共同悬而未决的美国临时专利申请 N0. 62/052, 565的优先权，其全部内容并入在此以供参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及电学领域，特别是涉及一种多级放大器。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种放大器，包括第一级、第二级和第三级，以及反馈网络。所述第 一级具有第一通带，并且被构造成响应第一输入信号和第二输入信号生成第一输出信号， 并且所述第二级具有比所述第一通带的频率更高的第二通带，并且被构造成响应第三输入 信号和第四输入信号生成第二输出信号。所述第三级具有耦合接收所述第一输出信号的第 一输入节点、耦合接收所述第二输出信号的第二输入节点和输出节点。并且所述反馈网络 耦合在所述第三级的所述第二输入节点和所述输出节点之间。
[0005] 例如，其中所述第一级、第二级和第三级是各自的运算跨导放大器级。因为其可以 消耗更少的待机功率，并导通和截止要求的功率和时间更少，所以这样的放大器可适用于 低功率应用。此外，这样的放大器可以提供第一输出信号和第二输出信号的分离，使得第一 级不影响第二级的操作，反之亦然。例如，这样的分离可以减少或消除第一级的输入偏移对 第二级影响（reflection)，反之亦然。此外，这样的分离可以允许独立于第二级对第一级 的输入偏移进行补偿，反之亦然。此外，这样的分离可以允许独立于一个级的信号特征（例 如，带宽）对第一级和第二级之一的输入偏移进行补偿。
【附图说明】
[0006] 图1是带有传统误差放大器电路的电源的示意图。
[0007] 图2是根据实施例带有误差放大器电路的电源的示意图。
[0008] 图3是图2的误差放大器电路的实施例的示意图。
[0009] 图4是图3的低通滤波电路的实施例的示意图。
[0010] 图5是根据实施例图3的误差放大器电路的增益对频率的曲线图。
[0011] 图6是图2的误差放大器电路的另一个实施例的示意图。
[0012] 图7是根据实施例包含图2中电源的系统的示意图。
[0013]图8是根据实施例包含图7的系统或者包含独立于图7的系统的图2中电源的智 能电话的不意图。
【具体实施方式】
[0014] 图1是根据实施例的电源10的示意图；虽然被描述为降压转换器，但电源可以是 任何其它类型的电源，诸如升压转换器或降压-升压转换器，所述电源包括误差放大器电 路，如误差放大器电路12。
[0015] 除误差放大器电路12之外，电源10还包括电源控制器14、高侧开关晶体管16和 低侧开关晶体管18、具有电感L和等效串联电阻DCR的电感器20、具有电容C和等效串联 电阻ESR的输出（滤波）电容器22、输入节点24和输出节点26。
[0016] 误差放大器电路12(其也可以被称为"补偿电路"）包括高增益差分误差放大器 28、分压电阻器30和具有图1所示值的元件的补偿网络32,所述高增益差分误差放大器28 诸如运算放大器，其被设置在电源控制器14上。分压电阻器30的值RD理想是这样的，即 当输出电压V。具有调节的值时，反馈电压
如果电源10被设计成 使得V。的调节的值等于VREF，则可以忽略分压电阻器30。补偿网络32在有关频带中给予误 差放大器电路12至少三个极点和至少两个零点，使得在该频带内，误差放大器电路具有由 较低增益的频带分开的较低频率通带和较高频率通带；因此，误差放大器电路12是III型 误差放大器电路。较低频率通带允许电源10稳定地响应V。中相对缓慢的变化，诸如在电 源负载（图1中未示出）中或在输入电压VIN(例如，由于提供VIN的放电电池）中相对缓慢 的变化所引起的变化，同时在较低增益的频带内滤除噪声；并且较高频率通带允许所述电 源对在V。中相对快速的，即瞬态变化作出响应，诸如由负载插入瞬态或由负载释放瞬态所 引起的变化。
[0017] 除误差放大器28之外，电源控制器14包括用于生成VREF的带隙-基准发生器34、 锯齿波发生器36、比较器38和开关逻辑40。
[0018] 在电源的稳态操作期间，误差放大器电路12和比较器38形成调节由电源10生成 的输出电压V。的反馈回路的一部分，使得理想地
[0019] 在电源10操作期间，电源控制器14控制晶体管16和晶体管18的占空比以理想
[0020] 误差放大器28生成具有理想地保持VFB=VREF的值的输出电压C0MP，其中误差放 大器可响应VFB中的变化改变C0MP的速率取决于补偿网络32给予误差放大器电路12的频 率响应。
[0021] 比较器38将C0MP与由锯齿波发生器36生成的锯齿电压波SAWTOOTH相比较； SAWTOOTH的周期和频率分别是电源10的开关周期和开关频率。
[0022] 当SAWTOOTH的幅值小于C0MP的幅值时，比较器38在其输出节点上生成高信号电 平，响应该高信号电平，开关逻辑40导通高侧晶体管16并截止低侧晶体管18。
[0023] 相反地，当SAWTOOTH的幅值大于C0MP的幅值时，比较器38在其输出节点上生成 低信号电平，响应该低信号电平，开关逻辑40截止高侧晶体管16并导通低侧晶体管18。高 侧晶体管16导通的每开关周期对开关周期自身时间比率是电源10的前述占空比。
[0024] 当高侧晶体管16导通且低侧晶体管18截止时，线性增大电流込从输入节点24经 过晶体管16、经过电感器20流到输出节点26。1^的一部分Ic流入电容器22中，并且导致 V。增加，并且込的一部分Ium)为耦合到输出节点26的负载（图1未示出）供电。
[0025] 相反地，当高侧晶体管16截止且低侧晶体管导通时，线性减小电流L从地经过晶 体管18、经过电感器20流入输出节点26。1的一部分Ic流入电容器22中，并且导致V。增 加，并且1的一部分IU3AD为耦合到输出节点26的负载（图1未示出）供电。然而，当I^变 得比1_低时，Ic反转方向；即，电容器22将线性增大差分电流Ic=I 提供给负载。 当电容器22将、提供给负载时，V。降低。
[0026] 在V。中周期性增加和减少的峰到峰幅度，其有时被称为"输出纹波电压"，相对较 小，例如，对于1. 3伏（V)电源大约几毫伏（mV)。因此，
的理想值实际 上是在输出节点26上的电压的平均值或直流分量。
[0027] 如果事件，例如，由于电池放电（如果VIN由电池提供）或负载瞬态，VIN中的 变化导致V。中的变化，则电源10用于将V。移回到其调节的值，按上述，其理想的是
[0028] 例如，如果V。增加到高于其调节的值，理想的是
，则电源10用于
。如果V。增加，则VFB增加，并且误差放大器电路12使C0MP减 小。C0MP的减小降低了电源占空比，使得高侧晶体管16的导通时间减少，因此减小了电感 器20提供给输出节点26的平均电流IUvg。IUvg的减小导致V。减小到其理想的调节的值
[0029] 相反地，如果V。减小到低于其调节的值，理想的是
，则电源10理想 地将V。增回到
如果V。减小，则VFB减小，并且误差放大器电路12使C0MP增 加。C0MP的增加增加了电源占空比，使得高侧晶体管16的导通时间增加，因此增加了电感 器20提供给输出节点26的平均电流IUvg。IUvg中的增加导致V。增回到其理想的调节的值
[0030] 可设想电源10的另选实施例。例如，被描述为远离电源控制器14的电源10的任 何元件可设置在控制器上，并且被描述为在控制器上的任何元件可以远离控制器设置。此 外，电源控制器14可以是设置在一个或更多集成电路芯片上的集成电路。而且，误差放大 器电路12可以不是III型误差放大器电路。此外，虽然电源10被描述为具有单功率相，但 是电源可以具有多个相，每个相都包括各自的电感器20、误差放大器电路12、基准发生器 34和锯齿波发生器36、比较器38、开关逻辑40,以及晶体管16和晶体管18 ;或者，多相可 以共享公共误差放大器电路。此外，电源10可以以封装的电源模块的形式，其中所述电源 的一些或所有元件都设置在模块封装内。
[0031] 仍参考图1，对于许多应用，诸如电池供电的应用（例如，智能电话和平板计算 机），优选，在待机或睡眠模式，由电源10汲取的待机电流接近或者在最低水平，从而节省 电力并延长电池寿命。此外，对于此类应用，一般优选，在轻负载、正常负载和重负载条件 下，电源10汲取相对低的电流，并且因此消耗相对小的功率。
[0032] 但即使在例如300KHz- 1MHz的相对高的开关频率，误差放大器电路12的电容 Q-电容C3和电阻Ri-电阻R3的大小可导致大的R-C建立时间，其可导致误差放大器电路 的待机模式恢复时间超过为此类应用所规定的上电时间。此外，为了在指定的带宽具有规 定的稳定裕度（margin)，并且为了具有规定的输入偏移和线性度，在轻负载、正常负载和重 负载条件中的至少一个下，误差放大器电路12可汲取太多的电流而不适用于此类低功率 应用。
[0033] 图2是根据实施例的电源50的示意图，其包括适用于如结