一种具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器的制作方法

1.本发明涉及电路技术领域，特别涉及误差放大器技术领域，具体是指一种具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器。


背景技术：

2.在低功耗直流转直流(dc-dc)电路中，为了降低功耗，提高轻载时电路的效率，系统在待机或轻载时，需要尽可能地降低系统内各个模块单元的静态电流。但是为了dc-dc系统在重载时有良好的瞬态特性，通常要求系统内误差放大器模块需要较大的偏置电流以获得良好动态性能。在待机或轻载时，系统对误差放大器模块可以允许较低的偏置电流，因此在设计时兼顾到重载时系统瞬态性能，误差放大器模块在固定的偏置电流工作下，其静态电流设计参数将较难满足系统的低功耗设计需求。
3.因此，如何提出一种同时满足轻载或空载时低功耗要求，又能满足重载时性能要求的电流误差放大器成为本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种新型的具有自适应静态电流能力的电流误差放大器，且集成了负载限流功能，降低了轻载或空载时误差放大器的静态工作电流，同时也满足了重载时误差放大器的性能要求，且简化了限流电路设计，从而进一步减低系统静态功耗。
5.为了实现上述的目的，本发明的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器具有如下构成：
6.该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器包括：电流镜单元，该电流镜单元的一路电流输出端连接第三pmos管p3和第四pmos管p4的源极以及第七nmos管n7的漏极，所述第三pmos管p3的栅极连接反馈电压vfb，所述第三pmos管p3的漏极连接所述的第七nmos管n7和第八nmos管n8的栅极以及第六nmos管n6的漏极，所述第八nmos管n8的漏极为该电流误差放大器的静态电流i ea输出端，所述的第四pmos管p4的栅极连接基准电压vref，该第四pmos管p4的漏极连接第五nmos管n5的漏极及运算放大器op的反向输入端，所述第五nmos管n5及第六nmos管n6的栅极连接所述该运算放大器op的正向输入端，该运算放大器op的输出端连接第九nmos管n9的栅极以及第十一nmos管n11的漏极和栅极，所述第十一nmos管n11的源极连接第十nmos管n10的漏极，所述的第十nmos管n10的栅极为限制电流ilimit的输出端，所述的第九nmos管n9的漏极连接所述的电流镜单元的另一路电流输出端，且通过开关key1接地，该开关key1由空载监测逻辑电路控制开合，当该空载监测逻辑电路监测到外部boost电路为空载时控制所述的开关key1断开，否则该开关key1闭合。
7.该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器中，所述的电流镜单元包括：第零pmos管p0与第一pmos管p1组成的同源同栅电流镜以及所述的第零pmos管p0与第二pmos管p2组成的同源同栅电流镜，其中所述的第零pmos管p0、第一pmos管p1和第二pmos管p2源
极相互连接，所述的第零pmos管p0、第一pmos管p1和第二pmos管p2的栅极相互连接，所述的第零pmos管p0的栅极还连接其漏极，所述的第一pmos管p1的漏极连接所述的第三pmos管p3和第四pmos管p4的源极以及第七nmos管n7的漏极；所述的第零pmos管p0的漏极连接所述的第九nmos管n9的漏极；所述的第二pmos管p2的漏极连接所述的第十nmos管n10的栅极。
8.该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器中，所述第九nmos管n9的源极连接第十二nmos管n12的源极，该第十二nmos管n12的栅极连接所述的第四pmos管p4的漏极，所述第五nmos管n5、第六nmos管n6、第七nmos管n7和第十nmos管n10的源极以及所述第二pmos管p2和第十二pmos管p12的漏极接地。
9.该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器中，还包括相互串联的第一电阻r1和第一电容c1，所述第一电阻r1的另一端连接所述第十nmos管n10的栅极，所述的第一电容c1的另一端接地，还包括相互串联的第二电阻r2和第二电容c2，所述第二电阻r2的另一端连接所述运算放大器op的输出端，所述的第二电容c2的另一端连接该运算放大器op的反向输入端，还包括相互串联的第三电阻r3和第三电容c3，所述第三电阻r3的另一端连接所述第三pmos管p3的源极，所述的第三电容c3的另一端连接该第三pmos管p3的漏极。
10.该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器中，所述的第一pmos管p1的漏极与所述的第三pmos管p3的源极之间连接有第四电阻r4，所述的第七nmos管n7的源极与所述的接地之间连接有第六电阻r6。
11.该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器中，还包括相互串联的第五电阻r5和第五电容c5，所述第五电阻r5的另一端连接所述第八nmos管n8的栅极，所述第五电容c5的另一端接地，所述的第八nmos管n8的源极通过第七电阻r7接地。
12.本发明还提供了一种采用了该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器的boost电路，该boost电路中除所述的电流误差放大器之外，还包括迟滞电流比较器模块，该迟滞电流比较器模块的输入端连接所述的电流误差放大器的静态电流i_ea输出端、电感电流采样电路的输出端以及迟滞电流，该迟滞电流比较器模块的输出端连接逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输入端还连接所述的电流误差放大器的限制电流ilimit的输出端，该逻辑电路的输出端连接驱动电路，该驱动电路还连接输入电压vin及输出电压vout，所述的输出电压vout反馈至所述的电流误差放大器的反馈电压vfb。
13.该boost电路中，所述的迟滞电流比较器模块包括：第十三pmos管p13、第十四pmos管p14及第十五pmos管p15，所述的pmos管p13和第十四pmos管p14的源极连接输入电压vin，所述的第十三pmos管p13和第十四pmos管p14的栅极相互连接，所述的第十三pmos管p13的栅极还连接其漏极，该第十三pmos管p13的漏极连接所述的电流误差放大器的静态电流i_ea以及比较器cmp的反向输入端，所述的第十五pmos管p15的源极连接所述的迟滞电流，所述的第十四pmos管p14和第十五pmos管p15的漏极及所述的电感电流采样电路的输出端连接所述的比较器cmp的正向输入端，该比较器cmp的输出端连接所述的逻辑电路，该比较器cmp的输出端还通过组合逻辑电路连接所述的第十五pmos管p15的栅极。
14.该boost电路中，还包括第十六nmos管n16及第十七pmos管p17，所述的输入电压vin通过电感l连接所述的第十六nmos管n16及第十七pmos管p17的漏极，该第十六nmos管n16的源极接地，该第十六nmos管n16的栅极连接所述的驱动电路，该驱动电路还连接所述的第十七pmos管p17的栅极，该第十七pmos管p17的为所述的输出电压vout，并反馈至所述
的电流误差放大器的反馈电压vfb。
15.将本发明的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器应用于dc-dc系统时，在轻负载状态下，可以以最小静态电流工作，随着负载的加大，可以逐步增大基准偏置电流，从而满足重载下对误差放大器的性能要求；同时，随着负载的加重，基准偏置电流的增大，通过电流比较器的监测，使得限流功能简单容易实现，同时也进一步降低了电路的功耗，可以提高电路轻载的效率。在限流时ilimit为高电平，送入系统逻辑电路后可以使dc-dc系统获得相应的限流动作。从而满足了dc-dc系统低功耗设计场合对误差放大器静态电流的限制性要求。
附图说明
16.图1为本发明的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器的电路结构示意图。
17.图2为采用本发明的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器的boost电路结构示意图。
18.图3为图2所示boost电路中采用的迟滞电流比较器模块结构示意图。
具体实施方式
19.为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
20.请参阅图1所示，为本发明的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器的电路结构示意图。
21.在一种实施方式中，具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器包括第零pmos管p0、第一pmos管p1和第二pmos管p2，所述的第零pmos管p0、第一pmos管p1和第二pmos管p2源极相互连接，所述的第零pmos管p0、第一pmos管p1和第二pmos管p2的栅极相互连接，所述的第零pmos管p0的栅极还连接其漏极，所述的第一pmos管p1的漏极连接第三pmos管p3和第四pmos管p4的源极以及第七nmos管n7的漏极，所述第三pmos管p3的栅极连接反馈电压vfb，所述第三pmos管p3的漏极连接所述的第七nmos管n7和第八nmos管n8的栅极以及第六nmos管n6的漏极，所述第八nmos管n8的漏极为该电流误差放大器的静态电流i_ea输出端，所述的第四pmos管p4的栅极连接基准电压vref，该第四pmos管p4的漏极连接第五pmos管p5的漏极及运算放大器op的反向输入端，所述第五nmos管n5及第六nmos管n6的栅极连接所述该运算放大器op的正向输入端，该运算放大器op的输出端连接第九nmos管n9的栅极以及第十一nmos管n11的漏极和栅极，所述第十一nmos管n11的源极连接第十nmos管n10的漏极，所述的第十nmos管n10的栅极连接所述的第二pmos管p2的漏极并作为限制电流ilimit的输出端，所述第九nmos管n9的源极连接第十二nmos管n12的源极，该第十二nmos管n12的栅极连接所述的第四pmos管p4的漏极，所述的第九nmos管n9的漏极连接所述的第零pmos管p0的漏极，且通过开关key1接地，该开关key1由空载监测逻辑电路控制开合，当该空载监测逻辑电路监测到外部boost电路为空载时控制所述的开关key1断开，否则该开关key1闭合，所述第五nmos管n5、第六nmos管n6、第七nmos管n7和第十nmos管n10的源极以及所述第二pmos管p2和第十二pmos管p12的漏极接地。
22.在优选的实施方式中，还包括相互串联的第一电阻r1和第一电容c1，所述第一电
阻r1的另一端连接所述第十nmos管n10的栅极，所述的第一电容c1的另一端接地，还包括相互串联的第二电阻r2和第二电容c2，所述第二电阻r2的另一端连接所述运算放大器op的输出端，所述的第二电容c2的另一端连接该运算放大器op的反向输入端，还包括相互串联的第三电阻r3和第三电容c3，所述第三电阻r3的另一端连接所述第三pmos管p3的源极，所述的第三电容c3的另一端连接该第三pmos管p3的漏极。
23.在进一步优选的实施方式中，所述的第一pmos管p1的漏极与所述的第三pmos管p3的源极之间连接有第四电阻r4，所述的第七nmos管n7的源极与所述的接地之间连接有第六电阻r6。
24.在更优选的实施方式中，还包括相互串联的第五电阻r5和第五电容c5，所述第五电阻r5的另一端连接所述第八nmos管n8的栅极，所述第五电容c5的另一端接地，所述的第八nmos管n8的源极通过第七电阻r7接地。
25.本发明还提供了一种采用了该具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器的boost电路，如图2所示，该boost电路中除所述的电流误差放大器之外，还包括迟滞电流比较器模块，该迟滞电流比较器模块的输入端连接所述的电流误差放大器的静态电流i_ea输出端、电感电流采样电路的输出端以及迟滞电流，该迟滞电流比较器模块的输出端连接逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输入端还连接所述的电流误差放大器的限制电流ilimit的输出端，该逻辑电路的输出端连接驱动电路，该驱动电路还连接输入电压vin及输出电压vout，所述的输出电压vout反馈至所述的电流误差放大器的反馈电压vfb。
26.在优选的实施方式中，如图3所示，迟滞电流比较器模块包括：第十三pmos管p13、第十四pmos管p14及第十五pmos管p15，所述的pmos管p13和第十四pmos管p14的源极连接输入电压vin，所述的第十三pmos管p13和第十四pmos管p14的栅极相互连接，所述的第十三pmos管p13的栅极还连接其漏极，该第十三pmos管p13的漏极连接所述的电流误差放大器的静态电流i_ea以及比较器cmp的反向输入端，所述的第十五pmos管p15的源极连接所述的迟滞电流，所述的第十四pmos管p14和第十五pmos管p15的漏极及所述的电感电流采样电路的输出端连接所述的比较器cmp的正向输入端，该比较器cmp的输出端连接所述的逻辑电路，该比较器cmp的输出端还通过组合逻辑电路连接所述的第十五pmos管p15的栅极。
27.在更优选的实施方式中，如图2所示，该boost电路中还包括第十六nmos管n16及第十七pmos管p17，所述的输入电压vin通过电感l连接所述的第十六nmos管n16及第十七pmos管p17的漏极，该第十六nmos管n16的源极接地，该第十六nmos管n16的栅极连接所述的驱动电路，该驱动电路还连接所述的第十七pmos管p17的栅极，该第十七pmos管p17的为所述的输出电压vout，并反馈至所述的电流误差放大器的反馈电压vfb。
28.在实际应用中，自适应工作电流的电流误差放大器的静态工作电流iq_iea，与基准偏置电流(i1+iadpative)相关，关系为：
29.iq_iea＝(i1+iadpative)
×
(1+m+n)
30.上式中，m为第零pmos管p0和第一pmos管p1的比例关系，n为第零pmos管p0和第二pmos管p2的比例关系。
31.在轻载时，iadpative接近于0，此时iq_iea接近于iq_iea＝i1×
(1+m+n)；在空载时通过空载逻辑监测电路判断出空载状态时，开关key1将断开，此时i1接近于0，此时iq_iea接近于0。
32.电流误差放大器的具体工作过程为：当boost处于空载时，空载逻辑监测电路通过监测系统中的电感电流过零信号和ea_out信号判断系统是否处于空载状态，当判定为空载状态时，开关key1将断开，否则将闭合。闭合时使得电流误差放大器工作在i1的偏置电流下。随着负载逐渐加重，电流误差放大器的两端输入发生变化。此时反馈电压vfb将逐渐小于基准电压vref。在图1中，线net1上的电压v
net1
将逐渐变低，此时线net2上的电压v
net2
逐渐变高，从而使得第九nmos管n9和第十二pmos管p12进入饱和区工作，并产生自适应偏置电流iadpative。
[0033][0034]
上式中，u
ncox
为器件跨导参数，vth为器件阈值电压，与工艺相关。
[0035]
随着负载进步一加重，线net1上的电压v
net1
进一步降低，使得第十二pmos管p12工作在深度线性区，则第十二pmos管p12实际上相当于一个电阻r
p12
，而线net2上的电压v
net2
将升到到运算放大器op的最大输出电压v
opmax
，此时产生自适应偏置电流iadptive将都达到最大输出值，
[0036][0037]
上式中，vth为器件阈值电压，与工艺相关，r
p12
为第十二pmos管p12在深度线性工作区间的等效电阻。
[0038]
iadpative在到达iadptive_max之前是随着负载的增大而增大的。利用这个特性，可以时刻检测负载电流，实现ilimit限流功能。图1中，第十nmos管n10和第十一nmos管n11在限流时有钳位功能，恢复时，可以使dc-dc系统快速的从限流状态退出。
[0039]
图2所提出的电流误差放大器配合图3的迟滞电流比较器可以较简单完成迟滞电流结构的系统设计。其中电流误差放大器的输出电流为：
[0040][0041]
将本发明的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器应用于dc-dc系统时，在轻负载状态下，可以以最小静态电流工作，随着负载的加大，可以逐步增大基准偏置电流，从而满足重载下对误差放大器的性能要求；同时，随着负载的加重，基准偏置电流的增大，通过电流比较器的监测，使得限流功能简单容易实现，同时也进一步降低了电路的功耗，可以提高电路轻载的效率。在限流时ilimit为高电平，送入系统逻辑电路后可以使dc-dc系统获得相应的限流动作。从而满足了dc-dc系统低功耗设计场合对误差放大器静态电流的限制性要求。
[0042]
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

技术特征：
1.一种具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，其特征在于，包括：电流镜单元，该电流镜单元的一路电流输出端连接第三pmos管(p3)和第四pmos管(p4)的源极以及第七nmos管(n7)的漏极，所述第三pmos管(p3)的栅极连接反馈电压(vfb)，所述第三pmos管(p3)的漏极连接所述的第七nmos管(n7)和第八nmos管(n8)的栅极以及第六nmos管(n6)的漏极，所述第八nmos管(n8)的漏极为该电流误差放大器的静态电流(i_ea)输出端，所述的第四pmos管(p4)的栅极连接基准电压(vref)，该第四pmos管(p4)的漏极连接第五nmos管(n5)的漏极及运算放大器(op)的反向输入端，所述第五nmos管(n5)及第六nmos管(n6)的栅极连接所述该运算放大器(op)的正向输入端，该运算放大器(op)的输出端连接第九nmos管(n9)的栅极以及第十一nmos管(n11)的漏极和栅极，所述第十一nmos管(n11)的源极连接第十nmos管(n10)的漏极，所述的第十nmos管(n10)的栅极为限制电流(ilimit)的输出端，所述的第九nmos管(n9)的漏极连接所述的电流镜单元的另一路电流输出端，且通过开关(key1)接地，该开关(key1)由空载监测逻辑电路控制开合，当该空载监测逻辑电路监测到外部boost电路为空载时控制所述的开关(key1)断开，否则该开关(key1)闭合。2.根据权利要求1所述的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，其特征在于，所述的电流镜单元包括：第零pmos管(p0)与第一pmos管(p1)组成的同源同栅电流镜以及所述的第零pmos管(p0)与第二pmos管(p2)组成的同源同栅电流镜，其中所述的第零pmos管(p0)、第一pmos管(p1)和第二pmos管(p2)源极相互连接，所述的第零pmos管(p0)、第一pmos管(p1)和第二pmos管(p2)的栅极相互连接，所述的第零pmos管(p0)的栅极还连接其漏极，所述的第一pmos管(p1)的漏极连接所述的第三pmos管(p3)和第四pmos管(p4)的源极以及第七nmos管(n7)的漏极；所述的第零pmos管(p0)的漏极连接所述的第九nmos管(n9)的漏极；所述的第二pmos管(p2)的漏极连接所述的第十nmos管(n10)的栅极。3.根据权利要求2所述的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，其特征在于，所述第九nmos管(n9)的源极连接第十二nmos管(n12)的源极，该第十二nmos管(n12)的栅极连接所述的第四pmos管(p4)的漏极，所述第五nmos管(n5)、第六nmos管(n6)、第七nmos管(n7)和第十nmos管(n10)的源极以及所述第二pmos管(p2)和第十二pmos管(p12)的漏极接地。4.根据权利要求3所述的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，其特征在于，还包括相互串联的第一电阻(r1)和第一电容(c1)，所述第一电阻(r1)的另一端连接所述第十nmos管(n10)的栅极，所述的第一电容(c1)的另一端接地，还包括相互串联的第二电阻(r2)和第二电容(c2)，所述第二电阻(r2)的另一端连接所述运算放大器(op)的输出端，所述的第二电容(c2)的另一端连接该运算放大器(op)的反向输入端，还包括相互串联的第三电阻(r3)和第三电容(c3)，所述第三电阻(r3)的另一端连接所述第三pmos管(p3)的源极，所述的第三电容(c3)的另一端连接该第三pmos管(p3)的漏极。5.根据权利要求4所述的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，其特征在于，所述的第一pmos管(p1)的漏极与所述的第三pmos管(p3)的源极之间连接有第四电阻(r4)，所述的第七nmos管(n7)的源极与所述的接地之间连接有第六电阻(r6)。6.根据权利要求5所述的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，其特征在于，还包括相互串联的第五电阻(r5)和第五电容(c5)，所述第五电阻(r5)的另一端连接所述第八nmos管(n8)的栅极，所述第五电容(c5)的另一端接地，所述的第八nmos管(n8)的源极通
过第七电阻(r7)接地。7.一种boost电路，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的具有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，还包括迟滞电流比较器模块，该迟滞电流比较器模块的输入端连接所述的电流误差放大器的静态电流(i_ea)输出端、电感电流采样电路的输出端以及迟滞电流，该迟滞电流比较器模块的输出端连接逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输入端还连接所述的电流误差放大器的限制电流(ilimit)的输出端，该逻辑电路的输出端连接驱动电路，该驱动电路还连接输入电压(vin)及输出电压(vout)，所述的输出电压(vout)反馈至所述的电流误差放大器的反馈电压(vfb)。8.根据权利要求7所述的boost电路，其特征在于，所述的迟滞电流比较器模块包括：第十三pmos管(p13)、第十四pmos管(p14)及第十五pmos管(p15)，所述的pmos管(p13)和第十四pmos管(p14)的源极连接输入电压(vin)，所述的第十三pmos管(p13)和第十四pmos管(p14)的栅极相互连接，所述的第十三pmos管(p13)的栅极还连接其漏极，该第十三pmos管(p13)的漏极连接所述的电流误差放大器的静态电流(i_ea)以及比较器(cmp)的反向输入端，所述的第十五pmos管(p15)的源极连接所述的迟滞电流，所述的第十四pmos管(p14)和第十五pmos管(p15)的漏极及所述的电感电流采样电路的输出端连接所述的比较器(cmp)的正向输入端，该比较器(cmp)的输出端连接所述的逻辑电路，该比较器(cmp)的输出端还通过组合逻辑电路连接所述的第十五pmos管(p15)的栅极。9.根据权利要求8所述的boost电路，其特征在于，还包括第十六nmos管(n16)及第十七pmos管(p17)，所述的输入电压vin通过电感(l)连接所述的第十六nmos管(n16)及第十七pmos管(p17)的漏极，该第十六nmos管(n16)的源极接地，该第十六nmos管(n16)的栅极连接所述的驱动电路，该驱动电路还连接所述的第十七pmos管(p17)的栅极，该第十七pmos管(p17)的为所述的输出电压(vout)，并反馈至所述的电流误差放大器的反馈电压(vfb)。

技术总结
本发明涉及一种有限流及自适应静态电流的电流误差放大器，属于电路技术领域。该电流误差放大器通过空载监测逻辑电路监测到外部BOOST电路的负载状态，在轻负载状态下，以最小静态电流工作，随着负载的加大，逐步增大基准偏置电流，从而满足重载下对误差放大器的性能要求；同时，随着负载的加重，基准偏置电流的增大，通过电流比较器监测，实现限流功能，使DC-DC系统获得相应的限流动作，进一步降低了电路的功耗，提高电路轻载的效率。由此满足了DC-DC系统低功耗设计场合对误差放大器静态电流的限制性要求。限制性要求。限制性要求。


技术研发人员：黄星星 王鹏 李晨炫 葛浩
受保护的技术使用者：无锡力芯微电子股份有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/10/8