一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410617851.0

申请日:

2014.11.05

公开号:

CN104333218A

公开日:

2015.02.04

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H02M 3/00申请公布日:20150204|||实质审查的生效IPC(主分类):H02M 3/00申请日:20141105|||公开

IPC分类号:

H02M3/00; H03F3/45; H03K5/22

主分类号:

H02M3/00

申请人:

遵义师范学院

发明人:

杨洁; 彭侨; 邹江

地址:

563000贵州省遵义市上海路830号

优先权:

专利代理机构:

北京路浩知识产权代理有限公司11002

代理人:

谷庆红

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内容摘要

本发明提供一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,包括跨导模块和电压比较模块;所述跨导模块的信号输入端与外部信号连接,所述跨导模块的信号输出端与电压比较模块的信号输入端连接,所述电压比较模块输出比较结果。本发明中的跨导模块放大vref与FB(引脚上的电压)电压之差,并提供大约30倍的小信号电压增益,供后面的电压比较模块使用;电压比较模块中的比较器的输出结果参与确定模式的切换。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,包括跨导模块和电压比较模块,其特征在于:所述跨导模块的信号输入端与外部信号连接,所述跨导模块的信号输出端与电压比较模块的信号输入端连接,所述电压比较模块输出比较结果。

2.  如权利要求1所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,其特征在于:所述跨导模块包括开关管M0~M17,电阻R2~R3,所述开关管M2、M16、M17的源级分别与模拟电源vdda端连接,所述开关管M16的栅极和漏极相连后与vbias端连接,所述开关管M2和开关管M17的栅极与开关管M16的漏极连接;
所述开关管M2的漏极分别与开关管M0、M1的源级连接,所述开关管M0的栅极与vn端连接,所述开关管M1的栅极与vp端连接,所述开关管M0的漏极与开关管M3的漏极连接,所述开关管M3的栅极与漏极相连后与GM-ON输出端连接,所述开关管M1的漏极与开关管M4的漏极连接,所述开关管M4的漏极与栅极连接后与GM-OP输出端连接;
所述开关管M17的漏极分别与开关管M5、M6、M7的栅极连接,所述开关管M5的栅极与漏极相连,所述开关管M6的漏极经电阻R2与模拟电源vdda端连接,所述开关管M6的漏极还与vh输出端连接,所述开关管M6的源级与开关管M11的漏极连接,所述开关管M11的栅极与GM-OP输出端连接;
所述开关管M7的漏极经电阻R3与模拟电源vdda端连接,所述开关管M7的源级与开关管M12的漏极连接,所述M12的栅极与GM-ON输出端连接,所述开关管M7的漏极还与vl输出端连接;
所述开关管M8~M10的漏极均与vh输出端连接,栅极分别与控制 信号gm-tr1~gm-tr3端对应连接,源级分别与开关管M13~M15的漏极对应连接,所述开关管M13~M15的栅极相连接后与vbias-n端连接;
所述开关管M3、M4、M5、M11、M12、M13、M14和M15的源级均与电源地vssa端连接。

3.  如权利要求1所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,其特征在于:所述电压比较模块包括第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2和开关管M18~M19,所述开关管M19的源级与电源连接,所述开关管M19栅极与漏极连接后分别与第一比较器comp-h、第二比较器comp-l和第三比较器comp-l2反相输入端连接,所述开关管M19的漏极还与开关管M18的漏极连接,所述开关挂M18的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接;
所述第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2的同相输入端均与跨导模块的GM-ON输出端连接。

4.  如权利要求3所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,其特征在于:所述第一比较器comp-h和第二比较器comp-l的内部电路结构一样。

5.  如权利要求3或4所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,其特征在于:第一比较器comp-h包括开关管M20~M25,反相器G1~G2,所述开关管M20、M22、M23、M25的源级均与模拟电源vdda端连接,所述开关管M20的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接,所述开关管M20的漏极与开关管M21的漏极连接,所述开关管M21的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接,源级接地;
所述开关管M22、M23的栅极均与偏置电流ibias端连接,所述开关管M23的漏极与开关管M24的漏极连接,所述开关管M24的栅极与第一比较器comp-h的输出端连接,所述开关管M22的漏极、开关管M24的源级、开关管M25的漏极和反相器G1的信号输入端均与开关管 M21的漏极连接,所述开关管M25的栅极与使能信号en端连接;
所述反相器G1的信号输出端与反相器G2的信号输入端连接,所述反相器G2的信号输出端与第一比较器comp-h的输出端连接。

6.  如权利要求3所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,其特征在于:所述第三比较器comp-l2包括开关管M26~M31,所述开关管M26、M27的源级均与模拟电源vdda端连接,所述开关管M26的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接,所述开关管M27的栅极与使能信号en端连接;所述开关管M26的漏极、开关管M27的漏极、开关管M31的漏极、开关管M30的漏极、开关管M28的源级和反相器G3的信号输入端相连接;
所述开关管M31的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接,所述开关管M29和开关管M30的栅极相连接后与偏置电流ibias端连接,所述开关管M29~M31的源级均接地,所述开关管M29的漏极与开关管M28的漏极连接,所述开关管M28的栅极与第三比较器comp-l2的输出端连接;
所述反相器G3的信号输出端与反相器G4的信号输入端连接,所述反相器G4的信号输出端与第三比较器comp-l2的输出端连接。

7.  如权利要求3所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,其特征在于:所述第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2均为电流比较器。

说明书

说明书一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路
技术领域
本发明涉及电学领域,具体涉及一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路。
背景技术
由于VLSI技术的飞速进步,CMOS电路向着低压、低功耗、小尺寸方向发展,使得电压低、功率小CMOS电路成为目前研究的热点。跨导放大器是射频集成电路中的一个重要模块,通常在研制高稳定度的电压和电流放大器、滤波器等方面具有重要的作用。跨导放大器的主要用途是在多种现行和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理,现有的跨导放大器有输入阻抗低、输出阻抗高、电源电压低、功耗小等优点,但是现有的跨导放大器的放大能力都很弱,不能满足后面比较电路的需求。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,该用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路通过跨导模块和电压比较模块解决了不能提供比较高的增益的问题。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,包括跨导模块和电压比较模块;所述跨导模块的信号输入端与外部信号连 接,所述跨导模块的信号输出端与电压比较模块的信号输入端连接,所述电压比较模块输出比较结果。
所述跨导模块包括开关管M0~M17,电阻R2~R3,所述开关管M2、M16、M17的源级分别与模拟电源vdda端连接,所述开关管M16的栅极和漏极相连后与vbias端连接,所述开关管M2和开关管M17的栅极与开关管M16的漏极连接。
所述开关管M2的漏极分别与开关管M0、M1的源级连接,所述开关管M0的栅极与vn端连接,所述开关管M1的栅极与vp端连接,所述开关管M0的漏极与开关管M3的漏极连接,所述开关管M3的栅极与漏极相连后与GM-ON输出端连接,所述开关管M1的漏极与开关管M4的漏极连接,所述开关管M4的漏极与栅极连接后与GM-OP输出端连接。
所述开关管M17的漏极分别与开关管M5、M6、M7的栅极连接,所述开关管M5的栅极与漏极相连,所述开关管M6的漏极经电阻R2与模拟电源vdda端连接,所述开关管M6的漏极还与vh输出端连接,所述开关管M6的源级与开关管M11的漏极连接,所述开关管M11的栅极与GM-OP输出端连接。
所述开关管M7的漏极经电阻R3与模拟电源vdda端连接,所述开关管M7的源级与开关管M12的漏极连接,所述M12的栅极与GM-ON输出端连接,所述开关管M7的漏极还与vl输出端连接。
所述开关管M8~M10的漏极均与vh输出端连接,栅极分别与控制信号gm-tr1~gm-tr3端对应连接,源级分别与开关管M13~M15的漏极对应连接,所述开关管M13~M15的栅极相连接后与vbias-n端连接。
所述开关管M3、M4、M5、M11、M12、M13、M14和M15的源级均与电源地vssa端连接。
所述电压比较模块包括第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2和开关管M18~M19,所述开关管M19的源级与电源连接,所述开关管M19栅极与漏极连接后分别与第一比较器comp-h、第二比较器comp-l和第三比较器comp-l2反相输入端连接,所述开关管M19的漏极还与开关管M18的漏极连接,所述开关挂M18的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接。
所述第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2的同相输入端均与跨导模块的GM-ON输出端连接。
所述第一比较器comp-h和第二比较器comp-l的内部电路结构一样。
第一比较器comp-h包括开关管M20~M25,反相器G1~G2,所述开关管M20、M22、M23、M25的源级均与模拟电源vdda端连接,所述开关管M20的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接,所述开关管M20的漏极与开关管M21的漏极连接,所述开关管M21的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接,源级接地。
所述开关管M22、M23的栅极均与偏置电流ibias端连接,所述开关管M23的漏极与开关管M24的漏极连接,所述开关管M24的栅极与第一比较器comp-h的输出端连接,所述开关管M22的漏极、开关管M24的源级、开关管M25的漏极和反相器G1的信号输入端均与开关管M21的漏极连接,所述开关管M25的栅极与使能信号en端连接。
所述反相器G1的信号输出端与反相器G2的信号输入端连接,所述反相器G2的信号输出端与第一比较器comp-h的输出端连接。
所述第三比较器comp-l2包括开关管M26~M31,所述开关管M26、M27的源级均与模拟电源vdda端连接,所述开关管M26的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接,所述开关管M27的栅极与使能信号en端连接;所述开关管M26的漏极、开关管M27的漏极、开关管M31的漏极、 开关管M30的漏极、开关管M28的源级和反相器G3的信号输入端相连接。
所述开关管M31的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接,所述开关管M29和开关管M30的栅极相连接后与偏置电流ibias端连接,所述开关管M29~M31的源级均接地,所述开关管M29的漏极与开关管M28的漏极连接,所述开关管M28的栅极与第三比较器comp-l2的输出端连接。
所述反相器G3的信号输出端与反相器G4的信号输入端连接,所述反相器G4的信号输出端与第三比较器comp-l2的输出端连接。
所述第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2均为电流比较器。
本发明的有益效果在于:跨导模块放大vref与FB(引脚上的电压)电压之差,并提供大约30倍的小信号电压增益,供后面的电压比较模块使用;电压比较模块中的比较器的输出结果参与确定模式的切换,当负载电流变大时,输出电压会变低,comp_l2比较器会输出会连续出现高低电平翻转,系统将进入PWM调制模式,当负载电流变小时,comp_h会连续输出低电平,此时系统将进入PSM调制模式,进入PSM调制模式后,开关MOS管每周期将导通一个固定占空比,当输出电压高于comp_h比较器的阈值电压时,系统将跨过一些时钟周期,功率管将一直处于关断状态,此时输出电压将逐渐下降,直到输出电压下降到低于comp_l比较器的阈值电压时,功率管再次打开。
附图说明
图1是本发明的原理框图;
图2是图1中跨导模块的电路图;
图3是图1中电压比较模块的电路图;
图4是图3中第一比较器comp-h的电路图;
图5是图3中第三比较器comp-l2的电路图;
图6是图2的跨导模块的仿真图;
图7是图3的电压比较模块的仿真图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示的一种用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路,包括跨导模块和电压比较模块;所述跨导模块的信号输入端与外部信号连接,所述跨导模块的信号输出端与电压比较模块的信号输入端连接,所述电压比较模块输出比较结果。跨导模块的功能是放大vref与FB(引脚上的电压)电压之差,并提供大约30倍的小信号电压增益,供后面的电压比较模块使用。
如图2所示,跨导模块包括开关管M0~M17和电阻R2~R3,所述开关管M2、M16、M17的源级分别与模拟电源vdda端连接,所述开关管M16的栅极和漏极相连后与vbias端连接,所述开关管M2和开关管M17的栅极与开关管M16的漏极连接;所述开关管M2的漏极分别与开关管M0、M1的源级连接,所述开关管M0的栅极与vn端连接,所述开关管M1的栅极与vp端连接,所述开关管M0的漏极与开关管M3的漏极连接,所述开关管M3的栅极与漏极相连后与GM-ON输出端连接,所述开关管M1的漏极与开关管M4的漏极连接,所述开关管M4的漏极与栅极连接后与GM-OP输出端连接;所述开关管M17的漏极分别与开关管M5、M6、M7的栅极连接,所述开关管M5的栅极与漏极相连,所 述开关管M6的漏极经电阻R2与模拟电源vdda端连接,所述开关管M6的漏极还与vh输出端连接,所述开关管M6的源级与开关管M11的漏极连接,所述开关管M11的栅极与GM-OP输出端连接;所述开关管M7的漏极经电阻R3与模拟电源vdda端连接,所述开关管M7的源级与开关管M12的漏极连接,所述M12的栅极与GM-ON输出端连接,所述开关管M7的漏极还与vl输出端连接;所述开关管M8~M10的漏极均与vh输出端连接,栅极分别与控制信号gm-tr1~gm-tr3端对应连接,源级分别与开关管M13~M15的漏极对应连接,所述开关管M13~M15的栅极相连接后与vbias-n端连接;所述开关管M3、M4、M5、M11、M12、M13、M14和M15的源级均与电源地vssa端连接。所述的vn端为比较器的反向输入端,vp端为比较器的正向输入端。
如图3所示,电压比较模块包括第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2和开关管M18~M19,所述开关管M19的源级与电源连接,所述开关管M19栅极与漏极连接后分别与第一比较器comp-h、第二比较器comp-l和第三比较器comp-l2反相输入端连接,所述开关管M19的漏极还与开关管M18的漏极连接,所述开关挂M18的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接;所述第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2的同相输入端均与跨导模块的GM-ON输出端连接。第一比较器comp-h、第二比较器comp-l和第三比较器comp-l2的输入相同,GM-ON和GM-OP均为跨导模块中输出电压反馈FB和DAC输出电压转换而来的与电压成比例的电流。
电压比较模块包括第一比较器comp-h、第二比较器comp-l和第三比较器comp-l2,这三个比较器的输出结果参与确定模式的切换。当负载电流变大时,输出电压会变低,第三比较器comp-l2会输出会连续出现高低电平翻转,系统将进入PWM调制模式,当负载电流变小时,第一比较器comp-h会连续输出低电平,此时系统将进入PSM调制模式,进入PSM调制模式后,开关MOS管每周期将导通一个固定占空 比,当输出电压高于第一比较器comp-h的阈值电压时,系统将跨过一些时钟周期,功率管将一直处于关断状态,此时输出电压将逐渐下降,直到输出电压下降到低于第二比较器comp-l的阈值电压时,功率管再次打开。
所述第一比较器comp-h和第二比较器comp-l的内部电路结构一样。
如图4所示,第一比较器comp-h包括开关管M20~M25,反相器G1~G2,所述开关管M20、M22、M23、M25的源级均与模拟电源vdda端连接,所述开关管M20的栅极与跨导模块的GM-OP输出端连接,所述开关管M20的漏极与开关管M21的漏极连接,所述开关管M21的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接,源级接地;所述开关管M22、M23的栅极均与偏置电流ibias端连接,所述开关管M23的漏极与开关管M24的漏极连接,所述开关管M24的栅极与第一比较器comp-h的输出端连接,所述开关管M22的漏极、开关管M24的源级、开关管M25的漏极和反相器G1的信号输入端均与开关管M21的漏极连接,所述开关管M25的栅极与使能信号en端连接;所述反相器G1的信号输出端与反相器G2的信号输入端连接,所述反相器G2的信号输出端与第一比较器comp-h的输出端连接。
第一比较器comp-h的GM-ON端和GM-OP端均为前级模块中输出电压反馈FB和DAC输出电压转换而来的与电压成比例的电流,分别流过开关管M20和开关管M21,开关管M22为镜像的基准电流,为第一比较器comp-h的GM-OP端引入一个偏置,开关管M23和开关管M24构成迟滞功能,开关管M24为开关管,当比较器输出out为高电平时,开关管M24管打开,则上面PMOS管流过的电流之和增大,形成迟滞。
如图5所示,第三比较器comp-l2包括开关管M26~M31,所述开关管M26、M27的源级均与模拟电源vdda端连接,所述开关管M26的栅 极与跨导模块的GM-OP输出端连接,所述开关管M27的栅极与使能信号en端连接;所述开关管M26的漏极、开关管M27的漏极、开关管M31的漏极、开关管M30的漏极、开关管M28的源级和反相器G3的信号输入端相连接;所述开关管M31的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接,所述开关管M29和开关管M30的栅极相连接后与偏置电流ibias端连接,所述开关管M29~M31的源级均接地,所述开关管M29的漏极与开关管M28的漏极连接,所述开关管M28的栅极与第三比较器comp-l2的输出端连接;所述反相器G3的信号输出端与反相器G4的信号输入端连接,所述反相器G4的信号输出端与第三比较器comp-l2的输出端连接。第三比较器comp-l2的GM-ON端和GM-OP端均为前级模块中输出电压反馈FB和DAC输出电压转换而来的与电压成比例的电流,分别流过开关管M31和开关管M26,开关管M30为镜像的基准电流,开关管M29和开关管M28构成迟滞功能,当比较器输出为低时,开关管M28管打开,流过N管的电流增大,比较器设定的阈值电压增大。
所述第一比较器comp-h、第二比较器comp-l、第三比较器comp-l2均为电流比较器。
对跨导模块进行仿真,仿真图如图6所示。由仿真曲线和测量结果可得:不同电压下和不同温度下,跨导模块都能对电路提供大约30倍的小信号增益。
三个比较器的内部结构相同,不同的地方在于比较器阈值电压的不同,所以不同的反馈电压输入到比较器时,比较器的比较结果不尽相同。对三个电压比较器进行仿真,仿真图如图7所示。仿真条件:V(dac-out)为1.26V的固定电压,直流扫描V(FB)从1V到1.5V。比较器的输出结果如图所示,comp-h比较器在1.2795V时发生翻转,comp-l比较器在1.2695V时发生翻转,comp-l2比较器在1.2544V时 发生翻转。再次扫描V(FB)从1.5V到1V时,comp_h比较器在1.2725V时发生翻转,迟滞区间为7mV,comp-l比较器在1.2665V时发生翻转,迟滞区间为3mV,comp-l2比较器在1.2506V时发生翻转,迟滞区间约为4mV。由此可见,comp-h比较器的阈值电压比输出电压高1.5%左右,comp-l比较器的阈值电压比输出电压高0.8%左右,comp_h比较器的阈值电压比输出电压低0.8%左右。

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1、(10)申请公布号 CN 104333218 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104333218 A (21)申请号 201410617851.0 (22)申请日 2014.11.05 H02M 3/00(2006.01) H03F 3/45(2006.01) H03K 5/22(2006.01) (71)申请人 遵义师范学院 地址 563000 贵州省遵义市上海路 830 号 (72)发明人 杨洁 彭侨 邹江 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 谷庆红 (54) 发明名称 一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路 (57) 摘要。

2、 本发明提供一种用于 DC/DC 的跨导与输出电 压比较电路, 包括跨导模块和电压比较模块 ; 所 述跨导模块的信号输入端与外部信号连接, 所述 跨导模块的信号输出端与电压比较模块的信号输 入端连接, 所述电压比较模块输出比较结果。 本发 明中的跨导模块放大 vref 与 FB( 引脚上的电压 ) 电压之差, 并提供大约 30 倍的小信号电压增益, 供后面的电压比较模块使用 ; 电压比较模块中的 比较器的输出结果参与确定模式的切换。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 。

3、附图3页 (10)申请公布号 CN 104333218 A CN 104333218 A 1/2 页 2 1. 一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 包括跨导模块和电压比较模块, 其特 征在于 : 所述跨导模块的信号输入端与外部信号连接, 所述跨导模块的信号输出端与电压 比较模块的信号输入端连接, 所述电压比较模块输出比较结果。 2. 如权利要求 1 所述的用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 其特征在于 : 所述跨 导模块包括开关管 M0 M17, 电阻 R2 R3, 所述开关管 M2、 M16、 M17 的源级分别与模拟电 源 vdda 端连接, 所述开关管 M16 的。

4、栅极和漏极相连后与 vbias 端连接, 所述开关管 M2 和开 关管 M17 的栅极与开关管 M16 的漏极连接 ; 所述开关管 M2 的漏极分别与开关管 M0、 M1 的源级连接, 所述开关管 M0 的栅极与 vn 端 连接, 所述开关管 M1 的栅极与 vp 端连接, 所述开关管 M0 的漏极与开关管 M3 的漏极连接, 所述开关管 M3 的栅极与漏极相连后与 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M1 的漏极与开关管 M4 的漏极连接, 所述开关管 M4 的漏极与栅极连接后与 GM-OP 输出端连接 ; 所述开关管 M17 的漏极分别与开关管 M5、 M6、 M7 的栅极连接, 所述开。

5、关管 M5 的栅极与 漏极相连, 所述开关管 M6 的漏极经电阻 R2 与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M6 的漏极 还与 vh 输出端连接, 所述开关管 M6 的源级与开关管 M11 的漏极连接, 所述开关管 M11 的栅 极与 GM-OP 输出端连接 ; 所述开关管 M7 的漏极经电阻 R3 与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M7 的源级与开 关管 M12 的漏极连接, 所述 M12 的栅极与 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M7 的漏极还与 vl 输出端连接 ; 所述开关管 M8 M10 的漏极均与 vh 输出端连接, 栅极分别与控制信号 gm-tr1 gm-。

6、tr3 端对应连接, 源级分别与开关管 M13 M15 的漏极对应连接, 所述开关管 M13 M15 的栅极相连接后与 vbias-n 端连接 ; 所述开关管 M3、 M4、 M5、 M11、 M12、 M13、 M14 和 M15 的源级均与电源地 vssa 端连接。 3. 如权利要求 1 所述的用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 其特征在于 : 所述电 压比较模块包括第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 和开关管 M18 M19, 所述开关管 M19 的源级与电源连接, 所述开关管 M19 栅极与漏极连接后分别与 第一比较器 comp。

7、-h、 第二比较器 comp-l 和第三比较器 comp-l2 反相输入端连接, 所述开关 管 M19 的漏极还与开关管 M18 的漏极连接, 所述开关挂 M18 的栅极与跨导模块的 GM-OP 输 出端连接 ; 所述第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 的同相输入端均与 跨导模块的 GM-ON 输出端连接。 4. 如权利要求 3 所述的用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 其特征在于 : 所述第 一比较器 comp-h 和第二比较器 comp-l 的内部电路结构一样。 5.如权利要求3或4所述的用于DC/DC的跨导与输出电压比较电路, 其。

8、特征在于 : 第一 比较器 comp-h 包括开关管 M20 M25, 反相器 G1 G2, 所述开关管 M20、 M22、 M23、 M25 的源 级均与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M20 的栅极与跨导模块的 GM-OP 输出端连接, 所 述开关管M20的漏极与开关管M21的漏极连接, 所述开关管M21的栅极与跨导模块的GM-ON 输出端连接, 源级接地 ; 所述开关管 M22、 M23 的栅极均与偏置电流 ibias 端连接, 所述开关管 M23 的漏极与开 关管 M24 的漏极连接, 所述开关管 M24 的栅极与第一比较器 comp-h 的输出端连接, 所述开 权 利 要 。

9、求 书 CN 104333218 A 2 2/2 页 3 关管 M22 的漏极、 开关管 M24 的源级、 开关管 M25 的漏极和反相器 G1 的信号输入端均与开 关管 M21 的漏极连接, 所述开关管 M25 的栅极与使能信号 en 端连接 ; 所述反相器 G1 的信号输出端与反相器 G2 的信号输入端连接, 所述反相器 G2 的信号输 出端与第一比较器 comp-h 的输出端连接。 6. 如权利要求 3 所述的用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 其特征在于 : 所述第 三比较器 comp-l2 包括开关管 M26 M31, 所述开关管 M26、 M27 的源级均与模拟电源 vd。

10、da 端连接, 所述开关管 M26 的栅极与跨导模块的 GM-OP 输出端连接, 所述开关管 M27 的栅极与 使能信号 en 端连接 ; 所述开关管 M26 的漏极、 开关管 M27 的漏极、 开关管 M31 的漏极、 开关 管 M30 的漏极、 开关管 M28 的源级和反相器 G3 的信号输入端相连接 ; 所述开关管M31的栅极与跨导模块的GM-ON输出端连接, 所述开关管M29和开关管M30 的栅极相连接后与偏置电流 ibias 端连接, 所述开关管 M29 M31 的源级均接地, 所述开关 管 M29 的漏极与开关管 M28 的漏极连接, 所述开关管 M28 的栅极与第三比较器 com。

11、p-l2 的 输出端连接 ; 所述反相器 G3 的信号输出端与反相器 G4 的信号输入端连接, 所述反相器 G4 的信号输 出端与第三比较器 comp-l2 的输出端连接。 7. 如权利要求 3 所述的用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 其特征在于 : 所述第 一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 均为电流比较器。 权 利 要 求 书 CN 104333218 A 3 1/5 页 4 一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路 技术领域 0001 本发明涉及电学领域, 具体涉及一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路。 背景技术 。

12、0002 由于 VLSI 技术的飞速进步, CMOS 电路向着低压、 低功耗、 小尺寸方向发展, 使得电 压低、 功率小 CMOS 电路成为目前研究的热点。跨导放大器是射频集成电路中的一个重要模 块, 通常在研制高稳定度的电压和电流放大器、 滤波器等方面具有重要的作用。 跨导放大器 的主要用途是在多种现行和非线性模拟电路和系统中进行信号运算和处理, 现有的跨导放 大器有输入阻抗低、 输出阻抗高、 电源电压低、 功耗小等优点, 但是现有的跨导放大器的放 大能力都很弱, 不能满足后面比较电路的需求。 发明内容 0003 为解决上述技术问题, 本发明提供了一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电。

13、 路, 该用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路通过跨导模块和电压比较模块解决了不能提 供比较高的增益的问题。 0004 本发明通过以下技术方案得以实现。 0005 本发明提供的一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 包括跨导模块和电压 比较模块 ; 所述跨导模块的信号输入端与外部信号连接, 所述跨导模块的信号输出端与电 压比较模块的信号输入端连接, 所述电压比较模块输出比较结果。 0006 所述跨导模块包括开关管 M0 M17, 电阻 R2 R3, 所述开关管 M2、 M16、 M17 的源 级分别与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M16 的栅极和漏极相连后与 vbi。

14、as 端连接, 所 述开关管 M2 和开关管 M17 的栅极与开关管 M16 的漏极连接。 0007 所述开关管 M2 的漏极分别与开关管 M0、 M1 的源级连接, 所述开关管 M0 的栅极与 vn端连接, 所述开关管M1的栅极与vp端连接, 所述开关管M0的漏极与开关管M3的漏极连 接, 所述开关管 M3 的栅极与漏极相连后与 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M1 的漏极与开关 管 M4 的漏极连接, 所述开关管 M4 的漏极与栅极连接后与 GM-OP 输出端连接。 0008 所述开关管 M17 的漏极分别与开关管 M5、 M6、 M7 的栅极连接, 所述开关管 M5 的栅 极与漏极。

15、相连, 所述开关管 M6 的漏极经电阻 R2 与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M6 的 漏极还与 vh 输出端连接, 所述开关管 M6 的源级与开关管 M11 的漏极连接, 所述开关管 M11 的栅极与 GM-OP 输出端连接。 0009 所述开关管 M7 的漏极经电阻 R3 与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M7 的源级 与开关管 M12 的漏极连接, 所述 M12 的栅极与 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M7 的漏极还 与 vl 输出端连接。 0010 所述开关管 M8 M10 的漏极均与 vh 输出端连接, 栅极分别与控制信号 gm-tr1 gm-tr3 端。

16、对应连接, 源级分别与开关管 M13 M15 的漏极对应连接, 所述开关管 M13 M15 的栅极相连接后与 vbias-n 端连接。 说 明 书 CN 104333218 A 4 2/5 页 5 0011 所述开关管 M3、 M4、 M5、 M11、 M12、 M13、 M14 和 M15 的源级均与电源地 vssa 端连接。 0012 所述电压比较模块包括第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 和开关管 M18 M19, 所述开关管 M19 的源级与电源连接, 所述开关管 M19 栅极与 漏极连接后分别与第一比较器comp-h、 第二比较器com。

17、p-l和第三比较器comp-l2反相输入 端连接, 所述开关管 M19 的漏极还与开关管 M18 的漏极连接, 所述开关挂 M18 的栅极与跨导 模块的 GM-OP 输出端连接。 0013 所述第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 的同相输入端 均与跨导模块的 GM-ON 输出端连接。 0014 所述第一比较器 comp-h 和第二比较器 comp-l 的内部电路结构一样。 0015 第一比较器comp-h包括开关管M20M25, 反相器G1G2, 所述开关管M20、 M22、 M23、 M25 的源级均与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 。

18、M20 的栅极与跨导模块的 GM-OP 输 出端连接, 所述开关管 M20 的漏极与开关管 M21 的漏极连接, 所述开关管 M21 的栅极与跨导 模块的 GM-ON 输出端连接, 源级接地。 0016 所述开关管 M22、 M23 的栅极均与偏置电流 ibias 端连接, 所述开关管 M23 的漏极 与开关管 M24 的漏极连接, 所述开关管 M24 的栅极与第一比较器 comp-h 的输出端连接, 所 述开关管 M22 的漏极、 开关管 M24 的源级、 开关管 M25 的漏极和反相器 G1 的信号输入端均 与开关管 M21 的漏极连接, 所述开关管 M25 的栅极与使能信号 en 端连接。

19、。 0017 所述反相器 G1 的信号输出端与反相器 G2 的信号输入端连接, 所述反相器 G2 的信 号输出端与第一比较器 comp-h 的输出端连接。 0018 所述第三比较器 comp-l2 包括开关管 M26 M31, 所述开关管 M26、 M27 的源级均 与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M26 的栅极与跨导模块的 GM-OP 输出端连接, 所述开 关管 M27 的栅极与使能信号 en 端连接 ; 所述开关管 M26 的漏极、 开关管 M27 的漏极、 开关管 M31 的漏极、 开关管 M30 的漏极、 开关管 M28 的源级和反相器 G3 的信号输入端相连接。 0019。

20、 所述开关管 M31 的栅极与跨导模块的 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M29 和开关 管 M30 的栅极相连接后与偏置电流 ibias 端连接, 所述开关管 M29 M31 的源级均接地, 所述开关管 M29 的漏极与开关管 M28 的漏极连接, 所述开关管 M28 的栅极与第三比较器 comp-l2 的输出端连接。 0020 所述反相器 G3 的信号输出端与反相器 G4 的信号输入端连接, 所述反相器 G4 的信 号输出端与第三比较器 comp-l2 的输出端连接。 0021 所述第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 均为电流比较 器。。

21、 0022 本发明的有益效果在于 : 跨导模块放大 vref 与 FB( 引脚上的电压 ) 电压之差, 并 提供大约 30 倍的小信号电压增益, 供后面的电压比较模块使用 ; 电压比较模块中的比较器 的输出结果参与确定模式的切换, 当负载电流变大时, 输出电压会变低, comp_l2 比较器会 输出会连续出现高低电平翻转, 系统将进入 PWM 调制模式, 当负载电流变小时, comp_h 会 连续输出低电平, 此时系统将进入 PSM 调制模式, 进入 PSM 调制模式后, 开关 MOS 管每周期 将导通一个固定占空比, 当输出电压高于 comp_h 比较器的阈值电压时, 系统将跨过一些时 钟周。

22、期, 功率管将一直处于关断状态, 此时输出电压将逐渐下降, 直到输出电压下降到低于 comp_l 比较器的阈值电压时, 功率管再次打开。 说 明 书 CN 104333218 A 5 3/5 页 6 附图说明 0023 图 1 是本发明的原理框图 ; 0024 图 2 是图 1 中跨导模块的电路图 ; 0025 图 3 是图 1 中电压比较模块的电路图 ; 0026 图 4 是图 3 中第一比较器 comp-h 的电路图 ; 0027 图 5 是图 3 中第三比较器 comp-l2 的电路图 ; 0028 图 6 是图 2 的跨导模块的仿真图 ; 0029 图 7 是图 3 的电压比较模块的仿。

23、真图。 具体实施方式 0030 下面进一步描述本发明的技术方案, 但要求保护的范围并不局限于所述。 0031 如图 1 所示的一种用于 DC/DC 的跨导与输出电压比较电路, 包括跨导模块和电压 比较模块 ; 所述跨导模块的信号输入端与外部信号连接, 所述跨导模块的信号输出端与电 压比较模块的信号输入端连接, 所述电压比较模块输出比较结果。跨导模块的功能是放大 vref 与 FB( 引脚上的电压 ) 电压之差, 并提供大约 30 倍的小信号电压增益, 供后面的电压 比较模块使用。 0032 如图 2 所示, 跨导模块包括开关管 M0 M17 和电阻 R2 R3, 所述开关管 M2、 M16、 。

24、M17 的源级分别与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M16 的栅极和漏极相连后与 vbias 端 连接, 所述开关管 M2 和开关管 M17 的栅极与开关管 M16 的漏极连接 ; 所述开关管 M2 的漏 极分别与开关管 M0、 M1 的源级连接, 所述开关管 M0 的栅极与 vn 端连接, 所述开关管 M1 的 栅极与 vp 端连接, 所述开关管 M0 的漏极与开关管 M3 的漏极连接, 所述开关管 M3 的栅极与 漏极相连后与 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M1 的漏极与开关管 M4 的漏极连接, 所述开关 管 M4 的漏极与栅极连接后与 GM-OP 输出端连接 ; 所述。

25、开关管 M17 的漏极分别与开关管 M5、 M6、 M7 的栅极连接, 所述开关管 M5 的栅极与漏极相连, 所述开关管 M6 的漏极经电阻 R2 与 模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M6 的漏极还与 vh 输出端连接, 所述开关管 M6 的源级与 开关管 M11 的漏极连接, 所述开关管 M11 的栅极与 GM-OP 输出端连接 ; 所述开关管 M7 的漏 极经电阻 R3 与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M7 的源级与开关管 M12 的漏极连接, 所 述 M12 的栅极与 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M7 的漏极还与 vl 输出端连接 ; 所述开关管 M8 M。

26、10 的漏极均与 vh 输出端连接, 栅极分别与控制信号 gm-tr1 gm-tr3 端对应连接, 源级分别与开关管 M13 M15 的漏极对应连接, 所述开关管 M13 M15 的栅极相连接后与 vbias-n 端连接 ; 所述开关管 M3、 M4、 M5、 M11、 M12、 M13、 M14 和 M15 的源级均与电源地 vssa 端连接。所述的 vn 端为比较器的反向输入端, vp 端为比较器的正向输入端。 0033 如图3所示, 电压比较模块包括第一比较器comp-h、 第二比较器comp-l、 第三比较 器 comp-l2 和开关管 M18 M19, 所述开关管 M19 的源级与电。

27、源连接, 所述开关管 M19 栅极 与漏极连接后分别与第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l 和第三比较器 comp-l2 反相 输入端连接, 所述开关管 M19 的漏极还与开关管 M18 的漏极连接, 所述开关挂 M18 的栅极与 跨导模块的 GM-OP 输出端连接 ; 所述第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 的同相输入端均与跨导模块的 GM-ON 输出端连接。第一比较器 comp-h、 第二比较 说 明 书 CN 104333218 A 6 4/5 页 7 器 comp-l 和第三比较器 comp-l2 的输入相同, GM-ON。

28、 和 GM-OP 均为跨导模块中输出电压反 馈 FB 和 DAC 输出电压转换而来的与电压成比例的电流。 0034 电压比较模块包括第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l 和第三比较器 comp-l2, 这三个比较器的输出结果参与确定模式的切换。当负载电流变大时, 输出电压会 变低, 第三比较器 comp-l2 会输出会连续出现高低电平翻转, 系统将进入 PWM 调制模式, 当 负载电流变小时, 第一比较器comp-h会连续输出低电平, 此时系统将进入PSM调制模式, 进 入PSM调制模式后, 开关MOS管每周期将导通一个固定占空比, 当输出电压高于第一比较器 comp-h 的阈。

29、值电压时, 系统将跨过一些时钟周期, 功率管将一直处于关断状态, 此时输出电 压将逐渐下降, 直到输出电压下降到低于第二比较器 comp-l 的阈值电压时, 功率管再次打 开。 0035 所述第一比较器 comp-h 和第二比较器 comp-l 的内部电路结构一样。 0036 如图 4 所示, 第一比较器 comp-h 包括开关管 M20 M25, 反相器 G1 G2, 所述开 关管 M20、 M22、 M23、 M25 的源级均与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M20 的栅极与跨导模 块的 GM-OP 输出端连接, 所述开关管 M20 的漏极与开关管 M21 的漏极连接, 所述开关。

30、管 M21 的栅极与跨导模块的 GM-ON 输出端连接, 源级接地 ; 所述开关管 M22、 M23 的栅极均与偏置 电流 ibias 端连接, 所述开关管 M23 的漏极与开关管 M24 的漏极连接, 所述开关管 M24 的栅 极与第一比较器 comp-h 的输出端连接, 所述开关管 M22 的漏极、 开关管 M24 的源级、 开关管 M25 的漏极和反相器 G1 的信号输入端均与开关管 M21 的漏极连接, 所述开关管 M25 的栅极 与使能信号 en 端连接 ; 所述反相器 G1 的信号输出端与反相器 G2 的信号输入端连接, 所述 反相器 G2 的信号输出端与第一比较器 comp-h 。

31、的输出端连接。 0037 第一比较器 comp-h 的 GM-ON 端和 GM-OP 端均为前级模块中输出电压反馈 FB 和 DAC 输出电压转换而来的与电压成比例的电流, 分别流过开关管 M20 和开关管 M21, 开关管 M22为镜像的基准电流, 为第一比较器comp-h的GM-OP端引入一个偏置, 开关管M23和开关 管 M24 构成迟滞功能, 开关管 M24 为开关管, 当比较器输出 out 为高电平时, 开关管 M24 管 打开, 则上面 PMOS 管流过的电流之和增大, 形成迟滞。 0038 如图 5 所示, 第三比较器 comp-l2 包括开关管 M26 M31, 所述开关管 M。

32、26、 M27 的 源级均与模拟电源 vdda 端连接, 所述开关管 M26 的栅极与跨导模块的 GM-OP 输出端连接, 所述开关管 M27 的栅极与使能信号 en 端连接 ; 所述开关管 M26 的漏极、 开关管 M27 的漏极、 开关管 M31 的漏极、 开关管 M30 的漏极、 开关管 M28 的源级和反相器 G3 的信号输入端相连 接 ; 所述开关管 M31 的栅极与跨导模块的 GM-ON 输出端连接, 所述开关管 M29 和开关管 M30 的栅极相连接后与偏置电流 ibias 端连接, 所述开关管 M29 M31 的源级均接地, 所述开关 管 M29 的漏极与开关管 M28 的漏极。

33、连接, 所述开关管 M28 的栅极与第三比较器 comp-l2 的 输出端连接 ; 所述反相器 G3 的信号输出端与反相器 G4 的信号输入端连接, 所述反相器 G4 的信号输出端与第三比较器 comp-l2 的输出端连接。第三比较器 comp-l2 的 GM-ON 端和 GM-OP 端均为前级模块中输出电压反馈 FB 和 DAC 输出电压转换而来的与电压成比例的电 流, 分别流过开关管M31和开关管M26, 开关管M30为镜像的基准电流, 开关管M29和开关管 M28 构成迟滞功能, 当比较器输出为低时, 开关管 M28 管打开, 流过 N 管的电流增大, 比较器 设定的阈值电压增大。 00。

34、39 所述第一比较器 comp-h、 第二比较器 comp-l、 第三比较器 comp-l2 均为电流比较 说 明 书 CN 104333218 A 7 5/5 页 8 器。 0040 对跨导模块进行仿真, 仿真图如图6所示。 由仿真曲线和测量结果可得 : 不同电压 下和不同温度下, 跨导模块都能对电路提供大约 30 倍的小信号增益。 0041 三个比较器的内部结构相同, 不同的地方在于比较器阈值电压的不同, 所以不同 的反馈电压输入到比较器时, 比较器的比较结果不尽相同。对三个电压比较器进行仿真, 仿真图如图 7 所示。仿真条件 : V(dac-out) 为 1.26V 的固定电压, 直流扫。

35、描 V(FB) 从 1V 到 1.5V。比较器的输出结果如图所示, comp-h 比较器在 1.2795V 时发生翻转, comp-l 比较器 在 1.2695V 时发生翻转, comp-l2 比较器在 1.2544V 时发生翻转。再次扫描 V(FB) 从 1.5V 到 1V 时, comp_h 比较器在 1.2725V 时发生翻转, 迟滞区间为 7mV, comp-l 比较器在 1.2665V 时发生翻转, 迟滞区间为 3mV, comp-l2 比较器在 1.2506V 时发生翻转, 迟滞区间约为 4mV。 由此可见, comp-h 比较器的阈值电压比输出电压高 1.5左右, comp-l 比较器的阈值电压 比输出电压高 0.8左右, comp_h 比较器的阈值电压比输出电压低 0.8左右。 说 明 书 CN 104333218 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104333218 A 9 2/3 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104333218 A 10 3/3 页 11 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 104333218 A 11 。

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