多输入比较器和电源转换电路的制作方法

专利名称：多输入比较器和电源转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路领域，特别是关于一种多输入比较器及电源转换电路。背景技术：
在现有技术中，通常脉宽调制系统都采用了 一个脉宽调制比较器(PWMComparator)。图1为PWM比较器的比较原理示意图，其中EAO为误差放大器(Error Amplifier)输出的误差放大信号，Ramp为锯齿波或三角波信号。请参看图1所示，PWM比 较器用来比较误差放大信号EAO与三角波信号Ramp，产生并输出脉宽调制信号PWM0。当误 差放大信号EAO大于三角波信号Ramp信号时，脉宽调制信号PWMO为高电平；当误差放大信 号EAO小于三角波信号Ramp信号时，脉宽调制信号PWMO为低电平。也就是说，所述PWM比 较器的输出在误差放大信号EAO等于三角波信号Ramp时翻转。脉宽调制系统通过误差放大信号EAO信号的变化，可以产生不同脉冲宽度的脉宽 调制信号PWM0，这就是脉宽调制的原理。从图1可以看出，当误差放大信号EAO升高时，脉 宽调制信号PWMO为高电平的时间就会增加，即占空比增加；当误差放大信号EAO降低时， 脉宽调制信号PWMO为高电平的时间就会减小，即占空比减小。对于各种直流_直流转换器 (DC-DC Converter)、直流-交流转换器(DC-AC Converter)和交流-直流转换器(AC-DC Converter)，通常需要通过反馈环路来调整功率器件的占空比。如果三角波信号Ramp的频 率固定，脉冲宽度的调制就对应于占空比的调制。Ramp 一般由振荡器产生，常用的振荡器一般输出如图1中的锯齿波，一般此类锯 齿波的谷值电压为零伏。以降压型的直流-直流转换器(Buck DC-DCconverter)为例，环 路稳态时所需的占空比(Duty cycle)等于V0/VIN，VO为所述直流-直流转换器的输出电 压，VIN为所述直流-直流转换器的输入电压。当输入电压VIN较大，输出电压VO较小时， 所需的占空比很小。如果直接采用谷值电压为零伏的锯齿波信号Ramp，则当系统需要的占 空比很小时误差放大信号EAO会处于很低的位置而接近零伏，那么误差放大器的输出器件 会因此退出饱和区，从而导致其增益大幅减小，无法实现误差放大器的正常功能。因此，通 常会将锯齿波信号Ramp提升一定的电平Δν，图2示出了电压提升前后的两个锯齿波信号， 其中Rampl为提升前的锯齿波信号，Ramp2为提升后的锯齿波信号，ΔΥ为提升幅度电压。图3为一种传统的提升锯齿波信号Ramp的电路图。请参阅图3所示，所述电路包 括运算放大器OPl、振荡器、电阻Rl和R2、PMOS晶体管MP1、MP2和MP3、匪OS晶体管丽1、 丽2和丽3。所述振荡器产生电压提升前的锯齿波信号Rampl，电阻R2和PMOS管的中间节 点为输出端，用于输出电压提升后的锯齿波信号Ramp2，各个电器件的连接关系请见图3所 示，此处不再重复描述。根据电路原理可知，Ramp2会较Rampl提升Vl · (R2/R1)的电压。 然而，这种电路设计不仅复杂，而且还会受运算放大器OPl的响应速度限制。对于传统的电流模式，通常需要将锯齿波信号Ramp与采样到的电感电流相加，然 后与误差放大器的输出相比较，从而产生脉宽调制信号；或者将误差放大器的输出电压转 换为电流，然后减去采样到的电感电流，然后再变成电压信号，与提升后的Ramp相比较，产生脉宽调制信号。图4为传统电流模式实现误差放大器输出信号EAO减去电流采样信号ISEN，再与 提升后的锯齿波信号RampSH比较产生脉宽调制信号PWMO的电路原理图，其为上述中的第 二种方法。请参阅图4所示，所述电路包括运算放大器0P2、振荡器、提升电路、电阻R3和 R4、PMOS晶体管MPll、MP12、NMOS晶体管MNll、电流采样电流源、PWM比较器，其中可以取 R3等于R4。各个电器件的连接关系请见图4所示，此处不再重复描述。通过上述电路，锯 齿波信号Ramp被提升为RampSH，误差放大信号EAO减去了电流采样信号ISEN得到了输出 电压EA0_ISEN，所述P丽比较器比较EA0_ISEN和RampSH生成脉宽调制信号P丽0。同样， 这种设计不仅复杂，而且会受运算放大器的响应速度限制。因此有必要提出一种改进的技术方案来克服上述问题。
发明内容本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施 例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部 分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。本发明的目的之一在于提供一种多输入比较器，其不仅具有两个电压输入端，还 包括有一个电流输入端。本发明的目的之二在于提供一种电源转换电路，其采用具有电流输入端的多输入 比较器。根据本发明的一方面，本发明提供一种多输入比较器，其包括第一差分晶体管， 其栅极作为所述多输入比较器的第一电压输入端，所述第一电压输入端接收第一电压；与 第一差分晶体管形成差分晶体管对的第二差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第 二电压输入端，所述第二电压输入端接收第二电压；其特征在于，所述多输入比较器还包括 一电阻，所述电阻的一端与第一差分晶体管的源极相连，所述电阻的另一端与第二差分晶 体管的源极相连，其中所述电阻与第一差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电 流输入端，所述电流输入端连接注入电流源；或所述电阻与第二差分晶体管相连的节点作 为所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接抽取电流源。进一步的，所述第一 差分晶体管和第二差分晶体管同为PMOS晶体管，所述多输入比较器还包括与第一差分晶 体管的源极相连的电流源。进一步的，所述第一差分晶体管和第二差分晶体管同为NMOS晶体管，所述多输入 比较器还包括与第二差分晶体管的源极相连的电流源。进一步的，在第一电压等于第二电压与所述电阻的压降之和时，所述多输入比较 器的输出翻转。进一步的，所述注入电流源向所述电流输入端注入电流，所述电阻的压降包括所 述注入电流在所述电阻上引起的压降，所述抽取电流源从所述电流输入端抽取电流，所述 电阻的压降包括所述抽取电流在所述电阻上引起的压降。进一步的，所述多输入比较器还包括第二电阻，第一电阻的一端与第一差分晶体 管的源极相连，第二电阻的一端与第二差分管的源极相连，第一电阻的另一端与第二电阻 的另一端相连，其中第一电阻与第一差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接注入电流源；或第二电阻与第二差分晶体管相连的节点作为 所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接抽取电流源。进一步的，其还包括与第一电阻和第二电阻的中间节点相连的电流源。进一步的，在第一电压等于第二电阻和第一电阻的压降差与第二电压之和时，所 述多输入比较器的输出翻转。进一步的，所述注入电流源向所述电流输入端注入电流，第二电阻和第一电阻的 压降差包括所述注入电流在第二电阻和第一电阻上引起的压降差，所述抽取电流源从所述 电流输入端抽取电流，第二电阻和第一电阻的压降差包括所述抽取电流在第二电阻和第一 电阻上引起的压降差。进一步的，第一差分晶体管和第二差分晶体管同为NMOS晶体管或PMOS晶体管。

进一步的，第一差分晶体管的长宽比等于第二差分晶体管的长宽比。进一步的，所述多输入比较器还包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管、电 流源和反向器，所述第一晶体管的漏极与所述第一差分晶体管的漏极相连，其源极接地，其 栅极与其漏极相连；所述第二晶体管的漏极与所述第二差分晶体管的漏极相连，其源极接 地，其栅极与第一晶体管的栅极相连；所述第三晶体管的漏极与电流源相连，其源极接地， 其栅极与第二晶体管的漏极相连，反向器的输入端与电流源和第三晶体管的中间节点相 连，另一端作为电压输出端。进一步的，所述多输入比较器还包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四 晶体管、第五晶体管、第六晶体管和反向器，所述第一晶体管的源极与电源连接，其栅极与 其漏极连接，其漏极与第二晶体管的漏极连接，所述第二晶体管的源极接地；所述第三晶体 管的漏极与所述第一差分晶体管的漏极相连，其源极接地，其栅极与所述第二晶体管的栅 极相连；第四晶体管的漏极与所述第二差分晶体管的漏极相连，其源极接地；第六晶体管 的源极与电源相连，其栅极与第一晶体管的栅极相连，其漏极与第五晶体管的漏极相连；第 五晶体管的源极接地，其栅极与所述第四晶体管的栅极相连；反向器的输入端与第六晶体 管和第五晶体管的中间节点相连，其输出端作为所述多输入比较器的电压输出端；其中，第 二晶体管和第三晶体管组成电流镜，第四晶体管和第五晶体管组成电流镜，第一晶体管和 第六晶体管组成电流镜。进一步的，所述多输入比较器还包括第一晶体管、第二晶体管，第三晶体管、第四 晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第一反向器和第二反向器，所述第一晶体管的源极与电 源相连，其漏极与第三晶体管的漏极相连，其栅极与其漏极相连，第三晶体管的源极与第五 晶体管的漏极相连，第五晶体管的源极接地；所述第二晶体管的源极与电源相连，其漏极与 第四晶体管的漏极相连，其栅极与第一晶体管的栅极相连，第四晶体管的源极与第六晶体 管的漏极相连，其栅极与第三晶体管的栅极相连，第六晶体管的源极接地，其栅极与第五晶 体管的栅极相连；第一反向器的输入端与第二晶体管和第四晶体管的中间节点相连，其输 出端与第二反向器的输入端相连，第二反向器的输出端作为所述多输入比较器的电压输出 端；其中，第一晶体管和第二晶体管组成电流镜，第三晶体管和第四晶体管组成电流镜，第 五晶体管和第六晶体管组成电流镜。进一步的，在第一电压等于第二电压与一偏差电压之和时，所述多输入比较器的 输出翻转，其中所述偏差电压包括所述电流引起的偏差电压。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种电源转换电路，其包括所述的多输入比 较器，其电流输入端连接注入直流电流源或抽取直流电流源，误差放大信号作为第一电压 输入第一电压输入端，三角波信号作为第二电压输入第二电压输入端，其用于比较误差放 大信号和三角波信号产生脉宽调制信号；包括功率开关的功率转换极，用于在功率开关的 导通和关断的控制下将一输入电压转换为一输出电压，其中所述脉宽调制信号驱动所述功 率开关的导通和关断；电压采样电路，用于采样所述输出电压得到一反馈电压；误差放大 器，用于将参考电压和反馈电压进行误差放大以生成所述误差放大信号。进一步的，其还包括有电流采样电路，用于采样功率转换器中的电感电流，并将所述采样电流以注入方式或抽取方式连接至所述电流输入端。与现有技术相比，在本发明中通过在比较器中增加电流输入端，不但可以完成更 为复杂的比较功能，还可以简化电路设计。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它 的附图。其中图1为PWM比较器的比较原理示意图；图2为电压提升前后的两个锯齿波信号的示意图；图3为一种传统的提升锯齿波信号Ramp的电路图；图4为传统电流模式实现误差放大器输出信号EAO减去电流采样信号ISEN，再与 提升后的锯齿波信号RampSH比较产生脉宽调制信号PWMO的电路原理图；图5A为本发明多输入比较器在第一实施例中的第一种实现方式的电路示意图；图5B为本发明多输入比较器在第一实施例中的第二种实现方式的电路示意图；图5C为本发明多输入比较器在第一实施例中的第三种实现方式的电路示意图；图5D为本发明多输入比较器在第一实施例中的第四种实现方式的电路示意图；图5E为本发明多输入比较器在第一实施例中的第五种实现方式的电路示意图；图5F为本发明多输入比较器在第一实施例中的第六种实现方式的电路示意图；图6A为本发明多输入比较器在第二实施例中的第一种实现方式的电路示意图；图6B为本发明多输入比较器在第二实施例中的第二种实现方式的电路示意图；图7为本发明多输入比较器在第三实施例中的电路示意图；图8A为本发明电源转换电路在一实施例中的第一种实现方式的电路示意图；图8B为本发明电源转换电路在一实施例中的第二种实现方式的电路示意图；图8C为本发明电源转换电路在一实施例中的第三种实现方式的电路示意图；和图8D为本发明电源转换电路在一实施例中的第四种实现方式的电路示意图。
具体实施方式本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接 或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员 使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换 句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法、程序、成分和电路已经很容易理解，因 此它们并未被详细描述。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一 个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，表示一个或多 个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构 成对本发明的限制。图5A为本发明多输入比较器在第一实施例500中的第一种实现方式的电路示意 图。请参阅图5A所示，所述多输入比较器500包括第一差分晶体管MP51、与第一差分晶体 管MP51形成差分晶体管对的第二差分晶体管MP52、第一电阻R51、第二电阻R52和电流源 151，其中所述第一差分晶体管MP51的长宽比等于第二差分晶体管MP52的长宽比。所述第一差分晶体管MP51为PMOS管，其栅极作为所述多输入比较器的第一电 压输入端，所述第一电压输入端接收第一电压EAO ；所述第二差分晶体管MP52也为PMOS 管，其栅极作为所述多输入比较器的第二电压输入端，所述第二电压输入端接收第二电压 Ramp，所述第一电阻R51的一端与第一差分晶体管MP51的源极相连，所述第二电阻R52的 一端与第二差分晶体管MP52的源极相连，所述第一电阻R51的另一端与第二电阻R52的另 一端相连在节点Vcm，所述电流源151以注入方式连接在节点Vcm上。所述第一电阻R51与第一差分晶体管MP51相连的节点作为所述多输入比较器500 的电流输入端INJ，所述电流输入端INJ连接注入电流源，所述注入电流源可以向电流输入 端注入电流。需要注意的是，一节点连接注入电流源(Current Source)意味着该注入电流 源会向该节点注入一电流，一节点连接抽取电流源(Current Sink)意味着该抽取电流源会 向该节点抽取一电流。所述多输入比较器500还包括匪OS管丽51、丽52和MN53、电流源152和反向器 INV51。所述NMOS管丽51的漏极与所述第一差分晶体管MP51的漏极相连，其源极接地，其 栅极与其漏极相连；所述NMOS管MN52的漏极与所述第二差分晶体管MP52的漏极相连，其 源极接地，其栅极与NMOS管丽51的栅极相连。所述NMOS管丽51和丽52形成1 1的电 流镜。所述NMOS管丽53的漏极与电流源152相连，其源极接地，其栅极与NMOS管丽52的 漏极相连，反向器INV51的输入端与电流源152和NMOS管丽53的中间节点相连，另一端作 为电压输出端PWMO。根据比较器的原理，第二差分晶体管MP52的电流等于NMOS管丽52的电流时为比 较器的翻转点，又NMOS管丽51和NMOS管丽52为1 1电流镜且第一差分晶体管MP51的 长宽比等于第二差分晶体管MP52的长宽比，所以对应翻转点时，第一差分晶体管MP51的栅 源电压Vgs和第二差分晶体管MP52的栅源电压Vgs也相等，根据电路原理可得VEAO = Vcm-VR51-1 VGSmp51 |，VRamp = Vcm-VR52-1 VGSmp52 |，因此 VEAO-VRamp = VR52-VR51 = R52*(I1+IINJ)-R51*I1，则VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R52* (I1+INJ) -R51*I1(1)
其中VEAO为误差放大信号EAO的电压，VRamp为锯齿波Ramp的电压，VR51为第一 电阻R51上的电压降，VGSmp51为MP51管的栅源电压，VGSmp52为MP52管的栅源电压，Vcm为 Vcm节点的电压，Il为流过第一电阻R51的电流，Iiw为向电流输入端注入的电流，V。ffsrtl表 示偏差电压。从式(1)可以看出，所述多输入比较器500实现了 VEAO与VRamp+V。ffset的比较。 在一个优选的实施例中，可以选择第一电阻R51的电阻等于第二电阻R52的电阻，均为R，那 么V。ffset = R*IIW，如果Iiw为一直流电流，则等效将VRamp信号提升了 R*IIW，如果Iiw为一 采样电流ISEN，则可以实现VRamp与采样电流ISEN对应的电压的相加。在其他实施例中， 也可以选择第一电阻R51的电阻不等于第二电阻R52的电阻，为了更容易实现VRamp信号 的提升，最好选择第二电阻R52的电阻大于第一电阻R51。注入电流Iiw可以容易的从通 常存在与各种模拟芯片中的参考电流源电路中得到，可以为基于constant-gm型电流源产 生电路，也可以为基于AVBE/R型、Vth/R型、VBE/R型或基于带隙(Band-gap)基准的电流源 产生电路。基于带隙(Band-gap)基准的电流源可以取得更好的效果，提升的电压幅度更恒 定，与带隙电压成比例。在其他实施例中，也可以设置所述第一差分晶体管MP51的长宽比不等于第二差 分晶体管MP52的长宽比，此时所述NMOS管丽51和丽52的长宽比也必须不相等，可以随意 的设置MP51和MP52的长宽比以及丽51和丽52的长宽比，只要能够保证比较器在翻转时， MP51和MP52的栅源电压相等即可。与现有技术相比，在本发明中，不再需要图3所示的复杂且响应速度慢的锯齿波 提升电路，也不再需要图4所示的误差放大信号EAO与电流采样信号ISEN的相减电路，仅 仅需要在普通比较器中增加两个电阻以及一个电流输入端就可以实现RAMP信号的电压提 升以及采样电流与误差放大信号EAO相减的效果，大大简化了电路结构，同时也提高了响 应速度。 图5B为本发明多输入比较器在第一实施例500中的第二种实现方式的电路示意 图。请结合参阅图5A和图5B所示，图5B示出的多输入比较器与图5A示出的多输入比 较器基本相同，不同之处在于图5B示出的多输入比较器中的第二电阻R52与第二差分 晶体管MP52相连的节点作为所述多输入比较器500的电流输入端INJ，所述电流输入端 INJ连接抽取电流源，所述抽取电流源可以从电流输入端抽取电流。其中，式(I)VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R52* (I1+IIW)-R51*I1同样适用于图5B示出的多输入比较器，其中 Iiw改为表示抽取电流。图5C为本发明多输入比较器在第一实施例500中的第三种实现方式的电路示意 图。请结合参阅图5A和图5C所示，图5C示出的多输入比较器与图5A示出的多输入比较 器大部分相同，不同之处在于图5C示出的多输入比较器中不设置第一电阻R51，第一差分 晶体管MP51的源极作为所述多输入比较器500的电流输入端INJ。同样的，式⑴VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R52* (I1+IIW)-R51*I1同样适用于图5C示出的多输入比较器，只是 此时R51的电阻值变成了 0，将上述公式进行修改后即可，VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R52*(I1+IIW)，Il为电流源151流向第一差分晶体管MP51的电流。图5D为本发明多输入比较器在第一实施例500中的第四种实现方式的电路示 意图。请结合参阅图5C和图5D所示，图5D示出的多输入比较器与图5C示出的多输入比较器大部分相同，不同之处在于图5D示出的多输入比较器中的第二差分晶体管MP51 和第二电阻R52的连接点作为所述多输入比较器500的电流输入端INJ，所述电流输入端 INJ连接抽取电流源，所述抽取电流源可以从电流输入端抽取电流。同样的，公式VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R52* (I1+IIW)，同样适用于图5D示出的多输入比较器，其中Iinj表 示抽取电流，Il为电流源151流向第一差分晶体管MP51的电流。图5A-D中示出的差分晶体管MPl和MP2均为PMOS晶体管，很显然，它们也可以有 其他晶体管实现，比如NMOS晶体管。图5E为本发明多输入比较器在第一实施例500中的第五种实现方式的电路示意 图，其中差分晶体管均为NMOS晶体管。请结合参阅图5A、图5B和图5E所示，图5E示出的 多输入比较器与图5A和图5B示出的多输入比较器的主要区别在于图5A和图5B中的晶 体管MP51和MP52为差分晶体管对，图5E中的晶体管MN51和MN52为差分晶体管对，PMOS 晶体管修改为了 NMOS晶体管，以及其他改动。请参看图5E所示，在第一电阻R51和第一差 分晶体管丽51的连接节点INJl作为电流输入端时，所述电流输入端连接注入电流源。此 时，VEAO = Vcm+VR51+1 VGSmp51 |，VRamp = Vcm+VR52+1 VGSmp52 |，因此 VEAO-VRamp = VR51-VR52 = R51* (I2+I而)-R52*I2，令V。ffset2 = R51* (I2+I而)-R52*I2，则VEAO = VRamp+Voffset2(2)其中12为流过第二电阻R52的电流，Iiw为向电流输入端注入的电流，V。ffsrt2表示 偏差电压。从式⑵可以看出，图5E示出的多输入比较器可以起到和图5A同样的Ramp信 号的提升效果，只是此时偏差电压变为第一电阻的压降减去第二电阻的压降。在图5E示出的多输入比较器中，在第二电阻和第二差分晶体管丽52的连接节点 INJ2作为电流输入端时，所述电流输入端连接抽取电流源，所述抽取电流源可以从电流输 入端抽取电流，其中，公式⑵VEAO = VRamp+Voffset2,V0ffset2 = R51*(I2+IIW)-R52*I2 同样适 用，只是Iiw改为表示抽取电流。图5F为本发明多输入比较器在第一实施例500中的第六种实现方式的电路示 意图，其中差分晶体管也均为NMOS晶体管。请结合参阅图5E和图5F所示，图5F示出的 多输入比较器与图5E示出的多输入比较器的主要区别在于图5F示出的多输入比较器 中不设置第二电阻R52。在第一电阻R51和第一差分晶体管丽51的连接节点作为电流输 入端INJl时，所述电流输入端连接注入电流源，此时公式⑵VEAO = VRamp+Voffset2, V0ffset2 =R51*(I2+IIW)-R52*I2同样适用，只是此时R52的电阻值变成了 0，简化公式得VEA0 = VRamp+Voffset2, V0ffset2 = R51* (I2+IINJ)，12 为从第二差分晶体管 MP52 流向电流源 152 的电 流。在第二差分晶体管MN52的源极作为电流输入端INJ2时，所述电流输入端连接抽取电 流源，此时公式VEAO = VRamp+Voffset2, V0ffset2 = R51*(I2+IIW)同样适用，Iiw表示从电流输 入端INJ2抽取的电流。图6A为本发明多输入比较器在第二实施例600中的第一种实现方式的电路示意图。请对比参考图5A、图5B和图6A所示，与图5A和图5B示出的多输入比较器500相比， 所述多输入比较器600同样包括第一差分晶体管MP61、与第一差分晶体管MP61形成差分晶 体管对的第二差分晶体管MP62、第一电阻R61、第二电阻R62和电流源161，并且上述电器件的连接方式与图5A和图5B相同，此处不再重复描述。在一种实现方式中，第一电阻R61 和第一差分晶体管MP61的连接节点INJl可以作为电流输入端，此时所述电流输入端连接 注入电流源。在另一种实现方式中，第二电阻R62与第二差分晶体管MP62相连的节点INJ2 也可以作为电流输入端，此时所述电流输入端INJ连接注入电流源。所述多输入比较器600还包括PM0S管MP63和MP64，匪OS管MN61、MN62、MN63 和MN64，反向器INV61。所述PMOS管MP63的源极与电源VDD连接，其栅极与其漏极连接， 其漏极与NMOS管MN64的漏极连接，所述MN64的源极接地。所述MN61管的漏极与所述第 一差分晶体管MP61的漏极相连，其源极接地，其栅极与所述NMOS管MN64的栅极相连；NMOS 管MN62的漏极与所述第二差分晶体管MP62的漏极相连，其源极接地。PMOS管MP64的源极 与电源VDD相连，其栅极与PMOS管MP63的栅极相连，其漏极与NMOS管MN63的漏极相连； NMOS管MN63的源极接地，其栅极与所述NMOS管MN62的栅极相连。反向器INV61的输入端 与PMOS管MP64和NMOS管MN63的中间节点相连，其输出端作为所述多输入比较器600的 电压输出端P^O。其中，MN61和丽64组成电流镜，丽63和丽62组成电流镜，MP63和MP64 组成电流镜。在连接节点INJl 作为电流输入端时，式(1) VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R52*(I1+IIW)-R51*I1同样可以适用于多输入比较器600，只是此时需要将公式更新为式 (3)VEAO = VRamp+Voffsetl,Voffsetl = !^？^^+工而丨-！^^^，此时 I而表示注入电流。在连接 节点 INJ2 作为电流输入端时，式 VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R62* (I1+IINJ)-R61*I1 同 样可以适用，此时Iiw表示抽取电流。

图6B为本发明多输入比较器在第二实施例600中的第二种实现方式的电路示意 图。请结合参阅图6A和图6B所示，图6B示出的多输入比较器与图6A示出的多输入比较 器大部分相同，不同之处在于图6B示出的多输入比较器中不设置第一电阻R61，第一差 分晶体管MP61的源极为INJ1。在连接节点INJl作为电流输入端去连接注入电流源时，式 (3)VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R62*(I1+IINJ)-R61*I1 同样适用，只是此时 R61 = 0，这 样公式变成了 VEA0 = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R62* (I1+IIW)，此时 Iiw 表示注入电流。在 连接节点INJ2作为电流输入端去连接抽取电流源时，式VEAO = VRamp+Voffsetl, Voffsetl = R62*(I1+IIW)，此时Iiw表示抽取电流。图7为本发明多输入比较器在第三实施例700中的电路示意图。请对比参考图 6A所示，与图6A示出的多输入比较器600相比，所述多输入比较器700同样包括第一差分 晶体管MP71、与第一差分晶体管MP71形成差分晶体管对的第二差分晶体管MP72、第一电阻 R71、第二电阻R72和电流源171，并且上述电器件的连接方式与图6A相同，此处不再重复 描述。在一种实现方式中，第一电阻R71和第一差分晶体管MP71的连接节点INJl可以作 为电流输入端，此时所述电流输入端连接注入电流源。在另一种实现方式中，第二电阻R72 与第二差分晶体管MP72相连的节点INJ2也可以作为电流输入端，此时所述电流输入端INJ 连接注入电流源。所述多输入比较器700还包括PM0S管MP73、MP74,匪OS管MN73、MN74、MN71禾口 丽72，第一反向器INV71和第二反向器INV72。所述PMOS管MP73的源极与电源VDD相连， 其漏极与NMOS管丽73的漏极相连，其栅极与其漏极相连，NMOS管丽73的源极与NMOS管 丽71的漏极相连，丽71的源极接地。所述PMOS管丽74的源极与电源VDD相连，其漏极与NM0S管丽74的漏极相连，其栅极与MP73管的栅极相连，丽74的源极与NM0S管丽72的漏 极相连，其栅极与丽73管的栅极相连，丽72的源极接地，其栅极与丽71的栅极相连。第一 反向器INV71的输入端与PM0S管MP74和NM0S管丽74的中间节点相连，其输出端与第二 反向器INV72的输入端相连，第二反向器INV72的输出端作为所述多输入比较器700的电 压输出端PWM0。其中，MN71和MN72组成电流镜，MN73和MN74组成电流镜，MP73和MP74组 成电流镜。与其他实施例中的多输入比较器相同，所述多输入比较器700同样遵循式VEA0 = VRamp+Voffsetl,Voffsetl = R72*(I1+IIW)-R71*I1。在一个优选的实施例中，同样可以设置第一 电阻R71为0。可以看出，本发明中的多输入比较器通过在第一差分晶体管和/或第二差分晶体 管的源极连接第一电阻和/或第二电阻来实现第一差分晶体管的栅极电压VEA0与第二差 分晶体管的栅极电压VRamp和偏差电压之和的比较，上述设置可以应用到各种类型的比较 器输入级中，比较器的第一级或其他级有很多现有实现方式，此处就不一一介绍了。在其他实施例中，同样可以采用NM0S晶体管来实现图6A、图6B和图7示出的多输 入比较器中的差分晶体管对，具体实现可参照图5E和图5F示出的多输入比较器。图8A为本发明电源转换电路在一实施例800中的第一种实现方式的电路示意图。 请参阅图8A所示，所述电源转换电路800包括一多输入比较器810、功率转换级830、电压 采样电路840和误差放大器850。其中所述多输入比较器810可以为图5-7中示出的任意 一种，由上述描述可知，其不仅具有两个电压输入端，还包括有一个电流输入端INJ，所述电 流输入端INJ连接注入直流电流源IDC，误差放大信号EA0作为第一电压输入第一电压输入 端，三角波信号Ramp作为第二电压输入第二电压输入端，其用于比较误差放大信号EA0和 三角波信号Ramp产生脉宽调制信号。所述功率转换级830包括功率开关，用于在功率开关 的导通和关断的控制下将一输入电压Vin转换为一输出电压Vo，其中所述脉宽调制信号驱 动所述功率开关的导通和关断。电压采样电路840用于采样所述输出电压得到一反馈电压 Vfb。误差放大器850将参考电压Vref和反馈电压Vfb进行误差放大以生成所述误差放大 信号EA0。在一个实现方式中，所述三角波信号Ramp —般是通过振荡器0SC产生的，所述脉 宽调制信号则是通过PWM控制器820来驱动所述功率开关的导通和关断的。此时，多输入比 较器810在误差放大信号EA0等于三角波信号Ramp与一偏差电压之和时，所述多输入比较 器PWM输出的脉宽调制信号才翻转，即由高电平跳变为低电平，或由低电平跳变为高电平， 所述偏差电压与注入电流呈线性比例关系。图8B为本发明电源转换电路在一实施例800中的第二种实现方式的电路示意图。 请结合参阅图8A和图8B所示，图8B示出的电源转换电路与图8A示出的电源转换电路大 部分相同，不同之处在于所述电源转换电路800还包括一电流采样电路860，用于采样功 率转换级中功率开关的电流，并将所述采样电流以注入方式连接至所述电流输入端。图8C为本发明电源转换电路在一实施例800中的第三种实现方式的电路示意图。 请结合参阅图8A和图8C所示，图8C示出的电源转换电路与图8A示出的电源转换电路大 部分相同，不同之处在于所述多输入比较器810的电流输入端输入的电流以抽取的方式 连接直流电流源IDC。图8D为本发明电源转换电路在一实施例800中的第四种实现方式的电路示意图。请结合参阅图8B和图8D所示，图8D示出的电源转换电路与图8B示出的电源转换电路大 部分相同，不同之处在于直流电流源IDC和通过电流采样电路860得到的功率开关的电流 以抽取的方式连接所述多输入比较器的电流输入端。综上所述，本发明的多输入比较器增加一个电流输入端后可完成更为复杂的比较 功能，还可以简化电路设计。上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式
。需要指出的是，熟悉该领域的 技术人员对本发明的具体实施方式
所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。 相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式
。
权利要求
一种多输入比较器，其包括第一差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第一电压输入端，所述第一电压输入端接收第一电压；与第一差分晶体管形成差分晶体管对的第二差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第二电压输入端，所述第二电压输入端接收第二电压；其特征在于，所述多输入比较器还包括一电阻，所述电阻的一端与第一差分晶体管的源极相连，所述电阻的另一端与第二差分晶体管的源极相连，其中所述电阻与第一差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接注入电流源；或所述电阻与第二差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接抽取电流源。
2.根据权利要求1所述的多输入比较器，其特征在于，所述第一差分晶体管和第二差 分晶体管同为PMOS晶体管，所述多输入比较器还包括与第一差分晶体管的源极相连的电 流源。
3.根据权利要求1所述的多输入比较器，其特征在于，所述第一差分晶体管和第二差 分晶体管同为NMOS晶体管，所述多输入比较器还包括与第二差分晶体管的源极相连的电 流源。
4.根据权利要求1所述的多输入比较器，其特征在于，在第一电压等于第二电压与所 述电阻的压降之和时，所述多输入比较器的输出翻转。
5.根据权利要求3所述的多输入比较器，其特征在于，所述注入电流源向所述电流输 入端注入电流，所述电阻的压降包括所述注入电流在所述电阻上引起的压降，所述抽取电 流源从所述电流输入端抽取电流，所述电阻的压降包括所述抽取电流在所述电阻上引起的 压降。
6.一种多输入比较器，其包括第一差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第一电压输入端，所述第一电压输 入端接收第一电压；与第一差分晶体管形成差分晶体管对的第二差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较 器的第二电压输入端，所述第二电压输入端接收第二电压；其特征在于，所述多输入比较器 还包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与第一差分晶体管的源极相连，第二电阻的 一端与第二差分管的源极相连，第一电阻的另一端与第二电阻的另一端相连，其中第一电阻与第一差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电流输入端，所述电 流输入端连接注入电流源；或第二电阻与第二差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较 器的电流输入端，所述电流输入端连接抽取电流源。
7.根据权利要求5所述的多输入比较器，其特征在于，其还包括与第一电阻和第二电 阻的中间节点相连的电流源。
8.根据权利要求5所述的多输入比较器，其特征在于，在第一电压等于第二电阻和第 一电阻的压降差与第二电压之和时，所述多输入比较器的输出翻转。
9.根据权利要求7所述的多输入比较器，其特征在于，所述注入电流源向所述电流输 入端注入电流，第二电阻和第一电阻的压降差包括所述注入电流在第二电阻和第一电阻上 引起的压降差，所述抽取电流源从所述电流输入端抽取电流，第二电阻和第一电阻的压降差包括所述抽取电流在第二电阻和第一电阻上引起的压降差。
10.根据权利要求9所述的多输入比较器，其特征在于，第一差分晶体管的长宽比等于 第二差分晶体管的长宽比。
11.根据权利要求9所述的多输入比较器，其特征在于，所述多输入比较器还包括第 一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、电流源和反向器，所述第一晶体管的漏极与所述第一 差分晶体管的漏极相连，其源极接地，其栅极与其漏极相连；所述第二晶体管的漏极与所述 第二差分晶体管的漏极相连，其源极接地，其栅极与第一晶体管的栅极相连；所述第三晶体 管的漏极与电流源相连，其源极接地，其栅极与第二晶体管的漏极相连，反向器的输入端与 电流源和第三晶体管的中间节点相连，另一端作为电压输出端。
12.根据权利要求9所述的多输入比较器，其特征在于，所述多输入比较器还包括第 一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管和反向器，所述 第一晶体管的源极与电源连接，其栅极与其漏极连接，其漏极与第二晶体管的漏极连接，所 述第二晶体管的源极接地；所述第三晶体管的漏极与所述第一差分晶体管的漏极相连，其 源极接地，其栅极与所述第二晶体管的栅极相连；第四晶体管的漏极与所述第二差分晶体 管的漏极相连，其源极接地；第六晶体管的源极与电源相连，其栅极与第一晶体管的栅极相 连，其漏极与第五晶体管的漏极相连；第五晶体管的源极接地，其栅极与所述第四晶体管的 栅极相连；反向器的输入端与第六晶体管和第五晶体管的中间节点相连，其输出端作为所 述多输入比较器的电压输出端；其中，第二晶体管和第三晶体管组成电流镜，第四晶体管和 第五晶体管组成电流镜，第一晶体管和第六晶体管组成电流镜。
13.根据权利要求9所述的多输入比较器，其特征在于，所述多输入比较器还包括第 一晶体管、第二晶体管，第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第一反向器和 第二反向器，所述第一晶体管的源极与电源相连，其漏极与第三晶体管的漏极相连，其栅极 与其漏极相连，第三晶体管的源极与第五晶体管的漏极相连，第五晶体管的源极接地；所述 第二晶体管的源极与电源相连，其漏极与第四晶体管的漏极相连，其栅极与第一晶体管的 栅极相连，第四晶体管的源极与第六晶体管的漏极相连，其栅极与第三晶体管的栅极相连， 第六晶体管的源极接地，其栅极与第五晶体管的栅极相连；第一反向器的输入端与第二晶 体管和第四晶体管的中间节点相连，其输出端与第二反向器的输入端相连，第二反向器的 输出端作为所述多输入比较器的电压输出端；其中，第一晶体管和第二晶体管组成电流镜， 第三晶体管和第四晶体管组成电流镜，第五晶体管和第六晶体管组成电流镜。
14.一种电源转换电路，其特征在于，其包括如权利要求1-8任一所述的多输入比较器，其电流输入端连接注入直流电流源或抽取 直流电流源，误差放大信号作为第一电压输入第一电压输入端，三角波信号作为第二电压 输入第二电压输入端，其用于比较误差放大信号和三角波信号产生脉宽调制信号；包括功率开关的功率转换级，用于在功率开关的导通和关断的控制下将一输入电压转 换为一输出电压，其中所述脉宽调制信号驱动所述功率开关的导通和关断；电压采样电路，用于采样所述输出电压得到一反馈电压；和误差放大器，用于将参考电压和反馈电压进行误差放大以生成所述误差放大信号。
15.根据权利要求14所述的多输入比较器，其特征在于，其还包括有电流采样电路，用于采样功率转换级中功率开关的电流，并将所述采样电流以注入方式或抽取方式连接至所述电流输入端。
16. 一种多输入比较器，其包括第一差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第一电压输入端，所述第一电压输入端接收第一电压；与第一差分晶体管形成差分晶体管对的第二差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较 器的第二电压输入端，所述第二电压输入端接收第二电压；其特征在于，所述多输入比较器 还包括一电流输入端，向所述电流输入端注入电流或从所述电流输入端抽取电流，在第一电压等于第二电压与一偏差电压之和时，所述多输入比较器的输出翻转，其中 所述偏差电压包括所述电流引起的偏差电压。
全文摘要
本发明提供一种多输入比较器，其包括第一差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第一电压输入端，所述第一电压输入端接收第一电压；与第一差分晶体管形成差分晶体管对的第二差分晶体管，其栅极作为所述多输入比较器的第二电压输入端，所述第二电压输入端接收第二电压；第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与第一差分晶体管的源极相连，第二电阻的一端与第二差分晶体管的源极相连，第一电阻的另一端与第二电阻的另一端相连，其中第一电阻与第一差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接注入电流源；或第二电阻与第二差分晶体管相连的节点作为所述多输入比较器的电流输入端，所述电流输入端连接抽取电流源。
文档编号H02M3/135GK101847981SQ20101014428
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者杨晓东, 王钊, 董贤辉 申请人:无锡中星微电子有限公司