构成dc-dc转换器的误差放大器和跨导放大器以及增益放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及误差放大器，具体涉及构成DC-DC转换器的误差放大器和跨导放大器 以及增益放大器。
【背景技术】
[0002] DC-DC转换器是一种在电源管理领域中得到广泛应用的重要部件，它可以应用于 手机、移动电源、网络通信、汽车电子、消费电子等领域。随着电源管理技术的快速发展，对 DC-DC转换器的效率、瞬态响应速度、负载调整率、线性调整率等指标要求越来越高，而误差 放大器的性能是决定DC-DC转换器上述指标的重要因素。误差放大器在峰值电流模式脉宽 调制（PWM)控制的DC-DC转换器中的作用是将反馈电压VFB和内部基准电压VREF进行比较， 控制误差放大器输出或者吸收电流，当VREF>VFJt，误差放大器输出电流，当VREF〈VFJt，误差 放大器吸收电流，输出/吸收电流大小正比于|VREF-VFB|。输出/吸收的电流用来对误差放 大器输出端（C0MP)的补偿网络进行充电和放电，形成C0MP端的电压值V_P，C0MP端的电压 值可以控制DC-DC转换器功率开关管的峰值电流，从而控制DC-DC转换器的负载电流。误 差放大器的功耗、直流增益（DCGain)、跨导（Gm)及输出/吸收电流等指标是决定DC-DC转 换器效率、负载调整率、线性调整率和瞬态响应速度的重要因素。
[0003] 现有的误差放大器通常采用两级运放电路结构，该结构具有较高的直流增益，通 过外接电阻和电容来补偿误差放大器的相位裕度，使闭环系统稳定。电路通常采用恒定电 流源偏置，误差放大器输出端C0MP输出/吸收的电流受恒流源限制，瞬态响应较慢。如果 增大恒流源电流将导致误差放大器的功耗增加，直流增益降低，影响DC-DC转换器的效率、 负载调整率和线性调整率指标。目前，低功耗、高增益、快速响应的误差放大器设计是DC-DC 转换器设计关键点及难点。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题之一是提供构成DC-DC转换器的误差放大器；直流增 益大于90dB，跨导大于2000ymhos，静态工作电流〈280yA，由该误差放大器构成的DC-DC 转换器的峰值效率达到95%，线性调整率〈0. 5%，负载调整率〈0. 10%。
[0005] 本发明所要解决的技术问题之二是提供构成DC-DC转换器的跨导放大器，跨导放 大器为误差放大器提供动态偏置电流。由该跨导放大器构成的DC-DC转换器在负载电流瞬 变2A~6A的情况下稳定时间〈200ys。
[0006] 本发明所要解决的技术问题之三是提供构成误差放大器的增益放大器。增益放大 器接收跨导放大器提供的动态偏置电流，将基准电压和反馈电压之差的绝对值放大，输出/ 吸收电流正比于基准电压和反馈电压之差的绝对值；当反馈电压小于基准电压时，增益放 大器的输出端输出电流，当反馈电压大于基准电压时，增益放大器的输出端吸收电流。
[0007] 本发明的第一个技术方案是：构成DC-DC转换器的误差放大器，包括跨导放大器 和增益放大器；其特征在于：跨导放大器将基准电压和反馈电压之差的绝对值放大，输出 电流正比于基准电压和反馈电压之差的绝对值，为增益放大器提供动态偏置电流；增益放 大器将基准电压和反馈电压之差的绝对值放大，输出/吸收电流正比于基准电压和反馈电 压之差的绝对值；当反馈电压小于基准电压时，增益放大器的输出端输出电流，当反馈电压 大于基准电压时，增益放大器的输出端吸收电流。
[0008] 本发明利用跨导放大器控制增益放大器的工作电流，增益放大器的工作电流正比 于IVREF_VFB |，当DC-DC转换器负载电流突变时，反馈电压VFB与基准电压VREF之差的绝对值 增大，跨导放大器将该差值放大，使增益放大器的工作电流提高，从而导致增益放大器的输 出端C0MP输出/吸收的电流增大，达到快速调整增益放大器输出电压V_P的目的，从而快 速调整DC-DC转换器的负载电流。此时增益放大器的输出端等效输出阻抗会暂时降低，直 流增益会暂时降低，随着VeMP电压的快速稳定，DC-DC转换器的负载电流稳定，|VREF-VFB |迅 速减小，增益放大器的工作电流降低，增益放大器的输出端等效输出阻抗升高，直流增益提 高，功耗降低。％_的电压值决定了DC-DC转换器的负载电流能力。利用跨导放大器为增 益放大器提供动态偏置电流，既提高了DC-DC转换器的瞬态响应性能，又降低了DC-DC转换 器自身的功耗，提高了DC-DC转换器的效率、线性调整率和负载调整率等指标。
[0009] 根据本发明所述的构成DC-DC转换器的误差放大器的优选方案，所述跨导放大器 包括第一至第二十跨导级场效应晶体管以及第一至第十偏置场效应晶体管；第一至第五偏 置场效应管的源极、第十一至第十六跨导级场效应管的源极以及第十九、第二十跨导级场 效应管的源极接电源电压端；第一至第四跨导级场效应管的漏极和第十七、第十八跨导级 场效应管的漏极以及第八、第九、第十偏置场效应管的源极接地；第一、第四跨导级场效应 管的栅极同时接基准电压端，第二、第三跨导级场效应管的栅极同时接反馈电压端；第一、 第二跨导级场效应管的源极分别与第五、六跨导级场效应管的源极连接；第五的栅极和漏 极相连，并连接第二偏置场效应管的漏极以及第八、第十跨导级场效应管的栅极；第六跨导 级场效应管的栅极和漏极相连，并连接第三偏置场效应管的漏极以及第七、第九跨导级场 效应管的栅极；第一偏置场效应管的漏极，接第一偏置电流源，并同时连接第一、第二、第 三偏置场效应管的栅极；第七至第十跨导级场效应管的源极同时连接第三、第四跨导级场 效应管的源极；第七跨导级场效应管的漏极同时连接第十一、第十五跨导级场效应管的漏 极和第二十跨导级场效应管的栅极以及第十七跨导级场效应管的源级；第八跨导级场效应 管的漏极同时连接第十二跨导级场效应管的漏极和栅极以及第十一跨导级场效应管的栅 极；第九跨导级场效应管的漏极同时连接第十三的漏极和栅极以及第十四跨导级场效应管 的栅极；第十跨导级场效应管的漏极同时连接第十四、第十六跨导级场效应管的漏极和第 十九跨导级场效应管的栅极以及第十八跨导级场效应管的源级；第十五跨导级场效应管的 栅极同时连接第四偏置场效应管的栅极和漏极；第十六跨导级场效应管的栅极同时连接第 五偏置场效应管的栅极和漏极；第十七跨导级场效应管的栅极同时连接第六偏置场效应管 的栅极和漏极以及第八偏置场效应管的漏极；第十八跨导级场效应管的栅极同时连接第七 偏置场效应管的栅极和漏极以及第九偏置场效应管的漏极；第八、九偏置场效应管的栅极 同时连接第十偏置场效应管的栅极和漏极，并同时接第二偏置电流源；第十九、第二十跨导 级场效应管的漏极相连，输出动态偏置电流到所述增益放大器。
[0010] 根据本发明所述的构成DC-DC转换器的误差放大器的优选方案，所述增益放大器 包括第一增益场效应管至第十一增益场效应管；第一增益场效应管的栅极接反馈电压端， 第二增益场效应管的栅极接基准电压端，第一、第二增益场效应管的源极相连，同时接跨导 放大器的输出端；第一增益场效应管的漏极连接第三增益场效应管的漏极和栅极以及第五 增益场效应管的栅极；第二增益场效应管的漏极连接第四增益场效应管的漏极和栅极以及 第六增益场效应管的栅极；第三至第六增益场效应管的源极接地；第五、第六增益场效应 管的漏极分别接连第七、第八增益场效应管的源极；第七、第八增益场效应管的栅极相连， 同时接第一偏置电压端；第七增益场效应的漏极连接第九增益场效应管的漏极和栅极以 及第十增益场效应管的栅极；第九、第十偏置场效应管的源极接电源电压端；第八增益场 效应管的漏极连接第十一增益场效应管的漏极，并作为增益放大器的输出；第十一增益场 效应管的源极连接第十增益场效应管的漏极，第十一增益场效应管的栅极接第二偏置电压 端。
[0011] 本发明的第二个技术方案是：构成误差放大器的跨导放大器，其特征在于：跨导 放大器包括第一至第二十跨导级场效应晶体管以及第一至第十偏置场效应晶体管；第一至 第五偏置场效应管的源极、第十一至第十六跨导级场效应管的源极以及第十九、第二十跨 导级场效应管的源极接电源电压端；第一至第四跨导级场效应管的漏极和第十七、第十八 跨导级场效应管的漏极以及第八、第九、第十偏置场效应管