专利名称：一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路，特别涉及一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路。
背景技术：
在模拟电路设计中，电路的启动是人们经常碰到的问题。电路能否启动，启动的速度如何，是非常重要的。实现精确控制，是模拟电路设计的主要目的，而采用环路控制是实现控制的最重要的方法。含有控制环路的系统一般都含有简并点。若不采取措施，系统上电后，一般都处于没有电流流动的简并点(零电流简并点)控制之下，电路有可能不能启动。另外，模拟控制电路往往是利用运算放大器的误差放大作用，通过反馈环路，减小误差，达到精确控制的目的。而误差放大所需的高增益，往往需要两级或更多级放大级才能实现，因此必须对电路进行补偿，才能使环路稳定工作。通常的做法是，在电路的高阻点接入电容，使极点相对位置发生变化，保证环路稳定工作。不论是电路的寄生电容，还是另外引入的补偿电容，从非预期的稳态工作点变化到稳态工作点，其上的电位往往发生变化，因此需要电路提供相应的净电荷，使电容电压发生相应的变化，最终建立直流工作结点。由于补偿电容，一般都比其它寄生电容要大得多，各结点建立直流工作点电压所需的电荷，往往是，补偿电容电位变化所需电荷最多。因此，补偿电容往往限制了电路的启动速度。通常的启动控制环路的方法是在电源的轨线之间，设置一个电阻通路，通过检测由这一电阻通路产生的信号，使整个系统脱离零电流简并点，利用运算放大器误差比较所产生的差分电流提供前述补偿电容电位变化所需的电荷。在这一过程中，通过自身环路调整，系统逐渐建立直流工作点。为了加快启动速度，通常的方法有两种:I)增大运算放大器的静态电流，加大启动过程中的误差电流，使电容上的电压较快的建立。但这是以增加静态功耗为代价的。2)以开环的形式，给补偿电容灌注电流。但由于电容上的最终稳态电压不能事先确定，电容上的电压过高或过低，造成系统启动过程中出现过冲，或启动过慢的问题。
发明内容
本发明解决的问题是，加快控制环路启动过程中出现的静态功耗过大，或过冲过大，或启动不够快的问题。为了解决上述问题，本发明公开了一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路。具体方案是:先建立一个与控制信号预期稳定值有一定偏差的启动用控制信号，在环路启动时，启动用控制信号与反馈信号作比较，得到的比较结果控制启动电流发生网络给环路补偿电容充电，在电路即将达到稳态工作点时，比较结果反相，切断该充电电流，随后由系统环路自动调整达到稳态。由于在环路启动过程中，环路补偿电容上稳定电压的建立所需的电荷，除了由环路自身调整产生的差分电流提供外，还引入了能自动切断的环路之外的电流，因此，达到了快速平稳启动控制环路的目的。如图1所示，本发明公开的一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路，包括:启动用比较器(comparator)、启动电流发生网络(cur_start)、偏差发生器(Vos),其它的为控制环路，包括:控制信号发生器(Vsig)、运算放大器(opamp)、补偿网络(network_comp)、执行器(actuator)。控制信号发生器(Vsig)的输出通过结点Nref接到运算放大器的一个差分输入端，Nref还接到偏差发生器Vos的一端；运算放大器的输出通过结点Nop_out接到补偿网络(network_comp)的输入端sin ;补偿网络的输出sout通过结点Ncomp接到执行器的输入；执行器的输出采样通过执行器的采样输出端口 sout接到结点Nfb，Nfb还接到比较器的一个差分输入端，和运算放大器的另一个差分输入端；偏差信号发生器的另一端还通过结点Nref_0S接到启动用比较器的另一个差分输入端；启动用比较器的输出通过结点Ncomp_out与启动电流发生网络相连；启动电流发生网络的输出通过结点Nst_cap与补偿网络(network_comp)启动电流接入端口 ist相连。这里示例性的给出了一个输出启动用电流对电源电压不敏感的启动电流发生网络:由三个PMOS晶体管(PMstl、PMst2、PMst3)和一个电阻Rst组成,PMstl的源端，电阻Rst的一端连接于电源结点Nvdda ；PMstl的漏端，栅极，PMst2的源端连接于结点Nvst ；PMst2的漏端，栅极，PMst3的栅端，与启动用比较器的输出连接于结点Ncomp_out ；Rst的另一端与Pst3的源端连接于结点Nres ;启动电流发生网络的输出，即PMst3的漏端，与补偿网络的ist端口连接于结点Nst_cap。上述控制信号，具有多种形式，如可以是电压，电流，电荷，以电压作为信号形式，电路工作过程描述如下:先由偏差发生器(Vos)建立一个与控制信号预期稳定值(Vsig的输出电压)有一定偏差的启动用控制信号(结点Nref_os的电压)，在环路启动时，该启动用控制信号与反馈信号(结点Nfb上的电压)通过启动用比较器(comparator)作比较，得到的比较结果(结点Ncomp_out上的电压)控制启动电流发生网络(cur_start),给环路补偿电容(Cap)充电，在电路即将达到稳态工作点时，比较结果反相，停止该充电操作，随后由系统环路自动调整达到稳态。该方案的一个优点是，由于在环路启动过程中，环路补偿电容上稳定电压的建立所需的电流，除了环路自身调整产生的电流外，还引入了环路之外的电流，因此，启动过程大大加快。该方案的另一个优点是，由于偏差发生器建立了一个与控制信号预期稳定值有一定偏差的启动用控制信号，该偏差保证了，在系统达到稳定值之前，启动电流发生网络会及时关断加速启动的电流。因而不会引入常见的伴随启动速度过快的过冲问题。以上仅仅示例性的，以电压信号对电路工作过程进行了描述，实际上，信号可以以各种形式出现，如电压、电流、电荷等。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细的说明:图1:本发明公开的技术方案示意图；图2:本发明公开的具体实施例1 ;图3:本发明公开的具体实施例2 ;图4:本发明公开的具体实施例3 ;
图5:本发明公开的具体实施例4。
具体实施例方式下面通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，请参阅图2到图5。本领域的技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易的了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用。本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。本发明的一个实施例如图2所示。此实施例对图1中的补偿网络(network_comp),执行器(actuator)进行了具体细化。补偿网络只包括一个补偿电容，补偿网络的三个端口:输入端口 sin、输出端口 sout、启动电流接入端口 ist，都接到补偿电容的同一个极板上，电容的另一极板与地相连。执行器由一个NMOS晶体管(NMactor)和电阻(Ractor)构成。其中Ractor的一端与地相连,另一端与NMactor的源端通过执行器的输出端口 sout相连；NMactor的栅端与执行器的输入端sin相连；NMactor的漏端与电源结点Nvdda相连。电路的其他部分对应的与图1中相同。本发明的一个实施例如图3所示。此实施例除了补偿网络(network_comp)夕卜,其他部分对应的与图2中的实施例相同。此实施例的补偿网络由电阻电容网络串联而成，补偿网络的三个端口:输入端口 sin、输出端口 sout、启动电流接入端口 ist，都接到是电阻的一端，电容的另一端则与地相连。本发明的一个实施例如图4所示。此实施例除了补偿网络(network_comp)夕卜,其他部分对应的与图2中的实施例相同。此实施例的补偿网络由电阻电容网络串联而成，电阻与电容的公共结点与启动电流接入端口 ist相连；电阻的另一端与补偿网络的输入端口sin、输出端口 sout为同一结点；电容的非电阻连接端与地相连。本发明的一个实施例如图5所示。与前面的实施例不相同的是，控制信号、补偿电容上的稳态电位以电源线为交流地，但技术方案的原理是一样的。具体结构介绍如下:控制信号发生器(Vsig)的输出通过结点Nref接到运算放大器的一个差分输入端，Nref还接到偏差发生器Vos的一端；运算放大器的输出通过结点Nop_out接到补偿网络(Network_comp)的输入端sin ;补偿网络的输出sout通过结点Ncomp接到执行器的输入端口 sin ;补偿网络的输入端口 sin,输出端口 sout均通过一个电阻Rcomp与补偿电容Cap串联接到电源结点Nvdda，电阻Rcomp与补偿电容Cap连接点为补偿网络的电流输入端口 ist ;执行器的输出采样通过执行器的采样输出端口 sout接到结点Nfb，Nfb还接到比较器的一个差分输入端，和运算放大器的另一个差分输入端；偏差信号发生器的另一端还通过结点Nref_os接到启动用比较器的另一个差分输入端；启动用比较器(comparator)的输出通过结点Ncomp_out与启动电流发生网络相连；启动电流发生网络的输出通过结点Nst_cap与补偿网络(network_comp)启动电流接入端口 ist相连。这里示例性的给出了一个输出启动用电流对电源电压不敏感的启动电流发生网络:由三个NMOS晶体管(匪stl、匪st2、匪st3)和一个电阻Rst组成，匪stl的源端，电阻Rst的一端连接于电源地；Wstl的漏端，栅极，Wst2的源端连接于结点Nvst ；NMst2的漏端，栅极，Wst3的栅端，与启动用比较器的输出连接于结点Ncomp_out ；Rst的另一端与匪st3的源端连接于结点Nres ;启动电流发生网络的输出，即匪st3的漏端，与补偿网络的ist端口连接于结点Nst_cap。另外，这里示例性的给出了执行器的内部结构:由一个PMOS晶体管(PMactor)和电阻(Ractor)构成。其中Ractor的一端与电源结点Nvdda相连,另一端与PMactor的源端通过执行器的输出端口sout相连；PMactor的栅端与执行器的输入端sin相连；PMactor的漏端示例性的与电源地相连。上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。熟悉此领域的技术人员皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所提示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍然由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路，其特征在于，至少包括: 偏差发生器(I) 启动用比较器⑵； 启动电流发生网络(3)。
2.如权利要求1所述一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路，其特征在于，由偏差产生模块(I)建立一个与控制信号预期稳定值有一定偏差的启动用控制信号；在环路启动时，启动用控制信号通过启动用比较器(2)与反馈信号作比较，得到的比较结果控制启动电流发生网络(3)，给环路补偿电容充电，在环路即将达到稳态工作点时，比较结果反相，切断该充电操作，随后由系统环路自动调整达到稳态。
3.如权利要求2所述的偏差产生模块(1)，其特征在于，建立了一个与控制信号预期稳定值有一定偏差的启动用控制信号，该偏差保证了，在系统达到稳定值之前，启动电流发生网络(3)会及时关断加速启动的电流，因而不会引入常见的伴随启动速度过快的过冲问题。
4.如权利要求2所述的启动用比较器(2)，其特征在于，至少有两个输入信号:由偏差产生模块(I)建立的启动用控制信号，控制环路反馈信号；其输出信号控制启动电流发生网络(3)，使启动电流发生网络(3)在环路启动初期给环路补偿电容充电；在环路即将达到稳态工作点时，比较结果反相，切断该充电操作，随后由系统环路自动调整达到稳态。
5.如权利要求2所述的启动电流发生网络(3)，其特征在于，接受启动用比较器(2)的控制，在环路启动时，启动用控制信号通过启动用比较器(2)与反馈信号作比较，得到的比较结果控制启动电流发生网络(3)，给环路补偿电容充电，在环路即将达到稳态工作点时，比较结果反相，切断该充电操作，随后由系统环路自动调整达到稳态。
6.如权利要求2所述控制信号，其特征在于，该控制信号具有多种形式，如可以是电压，电流，电荷。
全文摘要
本发明公开了一种能快速平稳启动控制环路的方法及其电路。先建立一个与控制信号预期稳定值有一定偏差的启动用控制信号，在环路启动时，启动用控制信号与反馈信号作比较，得到的比较结果控制启动电流发生网络给环路补偿电容充电，在电路即将达到稳态工作点时，比较结果反相，切断该充电电流，随后由系统环路自动调整达到稳态。由于在环路启动过程中，环路补偿电容上稳定电压的建立所需的电荷，除了由环路自身调整产生的差分电流提供外，还引入了能自动切断的环路之外的电流，因此，达到了快速平稳启动控制环路的目的。
文档编号H03K19/01GK103107800SQ20121054885
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者马军, 奕江涛 申请人:广州慧智微电子有限公司