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_3

文档序号:9434968阅读:来源:国知局
el的栅极接反馈电压VFB端,M&的栅极接基准电压VREF端,M^M&的源极相连,同时 连接跨导放大器的输出端;M&的漏极分别与M^Me4的漏极连接;M^Me4的栅极和漏极 相连,Me3、Me4的源极接地;Me5、Me6的栅极分别与Me3、Me4的栅极连接,Me5、Me6的漏极分别与 M&、MeS的源极连接,M#M&的源极接地;MeS的栅极相连,同时接第一偏置电压VB1端, Me7、Mj勺漏极分别与Me9、Mell的漏极相连;Me9、Mell的栅极相连,同时连接M的漏极,M69凡。 的源极接电源电压VCC端,的源极接M_的漏极,M&的栅极接第二偏置电压VB2端,M& 的漏极接虬8的漏极,同时作为增益放大器的输出端COMP。
[0030] 本发明所述的增益放大器接收跨导放大器提供的动态偏置电流,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。
[0031] 该增益放大器是一个两级放大器,第一级放大器包括凡1、]\^2、]\^ 3、]\^4和动态偏置电 流Iss源,Mel、Me2为输入差分对管,Me3、Me4为二极管连接的M0S管负载,Iss为动态偏置电流。 第一级放大器为共源级,其增益表达式为4¥1=1" 11,2/^"13,4,其中8"11, 2为|/[(;1、]/[(;2的跨导,81113, 4 为凡3、Me4的跨导。第二级放大器包括Me5、My"Mel。、Mn,第二级为共源共栅放大器,Me5、Me6、 M。、勾成共源共栅级,Me9、Mel。、Mell为负载,采用共源共栅放大器可极大提高输出端的等 效阻抗R0m?,从而具有较高的增益。其增益的表达式为Av2= -g^Jg^r。#。」|8"]111'。111'。1。),其 中kfi为的跨导,gmS为M』勺跨导,gmll为Mel^跨导,r 。和r(^为Me6、]VU、 M^"M&的输出阻抗,所以增益放大器的总增益:
[0032] Av=Av1*Av2
[0033] - _gmi,2/gm3,4* [_&n5,6 (&n8r08r06II&nlir01ir010)]
[0034] -gmi,2*gm5,6 (gm8rCI8rCI6IIgmlirCllirCllCi)/&n3,4
[0035] 因为义
其中W/L为场效应管的宽长比,yn为电子迀移 率,Q为单位面积栅氧化层电容,ID为M0S管电流,A为沟道长度调制系数;所以在W/L- 定的情况下总增益与ID成反比,所以Iss越小,直流增益越高。
[0036] 参见图3,构成误差放大器的跨导放大器,该跨导放大器包括跨导级场效应晶体管 Mgl、Mg2…Mg2。和偏置场效应晶体管MB1、MB2…M_;Mgl、Mg4的栅极相连同时连接基准电压VREF 端,Mg2、Mg3的栅极相连,同时连接反馈电压VFB端;1^1^2^3^ 4的漏极相连同时接地^1、 Mg2的源极分别接Mg5、Mg6的源极;Mg5、Mg6的栅极和漏极相连,同时分别连接MB2、MB3的漏极; MB2、MB3的栅极相连,同时连接MB1的栅极和漏极,并且接第一偏置电流源IB1;MB1、MB2、MB3的 源极接电源电压VCC端;第Mg7、Mg9的栅极相连,同时连接Mg6的栅极和漏极;第MgS、Mgl。的 栅极相连同时连接Mg5的栅极和漏极;Mg7、MgS的漏极分别接Mgll、Mgl2的漏极;Mgll、Mgl2的栅 极相连,同时接Mgl2的漏极;Mg9、Mgl。的漏极分别接Mgl3、Mgl4的漏极;Mgl3、Mgl4的栅极相连,同 时接Mgl3的漏极;Mgll、Mgl2、Mgl3、Mgl4的源极接电源电压VCC端;Mgl5、Mgl6的栅极分别接MB4、 MB5的栅极和漏极,Mgl5的漏极接Mg7、Mgll的漏极,同时接Mgl7的源极,并且接Mgl2的栅极;Mgl6 的漏极接Mgl(]、Mgl4的漏极,同时接Mgls的源极,并且接Mgl9的栅极;Mgl5、Mgl6的源极接电源电 压VCC端;Mgl7、Mgls的栅极分别接MB6、MB7的栅极和漏极;Mgl7、Mgls的漏极接地;MB4、MB5的漏 极分别接MB6、MB7的源极;MB4、MB5的源极接电源电压VCC端;MB6、MB7的漏极分别接MBS、MB9的 漏极;MBS、MB9的栅极接MB1。的栅极和漏极,同时接第二偏置电流源182;1^8、1^ 91_的源极接 地;Mgl9、Mg2。的源极接电源电压VCC端,Mgl9、Mg2。的漏极相连,输出电流I%到增益放大器。
[0037] 本发明所述的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。
[0038] 其中11424546為 2為3构成源跟随器,输出为¥1和¥2。134 7為8411為2构 成共源极放大器,Mg4、Mg9、Mgl。、Mgl3、M14同理,输出为V3和V4。M19、M2。为输出级,输出形式为 漏极开路输出,输出端接增益大器,作为增益放大器输入对管的动态偏置电流源。Mgl7、Mgls 为限幅电路,作用是限制VjPV4的差值,防止输出电流Iss过大。其余为偏置电路。VREF为 基准电压,在本设计中VREF= 0. 795V,输出电流随输入电压的变化量AIss=G"* |VREF-VFB |, 其中Gm为跨导放大器的总跨导;当VFB趋近于VREF时,Iss取得最小值40yA。
[0039] 因为增益放大器的总增益在W/L-定的情况下,总增益与ID成反比,所以Iss越小, 直流增益越高。该跨导放大器的核心思想是当|VFB_VREF|较大时,提高增益放大器的工作电 流Iss,起到快速调整DC-DC负载电流的作用,此时误差放大器的增益会暂时降低,稳定后有 IVFB_VREF |~0,1%减到最小,降低误差放大器的功耗,提高误差放大器增益,从而提高DC-DC 转换器的效率、线性调整率和负载调整率等指标。
[0040] 仿真验证结果表明:参见图4的Ml点,误差放大器的直流增益为91. 67dB,参见图 5的M2点,误差放大器跨导为2. 0238mmhos= 2023. 8ymhos,误差放大器的直流增益是决 定DC-DC放大器线性调整率和负载调整率的重要因素。参见图6的M5点,为反馈电压VFB = VREF= 0. 795V时,误差放大器的输出电流几乎为0,M3点为VFB-VREF= -40mV时,误差放大器 输出电流116. 2yA,M4点为VFB-VREF= 40mV时,误差放大器吸收电流110. 8yA,误差放大器 输出/吸收电流的大小是决定DC-DC转换器瞬态响应的重要因素。参见图7,为DC-DC转换 器瞬态响应仿真结果,其中上半部分为DC-DC转换器的输出电压,中间为DC-DC转换器的负 载电流,下半部分为误差放大器输出/吸收电流。仿真条件为负载电流由初始的M9点2. 03A 瞬变为M10点6. 08A,再由M10点6. 08A瞬变为Ml1点2. 03A,在瞬变时的M8点,误差放大器 输出电流IC0MP迅速增大为223. 5yA;在瞬变时的M12点,误差放大器的吸收电流迅速增 大为163. 8yA,DC-DC转换器输出电压的在负载瞬变后的恢复时间为dx= 188. 9ys。参见 图8,负载电流由2. 03A变化到6. 08A时,输出电压的变化量为dy= 1. 24mV,计算出DC-DC 转换器的负载调整率为0. 03%。参见图9,输入电压由4V变化为5V时,输出电压的变化量 为dy= 2. 44mV,计算出DC-DC转换器的线性调整率为0. 244%。
[0041] 参见图10,为DC-DC转换器负载调整率随温度变化的实测曲线,在全温情况下,负 载调整率〈0. 1 %,参见图11,为DC-DC转换器的线性调整率的实测曲线,在全温情况下,线 性调整率〈0.5%参见图12,为DC-DC转换器效率的实测曲线,在负载电流为1A时,效率为 95%〇
[0042] 综上所述,采用本发明的误差放大器,有效提
当前第3页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1