專利名稱：一種誤差放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種誤差放大器，特別涉及一種具有高擺率的誤差放大器。
背景技術(shù)：
誤差放大器是直流開關(guān)電源系統(tǒng)中電壓控制環(huán)路的核心部分，其性能優(yōu)劣直接影響著整個(gè)直流開關(guān)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，特別是快速響應(yīng)系統(tǒng)往往對(duì)誤差放大器具有更高的擺率要求?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種誤差放大器，如圖1所示，它主要包括核心放大器以及擺率增加電路兩部分，其中擺率增加電路包括電流檢測電路和驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)正常工作情況下， 擺率增加電路不工作；當(dāng)輸入有大跳變的情況下，擺率增加電路工作，產(chǎn)生一路附加的電流 Idynafflic流向。使擺率大大提高。一種基于上述帶擺率增加電路的誤差放大器的具體電路實(shí)施結(jié)構(gòu)，如圖2所示核心放大器由NMOS管M101-114組成，是一種兩級(jí)運(yùn)算放大器，第一級(jí)為差分輸入，第二級(jí)為共源共柵輸出，這種兩級(jí)放大器能提供很高的增益；擺率增加電路由匪OS管Ml 15-120以及NMOS管Mln、PMOS管Mlp組成，Ml 15和 Ml 19是電流檢測管，檢測M103和M104的電流，Ml 17、M120分別為Ml 18、Ml 19提供偏置電流，Mln和IMp是開關(guān)管。圖2所示的電路的工作原理如下在正常工作情況下，即核心放大器正負(fù)輸入相等的時(shí)候，Ml 17所提供的電流11 > 12，導(dǎo)致Mlp的柵極電壓電位很高，Mlp關(guān)斷；另外，Ml20 所提供的電流14 > 13，導(dǎo)致Mln的柵極電位很低，Mln也關(guān)斷，則Mln和Mlp構(gòu)成的支路沒有電流流過。在快速響應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生巨大跳變時(shí)，核心放大器的正(或負(fù))輸入端也會(huì)產(chǎn)生很大跳變，導(dǎo)致M104 (或M103)的電流變大，通過電流采樣電路Ml 15，116，117，118 (或 M119，120)使nl點(diǎn)電位下降(或n2點(diǎn)電位提高)，最后Mlp (或Mln)導(dǎo)通，產(chǎn)生新的CL充 (放)電回路，使得擺率得到提高。圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的帶擺率增加電路和不帶擺率增加電路誤差放大器分別應(yīng)用于快速響應(yīng)buck系統(tǒng)暫態(tài)過程的仿真結(jié)果圖5中在20us處有一個(gè)負(fù)載跳變，曲線1為用帶擺率增加電路誤差放大器的buck系統(tǒng)輸出電壓波形，曲線2為用不帶擺率增加電路誤差放大器的buck系統(tǒng)輸出電壓波形；很明顯，使用帶擺率增加電路誤差放大器的buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程大大縮短。然而，由于在正常工作模式(核心放大器正負(fù)輸入端相等)和負(fù)載跳變模式的切換中，驅(qū)動(dòng)管的柵極電位變化區(qū)間小(非軌到軌)，所以驅(qū)動(dòng)管在跳變模式下不能為核心放大器的負(fù)載提供足夠大的額外電流，對(duì)整個(gè)誤差放大器擺率提高的能力是有限的。現(xiàn)有技術(shù)沒有能夠提出一種擁有更大擺率的誤差放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種誤差放大器，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的誤差放大器進(jìn)行了改進(jìn)，能夠應(yīng)用于快速響應(yīng)buck系統(tǒng)，獲得了更大的擺率，從而使得快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程更短。
一種誤差放大器，包括OTA電路和擺率增加電路，所述的擺率增加電路包括電流檢測電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述的電流檢測電路的輸入端與OTA電路的輸入端的負(fù)載相接、輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相接；所述的驅(qū)動(dòng)電路輸出附加電流至OTA電路的輸出端，其特征在于，所述的電流檢測電路包括與OTA電路的正輸入端的負(fù)載相接的第一檢測電路以及與OTA電路的負(fù)輸入端的負(fù)載相接的第二檢測電路；所述的驅(qū)動(dòng)電路包括與第一檢測電路輸出端相連的第一反相器組、與第二檢測電路輸出端相連的第二反相器組、與第一反相器組的輸出端相連的第一驅(qū)動(dòng)管和與第二反相器組的輸出端相連的第二驅(qū)動(dòng)管；所述的第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的輸出端均與OTA電路的輸出端相接。下面介紹本發(fā)明一種誤差放大器的優(yōu)選技術(shù)方案。進(jìn)一步地，所述的第一檢測電路包括MOS管M212、與MOS管M212共漏的MOS管 M213、與MOS管M213電流鏡連接的MOS管M214以及柵極接外部偏置電壓的MOS管M215 ； MOS管M213與OTA電路的正輸入端構(gòu)成電流鏡連接，第一檢測電路的輸出端為MOS管M212 和MOS管M213的共漏端；所述的第二檢測電路包括MOS管M221、M0S管M222、與MOS管M222共漏的MOS管 M223、與MOS管M223構(gòu)成電流鏡連接的MOS管M225以及與MOS管M225共漏的MOS管M2M ； 所述的MOS管M221與OTA電路的負(fù)輸入端構(gòu)成電流鏡連接，所述的MOS管M2M的柵極接外部偏置電壓；第二檢測電路的輸出端為MOS管M222和MOS管M223的共漏端。進(jìn)一步地，所述的第一反相器組和第二反相器組均由兩級(jí)反相器構(gòu)成。具體可為所述的第一反相器組包括MOS管M216、與MOS管M216共漏共柵的MOS管M217、 MOS管M218、與MOS管M218共漏共柵的MOS管M19 ；所述的MOS管M216和M217的共柵端與MOS管M212和M213的共漏端相接，MOS管M218和M219的共漏端與第一驅(qū)動(dòng)管的輸入端相接；所述的MOS管M216和M217的共漏端與MOS管M218和M219的共柵端相接；所述的第二反相器組包括MOS管、與MOS管共漏共柵的MOS管M227、M0S 管M228、與MOS管共漏共柵的MOS管M229 ；所述的MOS管和MOS管M227的共柵端與MOS管M222和MOS管M223的共漏端相接，MOS管和MOS管M229的共漏端與第二驅(qū)動(dòng)管的輸入端相接；所述的MOS管和MOS管M227的共漏端與MOS管和MOS 管的共柵端相接。MOS管M212和M213的漏極經(jīng)過兩級(jí)反相器來驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)管，由于反相器的輸出特性是軌到軌的，使得第一驅(qū)動(dòng)管在導(dǎo)通狀態(tài)下有很大的Vgs，這樣就有很大的電流流過誤差放大器負(fù)載，整個(gè)誤差放大器的擺率大大提高，進(jìn)而縮短了整個(gè)快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程。MOS管M222和M223的漏極經(jīng)過兩級(jí)反相器來驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)管，由于反相器的輸出特性是軌到軌的，使得第二驅(qū)動(dòng)管在導(dǎo)通狀態(tài)下有很大的Vgs，這樣就有很大的電流流過誤差放大器負(fù)載，整個(gè)誤差放大器的擺率大大提高，進(jìn)而縮短了整個(gè)快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程。更進(jìn)一步地，所述的第一驅(qū)動(dòng)管為NMOS管M2p，所述的第二驅(qū)動(dòng)管為PMOS管M2n ；所述的第一驅(qū)動(dòng)管的柵極與MOS管M218和MOS管M219的共漏端相接；所述的第二驅(qū)動(dòng)管的柵極與MOS管和MOS管的共漏端相接；所述的第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的漏極均與OTA電路的輸出端相接。本發(fā)明利用反相器的輸出特性，為驅(qū)動(dòng)管提供一個(gè)軌到軌的輸出，使驅(qū)動(dòng)管的柵極有很大的變化范圍，因此能為核心放大器的負(fù)載提供足夠大的額外電流，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，大大提高了誤差放大器的擺率。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的誤差放大器進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，增加了包括兩級(jí)反相器的反相器組結(jié)構(gòu)；這種反相器組的結(jié)構(gòu)使第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的輸入端有更大的電壓擺幅， 從而產(chǎn)生更大的充放電流流經(jīng)誤差放大器負(fù)載，誤差放大器因此能夠獲得更大的擺率，達(dá)到快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程大大縮短的技術(shù)效果。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種誤差放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)誤差放大器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一種誤差放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明誤差放大器實(shí)施例的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中帶擺率增加電路與不帶擺率增加電路的誤差放大器分別應(yīng)用于快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程仿真圖；圖6為本發(fā)明誤差放大器與現(xiàn)有技術(shù)中不帶擺率增加電路的誤差放大器的的擺率仿真波形圖；圖7為本發(fā)明誤差放大器與現(xiàn)有技術(shù)中帶擺率增加電路的誤差放大器分別應(yīng)用于快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程仿真圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。一種誤差放大器，包括OTA電路和擺率增加電路，所述的擺率增加電路包括電流檢測電路和驅(qū)動(dòng)電路，如圖3所示，具體結(jié)構(gòu)為電流檢測電路，包括與OTA電路的正輸入端的負(fù)載相接的第一檢測電路以及與 OTA電路的負(fù)輸入端的負(fù)載相接的第二檢測電路；驅(qū)動(dòng)電路，包括與第一檢測電路輸出端相連的第一反相器組、與第二檢測電路輸出端相連的第二反相器組、與第一反相器組的輸出端相連的第一驅(qū)動(dòng)管和與第二反相器組的輸出端相連的第二驅(qū)動(dòng)管；所述的第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的輸出端均與OTA電路的輸出端相接。在本實(shí)施例中的誤差放大器的具體電路結(jié)構(gòu)可如圖4所示OTA電路包括MOS管M201-211 =MOS管M201和M202分別接電源的正輸入端和負(fù)輸入端，MOS管M201和M202的源級(jí)接在一起，并與MOS管M205的漏極相接，MOS管M205的柵極接外部偏置Vbias ；MOS管M201和M202的漏極分別接MOS管M203和M204漏極(M0S 管M203和M204的漏極和柵極相接)，M0S管M203和M204的柵極分別接M208和M209的柵極，M208和M209的漏極分別與M206以及M207的漏極相接，其中M207的柵極與漏極相接；MOS管M205、M206以及M207的源極接電源VCC，M206和M208的漏極接輸出。在本實(shí)施例的OTA電路中，電流鏡連接的MOS管M210和M211的漏極分別與M203和M204的漏極相接， 這種結(jié)構(gòu)提高了本發(fā)明誤差放大器的增益。第一檢測電路包括MOS管M212-M215 =MOS管M213和M203構(gòu)成電流鏡連接，即 M213用于檢測M203的電流大小，MOS管M213和M212的漏極相接，MOS管M212與M214構(gòu)成電流鏡連接，MOS管M214與M215的漏極相接，M215的柵極接外部偏置。第二檢測電路包括MOS管M220-M225 =MOS管M204和M221構(gòu)成電流鏡連接，即 M221用于檢測M204的電流大??；MOS管M222和M223的漏極相接，MOS管M223與M225構(gòu)成電流鏡連接，MOS管M224與M225的漏極相接，M224的柵極接外部偏置。第一驅(qū)動(dòng)管在本實(shí)施例中為NMOS管M2p。第一反相器組包括MOS管M216-219 =MOS管M216的漏柵與M217的漏柵相接，MOS 管M218的漏柵與M219的漏柵相接，MOS管M218和M219的柵極與M216和M217的漏極相接，MOS管M216和M217的柵極與M212和M213的漏極相接，MOS管M218和M219的漏極與 NMOS管M2p的柵極相接。MOS管M212和M213的漏極經(jīng)過兩級(jí)反相器來驅(qū)動(dòng)NMOS管M2p，加了這兩級(jí)反相器后使NMOS管M2p的導(dǎo)通時(shí)間減短，進(jìn)而縮短了整個(gè)快速響應(yīng)系統(tǒng)的暫態(tài)過程。第二驅(qū)動(dòng)管在本實(shí)施例中為PMOS管M2n。第二反相器組包括MOS管=MOS管的漏柵與M227的漏柵相接，MOS 管的漏柵與的漏柵相接，MOS管和的柵極與和M227的漏極相接，MOS管和M227的柵極與M222和M223的漏極相接，MOS管和的漏極與 PMOS管M2n的柵極相接。MOS管M222和M223的漏極經(jīng)過兩級(jí)反相器來驅(qū)動(dòng)PMOS管M2n，加了這兩級(jí)反相器后使PMOS管M2n的導(dǎo)通時(shí)間減短，進(jìn)而縮短了整個(gè)快速響應(yīng)系統(tǒng)的暫態(tài)過程。將本實(shí)施例的帶擺率增加電路的誤差放大器應(yīng)用于快速響應(yīng)buck系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)負(fù)載有大跳變的情況下，擺率增加電路電路內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的管子，使一股額外的電流流向誤差放大器的負(fù)載，顯著提高了誤差放大器的擺率，進(jìn)而縮短快速響應(yīng)buck 系統(tǒng)的暫態(tài)過程。在本實(shí)施例的誤差放大器中，MOS管M213和M221為電流檢測管，分別與M203和 M204構(gòu)成電流鏡連接，檢測OTA電路的負(fù)載電流；NMOS管M2p和PMOS管M2n是驅(qū)動(dòng)管，二者的漏極與OTA電路的輸出端相接。在正常情況下，由于沒有負(fù)載跳變，OTA電路的正負(fù)輸入端的點(diǎn)位相當(dāng)，參見圖4，有Il < 12，13 < 14，12和14是參考電流源，nl點(diǎn)電位是高電平，n2點(diǎn)電位是低電平，所以M2p和M2n兩驅(qū)動(dòng)管關(guān)斷。當(dāng)發(fā)生負(fù)載跳變時(shí)，會(huì)引起V+(或 V-)發(fā)生跳變，進(jìn)而引起11 > 12 (或13 > 14)，導(dǎo)致nl點(diǎn)電位降低(或n2點(diǎn)電位升高)， 以致Μ2ρ管導(dǎo)通(或Μ2η管導(dǎo)通)，一路額外的電流流向OTA電路的負(fù)載，誤差放大器的擺率則因此大大提高。如圖6所示的本實(shí)施例的誤差放大器與不帶擺率增加電路的誤差放大器的仿真過程，曲線1為輸入階躍波形輸入階躍波形，曲線2是本發(fā)明的誤差放大器輸出電壓波形， 曲線3是不帶擺率增加電路的誤差放大器輸出電壓波形，很明顯可以看出相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中不帶擺率增加電路的誤差放大器，本實(shí)施例中的誤差放大器的擺率大大提高。
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如圖7所示的本實(shí)施例的誤差放大器和現(xiàn)有技術(shù)的帶擺率增加電路的誤差放大器分別應(yīng)用于快速響應(yīng)buck系統(tǒng)暫態(tài)過程的仿真結(jié)果，圖中，在20us處有一個(gè)負(fù)載跳變 曲線1為本實(shí)施例的誤差放大器的仿真曲線，曲線2是現(xiàn)有技術(shù)帶擺率增加電路的誤差放大器的仿真曲線；很明顯，本發(fā)明的誤差放大器與現(xiàn)有技術(shù)的帶擺率增加電路的誤差放大器相比較，本發(fā)明的誤差放大器的快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程更短。
權(quán)利要求
1.一種誤差放大器，包括OTA電路和擺率增加電路，所述的擺率增加電路包括電流檢測電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述的電流檢測電路的輸入端與OTA電路的輸入端的負(fù)載相接、輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相接；所述的驅(qū)動(dòng)電路輸出附加電流至OTA電路的輸出端，其特征在于，所述的電流檢測電路包括與OTA電路的正輸入端的負(fù)載相接的第一檢測電路以及與 OTA電路的負(fù)輸入端的負(fù)載相接的第二檢測電路；所述的驅(qū)動(dòng)電路包括與第一檢測電路輸出端相連的第一反相器組、與第二檢測電路輸出端相連的第二反相器組、與第一反相器組的輸出端相連的第一驅(qū)動(dòng)管和與第二反相器組的輸出端相連的第二驅(qū)動(dòng)管；所述的第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的輸出端均與OTA電路的輸出端相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的誤差放大器，其特征在于，所述的第一檢測電路包括MOS管M212、與MOS管M212共漏的MOS管M213、與MOS管 M213電流鏡連接的MOS管M214以及柵極接外部偏置電壓的MOS管M215 ;M0S管M213與OTA 電路的正輸入端負(fù)載管M203構(gòu)成電流鏡連接，第一檢測電路的輸出端為MOS管M212和MOS 管M213的共漏端；所述的第二檢測電路包括MOS管M221、M0S管M222、與MOS管M222共漏的MOS管M223、 與MOS管M223構(gòu)成電流鏡連接的MOS管M225以及與MOS管M225共漏的MOS管M2M ；所述的MOS管M221與OTA電路的負(fù)輸入端負(fù)載管M209構(gòu)成電流鏡連接，所述的MOS管M2M 的柵極接外部偏置電壓；第二檢測電路的輸出端為MOS管M222和MOS管M223的共漏端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的誤差放大器，其特征在于，所述的第一反相器組和第二反相器組均由兩級(jí)反相器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的誤差放大器，其特征在于，所述的第一反相器組包括MOS管M216、與MOS管M216共漏共柵的MOS管M217、M0S管 M218、與MOS管M218共漏共柵的MOS管M19 ；所述的MOS管M216和M217的共柵端與MOS管 M212和M213的共漏端相接，MOS管M218和M219的共漏端與第一驅(qū)動(dòng)管的輸入端相接；所述的MOS管M216和M217的共漏端與MOS管M218和M219的共柵端相接；所述的第二反相器組包括MOS管、與MOS管共漏共柵的MOS管M227、M0S管 M228、與MOS管共漏共柵的MOS管M229 ；所述的MOS管和MOS管M227的共柵端與MOS管M222和MOS管M223的共漏端相接，MOS管和MOS管M229的共漏端與第二驅(qū)動(dòng)管的輸入端相接；所述的MOS管M226和MOS管M227的共漏端與MOS管和MOS管 M229的共柵端相接。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一所述的誤差放大器，其特征在于，所述的第一驅(qū)動(dòng)管為NMOS管M2p，所述的第二驅(qū)動(dòng)管為PMOS管M2n ；所述的第一驅(qū)動(dòng)管的柵極與MOS管M218和MOS管M219的共漏端相接；所述的第二驅(qū)動(dòng)管的柵極與MOS管和MOS管的共漏端相接；所述的第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的漏極均與OTA電路的輸出端相接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種誤差放大器，包括OTA電路和擺率增加電路，所述的擺率增加電路包括電流檢測電路和驅(qū)動(dòng)電路；所述的電流檢測電路包括與OTA電路的正輸入端的負(fù)載相接的第一檢測電路以及與OTA電路的負(fù)輸入端的負(fù)載相接的第二檢測電路；所述的驅(qū)動(dòng)電路包括與第一檢測電路輸出端相連的第一反相器組、與第二檢測電路輸出端相連的第二反相器組、與第一反相器組的輸出端相連的第一驅(qū)動(dòng)管和與第二反相器組的輸出端相連的第二驅(qū)動(dòng)管；所述的第一驅(qū)動(dòng)管和第二驅(qū)動(dòng)管的輸出端均與OTA電路的輸出端相接。本發(fā)明的誤差放大器具有更大的擺率，達(dá)到快速響應(yīng)buck系統(tǒng)的暫態(tài)過程大大縮短的技術(shù)效果。
文檔編號(hào)H03F1/02GK102420575SQ201110427919
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者吳曉波, 孫鵬, 楊鵬, 柯研家, 殷亮, 秦琳, 趙夢戀 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)