跨导器系统的制作方法

本发明大体上涉及电子系统，且更特定来说，涉及跨导器系统。

背景技术：

跨导器(例如跨导放大器)是将输入信号(例如输入电压)转换成输出信号(例如输出电流)的电路装置。跨导器可具有定义所述跨导器的增益的跨导，使得所述跨导可响应于输入信号定义输出信号的振幅。跨导器可实施于多种电路应用中，例如实施于电力供应系统中。举例来说，给定电力供应系统可基于输入电压生成输出电压，其中输入及输出电压两者都是潜在地高度可变的。针对降压转换器，作为实例，输入电压可大于输出电压。电力供应系统可包含输入电流控制环路及可展现环路增益的差分电流均衡环路(例如双相)，所述环路增益对输入电压及/或输出电压可具有一定依赖性。环路增益还可受响应时间影响，例如响应于输入电压及/或输出电压的瞬态变化，且还可受输入电压及/或输出电压的相应振幅的带宽影响。

技术实现要素：

一个实例包含一种跨导器系统。所述系统包含响应于第一输入电压生成控制电流的第一跨导放大器。所述系统还包含响应于第二输入电压生成输出信号的第二跨导放大器。所述系统进一步包含响应于所述控制电流及第三输入电压生成控制电压的中间放大器。所述控制电压可经提供到所述第一及第二跨导放大器以将所述第一及第二跨导放大器中的每一者的跨导设置为近似相等。

另一实例包含一种跨导器系统。所述系统包含：第一跨导放大器，其响应于第一输入电压生成控制电流；及第二跨导放大器，其响应于第二输入电压生成输出信号。所述系统还包含响应于所述控制电流及第三输入电压生成控制电压的中间放大器。所述控制电压可经提供到所述第一及第二跨导放大器以将所述跨导器系统的跨导设置为与所述第三输入电压与所述第一输入电压的比成比例。

另一实例包含一种电力调节器系统。所述系统包含：整流器，其将ac输入电压转换成输入电压；及降压调节器，其响应于电力调节信号生成输出电压。所述系统进一步包含响应于所述输入电压及所述输出电压生成所述调节信号的跨导器系统。所述跨导器系统可具有与所述输入电压与所述输出电压的比成比例的跨导。

附图说明

图1说明跨导器系统的实例。

图2说明电力供应系统的实例。

图3说明跨导器电路的实例。

具体实施方式

本发明大体上涉及电子系统，且更特定来说，涉及跨导器系统。所述跨导器系统可经配置以响应于一组输入信号生成输出信号。所述跨导器系统可包含经配置以响应于第一输入电压生成控制电流的第一跨导放大器。作为实例，第一输入电压可对应于从包含所述跨导器的电力供应系统中的降压转换器提供的输出电压。输出电压可因此经由分压器提供到第一跨导放大器以向第一跨导放大器提供一对输入。跨导器系统还可包含第二跨导放大器，其经配置以响应于第二输入电压生成输出信号。作为实例，第二输入电压可对应于电流监测电压，所述电流监测电压对应于与(例如)从整流器提供到包含跨导器的电力供应系统的输入电压相关联的输入电流的振幅。电流监测电压可因此与对应于希望将输入电流的振幅调节到其的电流振幅的经预先确定的参考电压一起提供到第二跨导放大器。

跨导器系统进一步包含可对应于电压放大器的中间放大器，其经配置以响应于控制电流及第三输入电压生成控制电压。作为实例，第三输入电压可对应于提供到电力供应系统的输入电压。控制电压可因此提供到第一及第二跨导放大器中的每一者以控制第一及第二跨导放大器中的每一者的跨导。作为实例，第一及第二跨导放大器可由制造匹配的组件(例如关于相关联晶体管)制造，使得控制电压可将第一及第二跨导放大器的跨导设置为近似相等。第二跨导放大器可生成可提供到电力调节器(例如降压调节器)的调节输出信号，使得跨导器系统可具有与输入电压(例如第三输入电压)与输出电压(例如第一输入电压)的比成比例的跨导以调节输入电流的振幅。因此，具有与输出电压与输入电压的比成比例的环路增益的电力调节器系统的控制环路可经由具有与输入电压与输出电压的比成比例的跨导的跨导器系统来控制，以提供不依赖于输入电压或输出电压的振幅的电力调节。

图1说明跨导器系统10的实例。跨导器系统10可实施于需要将电压转换成输出信号(例如输出电流)的多种电路应用中的任何者中。在图1的实例中，跨导器系统10生成调节输出信号，其演示为可产生电压vreg的电流ireg。作为实例，跨导器系统10可实施于电力供应系统(例如降压电力供应系统)中，例如用于给电子装置的电池充电。

跨导器系统10包含第一跨导放大器12、第二跨导放大器14及中间放大器16。第一跨导放大器12经配置以响应于第一输入电压v1生成控制电流ictrl。作为实例，第一输入电压v1可对应于从包含跨导器系统10的电力供应系统中的降压转换器提供的输出电压。举例来说，第一输入电压v1可经由分压器(未展示)提供到第一跨导放大器12以提供与第一输入电压v1相关联的两个成比例电压。

第二跨导放大器14经配置以响应于第二输入电压v2且响应于经预先确定的参考电压vref生成电流ireg。作为实例，第二输入电压v2可对应于与相关联于可对应于提供到相关联电力供应系统(例如从整流器)的输入电压的第三输入电压v3的电流的振幅相关联的电流监测电压。经预先确定的参考电压vref可对应于希望将输入电流的(例如，第三输入电压v3的)振幅调节到其的电流振幅。因此，第二跨导放大器14可生成可基于第二输入电压v2与经预先确定的参考电压vref之间的振幅差产生电压vreg的电流ireg。

中间放大器16可经配置为电压放大器，其经配置以响应于控制电流ictrl且响应于可对应于相关联电力供应系统的输入电压的第三输入电压v3生成控制电压vctrl。在图1的实例中，控制电压vctrl提供到第一跨导放大器12及第二跨导放大器14中的每一者以控制第一跨导放大器12及第二跨导放大器14中的每一者的相应跨导。作为实例，第一跨导放大器12及第二跨导放大器14可由相应制造匹配的组件(例如关于相关联晶体管，例如包含差分对)制造，使得控制电压vctrl可将第一跨导放大器12及第二跨导放大器14的跨导设置为近似相等。举例来说，第一跨导放大器12及中间放大器16可以反馈布置配置，使得控制电压vctrl的振幅经调整以相对于第三输入电压v3调节控制电流ictrl。控制电压vctrl的调整可因此将第二跨导放大器14的跨导设置为近似等于第一跨导放大器12，使得第二跨导放大器14可基于相对于经预先确定的参考电压vref的第二输入电压v2且基于第一跨导放大器12及第二跨导放大器14的跨导生成电压vreg。

基于跨导器系统10的操作，跨导器系统10可具有与第一输入电压v1与第三输入电压v3的比成比例的跨导。如先前描述，可提供到可具有控制环路的电力调节器(例如降压调节器)的电力调节电压vreg与输出电压与输入电压的比成比例。通过从降压电力调节器提供第三输入电压v3作为输入电压及通过提供第一输入电压v1作为提供到电力调节器系统(例如从整流器)的输出电压，电力调节器系统的控制环路可提供电力调节，其不依赖于电力调节系统的输入电压或输出电压的振幅，如本文中描述。

图2说明电力供应系统50的实例。电力供应系统50可对应于ac-dc电力供应系统，其经配置以将ac电力电压(在图2的实例中演示为电压vac)转换成dc电力电压(在图2的实例中演示为输出电压vout)。作为实例，电力供应系统50可实施于充电电路中以给便携式电子装置的电池充电。

电力供应系统50包含整流器52，其经配置以对ac输入电压vac进行整流以生成具有输入电流iin的dc输入电压vin(在下文中为“输入电压vin”)。除了对ac输入电压vac进行整流以生成输入电压vin之外，整流器52还可包含数个其它电力调节功能(例如，滤波及/或降压放大)。输入电压vin经提供到跨导器系统54及电流监测器56。作为实例，电流监测器56经配置以监测输入电流iin的振幅，且因此经配置以生成提供到跨导器系统54的监测电压vcm。电流监测电压vcm可因此具有与输入电流iin成比例的振幅。

电力供应系统50进一步包含降压转换器58，其经配置以基于由跨导器系统54生成的电力调节电压vreg生成输出电压vout。降压转换器58可经配置为多种切换降压转换器中的任何者，其经配置以按比电力调节电压vreg更小的振幅提供输出电压vout作为dc电压。输出电压vout以反馈方式提供到跨导器系统54，如本文中更详细描述。

跨导器系统54可经配置以基于提供电力调节电压vreg调节与输入电压vin相关联的电流。作为实例，跨导器系统54可基本上类似于图1的实例中的跨导器系统10那样配置。举例来说，跨导器系统10的第一输入电压v1可对应于图2的实例中的输出电压vout，且跨导器系统10的第三输入电压v3可对应于图2的实例中的输入电压vin。因此，跨导器系统54可经配置以按与输入电压vin与输出电压vout的比成比例的跨导提供电力调节电压vreg。另外，跨导器系统10的第二输入电压v2可对应于监测电压vcm，使得跨导可经设置以基于电流iin的振幅基于经预先确定的参考电压vref提供电力调节电压vreg，如先前描述。

图3说明跨导器电路100的实例。跨导器电路100可实施于需要将电压转换成输出信号的多种电路应用中的任何者中。在图3的实例中，跨导器电路100生成可转换成电压vreg1及vreg2作为差分输出信号的一对调节输出电流ireg1及ireg2。跨导器电路100可对应于图2的实例中的跨导器系统54。因此，在图3的实例的以下描述中可参考图2的实例。

跨导器电路100包含第一跨导放大器102、第二跨导放大器104及中间放大器106。第一跨导放大器102经配置以响应于输出电压vout而生成控制电流ictrl。在图3的实例中，输出电压vout提供到由一组电阻器r1、r2及r3形成的分压器。分压器在电阻器r1与r2之间提供第一分压vout1，且在电阻器r2与r3之间提供第二分压vout2，其中电阻器r3耦合到低压轨(例如接地)。第一分压vout1提供到p沟道金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet，下文为“p-fet”)p1的栅极，且第二分压vout2提供到p-fetp2的栅极。p-fetp1及p2经布置为具有共同源极连接的差分对，其中p-fetp1耦合到二极管连接的n-fetn1，且p-fetp2耦合到具有耦合到n-fetn1的共同栅极的n-fetn2。n-fetn1及n2在源极处耦合到低压轨，其中n-fetn2在漏极处具有提供控制电流ictrl的输出节点107。另外，第一跨导放大器102包含互连p-fetp1及p2的共同源极及高轨电压vdd的控制p-fetp3。如本文中更详细描述，控制p-fetp3经控制以传导设置第一跨导放大器102的跨导的尾电流igm1。

基于第一跨导放大器102的布置，第一跨导放大器102经配置以基于输出电压vout的振幅且基于通过尾电流igm1设置的跨导生成控制电流ictrl。基于由电阻器r1、r2及r3形成的分压器，分压vout1及vout2各自具有与输出电压vout的振幅成比例的振幅。另外，第一跨导器102具有可基于尾电流igm1的振幅变化的跨导(gm)。因此，控制电流ictrl具有基于输出电压vout的振幅及由尾电流igm1设置的跨导的振幅。

第二跨导放大器104经配置以响应于电压vcm生成调节电流ireg1及ireg2(其可用于生成相应第一调节电压vreg1及第二调节电压vreg2)。在图3的实例中，经预先确定的参考电压vref被提供到p-fetp4的栅极，且电压vcm被提供到p-fetp5的栅极。p-fetp4及p5经布置为具有共同源极连接的差分对，其中p-fetp4耦合到通过在其上提供第一调节电流ireg1(生成第一调节电压vreg1)的第一输出节点110互连的电流源108，且p-fetp5耦合到通过在其上提供第二调节电流ireg2(生成第二调节电压vreg2)的第二输出节点114互连的电流源112。电流源108及112将第一输出节点110及第二输出节点114互连到低压轨。另外，第二跨导放大器104包含控制p-fetp6，其互连p-fetp4及p5的共同源极及高轨电压vdd。如本文中更详细描述，控制p-fetp6经控制以传导设置第二跨导放大器104的跨导的尾电流igm2。

基于第二跨导放大器104的布置，第二跨导放大器104经配置以基于电压vcm相对于经预先确定的参考电压vref的振幅且基于由尾电流igm2设置的跨导生成第一调节电流ireg1及第二调节电流ireg2(生成相应调节电压vreg1及vreg2)。如先前描述，经预先确定的参考电压vref可对应于电力供应系统将电流iin调节到其、电压vcm的振幅基于其的对应电流振幅。另外，第二跨导器104具有可基于尾电流igm2的振幅变化的跨导(gm)。因此，调节电压vreg1及vreg2(例如差分电压vreg)中的每一者具有基于电压vcm相对于经预先确定的参考电压vref的振幅及由尾电流igm2设置的跨导的振幅。

作为实例，第一跨导放大器102及第二跨导放大器104的电路组件可为制造匹配的。如本文中描述，术语关于电路组件“制造匹配”可指代关于大小及/或电特性制造为近似相同且可制造于相同晶片或晶片的相同部分上以提供基本上类似制造、温度及公差特性及敏感度的电路组件。因此，第一跨导放大器102及第二跨导放大器104可展现基本上相同性能特性。另外，p-fetp3及p6可同样是制造匹配的，使得尾电流igm1及igm2可近似相等。因此，第一跨导放大器102及第二跨导放大器104可分别通过近似相等的尾电流igm1及igm2控制以提供近似相等跨导。

在图3的实例中，中间放大器106经配置为电压放大器，所述电压放大器经配置以在控制节点116上生成控制电压vctrl，控制电压vctrl经提供到p-fetp3及p6中的每一者的栅极以设置相应尾电流igm1及igm2的振幅。中间放大器106包含第一n-fetn3及第二n-fetn4，其经布置为具有耦合到将差分电流提供到低压轨的电流源118的共同源极连接的差分对。n-fetn3耦合到二极管连接的p-fetp7，且n-fetn4耦合到具有耦合到p-fetp7的共同栅极的p-fetp8。p-fetp7及p8在源极处耦合到高轨电压vdd，其中p-fetp8具有耦合到在其上提供控制电压vctrl的节点116的漏极。

在图3的实例中，n-fetn3的栅极耦合到在其上提供控制电流ictrl的输出节点107，且还耦合到将输出节点107及节点120互连的电阻器rgm。n-fetn4的栅极耦合到第一电阻器r4及第二电阻器r5，其经布置为相对于输入电压vin的分压器以通过电阻器r4提供电流i1使得n-fetn4的栅极受与输入电压vin成比例的电压控制。电阻器r5耦合到节点120，使得节点120将电阻器r5及具有耦合到低压轨的阴极的二极管d1互连。因此，n-fetn3及n4的差分对受控制电流ictrl及输入电压vin控制。

特定来说，在图3的实例中，控制电流ictrl经由电阻器rgm设置n-fetn3的栅极处的电压振幅，且输入电压vin相对于基于控制电流ictrl的节点120处的电压设置n-fetn4的栅极处的成比例电压。因此，n-fetn3及n4基于输入电压vin及控制电流ictrl在饱和操作模式中操作为差分对。作为响应，中间放大器106操作以使n-fetn3及n4的栅极电压基本上均衡，且因此流过n-fetn3及n4中的每一者的电流均衡。因此，控制电压vctrl的振幅基于由节点120处跨电阻器rgm的电压所提供的控制电流ictrl的振幅引起的n-fetn3与n-fetn4之间的栅极电压差进行调整。因此，控制电压vctrl调整p-fetp3的激活状态以修改尾电流igm1，且因此修改第一跨导放大器102的跨导以按反馈方式修改控制电流ictrl的振幅。控制电流ictrl的振幅的改变因此调整n-fetn3及n4的差分对的差分控制以提供稳态操作。因此，中间放大器106及第一跨导放大器102以反馈方式布置以修改第一跨导放大器102的跨导。

如先前描述，第一跨导放大器102及第二跨导放大器104的电路组件可为制造匹配的，且p-fetp3及p6可同样为制造匹配的。因此，用以经由p-fetp3改变尾电流igm1的振幅的控制电压vctrl的振幅的变化可同样经由p-fetp6改变尾电流igm2的振幅。因此，经由控制电压vctrl的振幅的第一跨导放大器102的跨导的变化可同样导致经由控制电压vctrl的振幅的第二跨导放大器104的跨导的近似相同的变化。因此，第二跨导放大器104可基于相对于经预先确定参考电压vref的电压vcm以与第一跨导放大器102近似相同的跨导提供差分调节电压vreg1及vreg2。

跨导器电路100的操作可以数学方式更佳地解释。第一跨导放大器102的跨导gm1可如下表达为：

gm1＝ictrl/∝vout方程式1

其中：∝vout对应于电压vout1与vout2之间的成比例关系。

中间放大器106的第一n-fetn3的控制可因此如下表达为：

ictrl*rgm＝i1*r5＝vin*(r5/(r4+r5))方程式2

ictrl＝vin*(r5/(r4+r5))*(1/rgm)方程式3

因此，跨导gm1可表达为：

gm1＝(vin/vout)*(r5/(r4+r5))*(1/(∝rgm))方程式4

因此，如方程式4中证实，跨导gm1与输入电压vin与输出电压vout的比成比例。如先前描述，第二跨导放大器104的跨导gm2近似等于跨导gm1。因此，第二跨导放大器104的跨导gm2可表达为：

gm2＝gm1＝(vin/vout)*(r5/(r4+r5))*(1/(∝rgm))方程式5

因此，跨导器电路100可展现与输入电压vin与输出电压vout的比成比例的跨导。如先前描述，可提供到可具有控制环路的降压转换器58的电力调节电压vreg与输出电压vout与输入电压vin的比成比例。举例来说，通过在输入电流调节环路中实施跨导器电路，可消除对vout及vin的正常依赖性(例如，vout/vin*vin/vout＝1)。因此，电力调节器系统50的控制环路可提供对电力调节系统50的输入电压vin或输出电压vout的振幅不依赖的电力调节。此允许最大化环路增益及带宽，这会增强瞬态响应时间且减轻输入源上的潜在过载。跨导器电路100进一步帮助简化使电力调节器系统环路50在存在各种临界频率的情况下稳定。

修改在所描述的实施例中是可能的，且在此申请案的范围内，包含所附权利要求书，其它实施例是可能的。