多級放大器的制造方法
【專利說明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請要求2014年9月19日提交的共同懸而未決的美國臨時(shí)專利申請 N0. 62/052, 565的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容并入在此以供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種多級放大器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種放大器，包括第一級、第二級和第三級，以及反饋網(wǎng)絡(luò)。所述第 一級具有第一通帶，并且被構(gòu)造成響應(yīng)第一輸入信號和第二輸入信號生成第一輸出信號， 并且所述第二級具有比所述第一通帶的頻率更高的第二通帶，并且被構(gòu)造成響應(yīng)第三輸入 信號和第四輸入信號生成第二輸出信號。所述第三級具有耦合接收所述第一輸出信號的第 一輸入節(jié)點(diǎn)、耦合接收所述第二輸出信號的第二輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。并且所述反饋網(wǎng)絡(luò) 耦合在所述第三級的所述第二輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間。
[0005] 例如，其中所述第一級、第二級和第三級是各自的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器級。因?yàn)槠淇梢?消耗更少的待機(jī)功率，并導(dǎo)通和截止要求的功率和時(shí)間更少，所以這樣的放大器可適用于 低功率應(yīng)用。此外，這樣的放大器可以提供第一輸出信號和第二輸出信號的分離，使得第一 級不影響第二級的操作，反之亦然。例如，這樣的分離可以減少或消除第一級的輸入偏移對 第二級影響（reflection)，反之亦然。此外，這樣的分離可以允許獨(dú)立于第二級對第一級 的輸入偏移進(jìn)行補(bǔ)償，反之亦然。此外，這樣的分離可以允許獨(dú)立于一個(gè)級的信號特征（例 如，帶寬）對第一級和第二級之一的輸入偏移進(jìn)行補(bǔ)償。
【附圖說明】
[0006] 圖1是帶有傳統(tǒng)誤差放大器電路的電源的示意圖。
[0007] 圖2是根據(jù)實(shí)施例帶有誤差放大器電路的電源的示意圖。
[0008] 圖3是圖2的誤差放大器電路的實(shí)施例的示意圖。
[0009] 圖4是圖3的低通濾波電路的實(shí)施例的示意圖。
[0010] 圖5是根據(jù)實(shí)施例圖3的誤差放大器電路的增益對頻率的曲線圖。
[0011] 圖6是圖2的誤差放大器電路的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0012] 圖7是根據(jù)實(shí)施例包含圖2中電源的系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖8是根據(jù)實(shí)施例包含圖7的系統(tǒng)或者包含獨(dú)立于圖7的系統(tǒng)的圖2中電源的智 能電話的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 圖1是根據(jù)實(shí)施例的電源10的示意圖；雖然被描述為降壓轉(zhuǎn)換器，但電源可以是 任何其它類型的電源，諸如升壓轉(zhuǎn)換器或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，所述電源包括誤差放大器電 路，如誤差放大器電路12。
[0015] 除誤差放大器電路12之外，電源10還包括電源控制器14、高側(cè)開關(guān)晶體管16和 低側(cè)開關(guān)晶體管18、具有電感L和等效串聯(lián)電阻DCR的電感器20、具有電容C和等效串聯(lián) 電阻ESR的輸出（濾波）電容器22、輸入節(jié)點(diǎn)24和輸出節(jié)點(diǎn)26。
[0016] 誤差放大器電路12(其也可以被稱為"補(bǔ)償電路"）包括高增益差分誤差放大器 28、分壓電阻器30和具有圖1所示值的元件的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)32,所述高增益差分誤差放大器28 諸如運(yùn)算放大器，其被設(shè)置在電源控制器14上。分壓電阻器30的值RD理想是這樣的，即 當(dāng)輸出電壓V。具有調(diào)節(jié)的值時(shí)，反饋電壓
如果電源10被設(shè)計(jì)成 使得V。的調(diào)節(jié)的值等于VREF，則可以忽略分壓電阻器30。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)32在有關(guān)頻帶中給予誤 差放大器電路12至少三個(gè)極點(diǎn)和至少兩個(gè)零點(diǎn)，使得在該頻帶內(nèi)，誤差放大器電路具有由 較低增益的頻帶分開的較低頻率通帶和較高頻率通帶；因此，誤差放大器電路12是III型 誤差放大器電路。較低頻率通帶允許電源10穩(wěn)定地響應(yīng)V。中相對緩慢的變化，諸如在電 源負(fù)載（圖1中未示出）中或在輸入電壓VIN(例如，由于提供VIN的放電電池）中相對緩慢 的變化所引起的變化，同時(shí)在較低增益的頻帶內(nèi)濾除噪聲；并且較高頻率通帶允許所述電 源對在V。中相對快速的，即瞬態(tài)變化作出響應(yīng)，諸如由負(fù)載插入瞬態(tài)或由負(fù)載釋放瞬態(tài)所 引起的變化。
[0017] 除誤差放大器28之外，電源控制器14包括用于生成VREF的帶隙-基準(zhǔn)發(fā)生器34、 鋸齒波發(fā)生器36、比較器38和開關(guān)邏輯40。
[0018] 在電源的穩(wěn)態(tài)操作期間，誤差放大器電路12和比較器38形成調(diào)節(jié)由電源10生成 的輸出電壓V。的反饋回路的一部分，使得理想地
[0019] 在電源10操作期間，電源控制器14控制晶體管16和晶體管18的占空比以理想
[0020] 誤差放大器28生成具有理想地保持VFB=VREF的值的輸出電壓C0MP，其中誤差放 大器可響應(yīng)VFB中的變化改變C0MP的速率取決于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)32給予誤差放大器電路12的頻 率響應(yīng)。
[0021] 比較器38將C0MP與由鋸齒波發(fā)生器36生成的鋸齒電壓波SAWTOOTH相比較； SAWTOOTH的周期和頻率分別是電源10的開關(guān)周期和開關(guān)頻率。
[0022] 當(dāng)SAWTOOTH的幅值小于C0MP的幅值時(shí)，比較器38在其輸出節(jié)點(diǎn)上生成高信號電 平，響應(yīng)該高信號電平，開關(guān)邏輯40導(dǎo)通高側(cè)晶體管16并截止低側(cè)晶體管18。
[0023] 相反地，當(dāng)SAWTOOTH的幅值大于C0MP的幅值時(shí)，比較器38在其輸出節(jié)點(diǎn)上生成 低信號電平，響應(yīng)該低信號電平，開關(guān)邏輯40截止高側(cè)晶體管16并導(dǎo)通低側(cè)晶體管18。高 側(cè)晶體管16導(dǎo)通的每開關(guān)周期對開關(guān)周期自身時(shí)間比率是電源10的前述占空比。
[0024] 當(dāng)高側(cè)晶體管16導(dǎo)通且低側(cè)晶體管18截止時(shí)，線性增大電流込從輸入節(jié)點(diǎn)24經(jīng) 過晶體管16、經(jīng)過電感器20流到輸出節(jié)點(diǎn)26。1^的一部分Ic流入電容器22中，并且導(dǎo)致 V。增加，并且込的一部分Ium)為耦合到輸出節(jié)點(diǎn)26的負(fù)載（圖1未示出）供電。
[0025] 相反地，當(dāng)高側(cè)晶體管16截止且低側(cè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，線性減小電流L從地經(jīng)過晶 體管18、經(jīng)過電感器20流入輸出節(jié)點(diǎn)26。1的一部分Ic流入電容器22中，并且導(dǎo)致V。增 加，并且1的一部分IU3AD為耦合到輸出節(jié)點(diǎn)26的負(fù)載（圖1未示出）供電。然而，當(dāng)I^變 得比1_低時(shí)，Ic反轉(zhuǎn)方向；即，電容器22將線性增大差分電流Ic=I 提供給負(fù)載。 當(dāng)電容器22將、提供給負(fù)載時(shí)，V。降低。
[0026] 在V。中周期性增加和減少的峰到峰幅度，其有時(shí)被稱為"輸出紋波電壓"，相對較 小，例如，對于1. 3伏（V)電源大約幾毫伏（mV)。因此，
的理想值實(shí)際 上是在輸出節(jié)點(diǎn)26上的電壓的平均值或直流分量。
[0027] 如果事件，例如，由于電池放電（如果VIN由電池提供）或負(fù)載瞬態(tài)，VIN中的 變化導(dǎo)致V。中的變化，則電源10用于將V。移回到其調(diào)節(jié)的值，按上述，其理想的是
[0028] 例如，如果V。增加到高于其調(diào)節(jié)的值，理想的是
，則電源10用于
。如果V。增加，則VFB增加，并且誤差放大器電路12使C0MP減 小。C0MP的減小降低了電源占空比，使得高側(cè)晶體管16的導(dǎo)通時(shí)間減少，因此減小了電感 器20提供給輸出節(jié)點(diǎn)26的平均電流IUvg。IUvg的減小導(dǎo)致V。減小到其理想的調(diào)節(jié)的值
[0029] 相反地，如果V。減小到低于其調(diào)節(jié)的值，理想的是
，則電源10理想 地將V。增回到
如果V。減小，則VFB減小，并且誤差放大器電路12使C0MP增 加。C0MP的增加增加了電源占空比，使得高側(cè)晶體管16的導(dǎo)通時(shí)間增加，因此增加了電感 器20提供給輸出節(jié)點(diǎn)26的平均電流IUvg。IUvg中的增加導(dǎo)致V。增回到其理想的調(diào)節(jié)的值
[0030] 可設(shè)想電源10的另選實(shí)施例。例如，被描述為遠(yuǎn)離電源控制器14的電源10的任 何元件可設(shè)置在控制器上，并且被描述為在控制器上的任何元件可以遠(yuǎn)離控制器設(shè)置。此 外，電源控制器14可以是設(shè)置在一個(gè)或更多集成電路芯片上的集成電路。而且，誤差放大 器電路12可以不是III型誤差放大器電路。此外，雖然電源10被描述為具有單功率相，但 是電源可以具有多個(gè)相，每個(gè)相都包括各自的電感器20、誤差放大器電路12、基準(zhǔn)發(fā)生器 34和鋸齒波發(fā)生器36、比較器38、開關(guān)邏輯40,以及晶體管16和晶體管18 ;或者，多相可 以共享公共誤差放大器電路。此外，電源10可以以封裝的電源模塊的形式，其中所述電源 的一些或所有元件都設(shè)置在模塊封裝內(nèi)。
[0031] 仍參考圖1，對于許多應(yīng)用，諸如電池供電的應(yīng)用（例如，智能電話和平板計(jì)算 機(jī)），優(yōu)選，在待機(jī)或睡眠模式，由電源10汲取的待機(jī)電流接近或者在最低水平，從而節(jié)省 電力并延長電池壽命。此外，對于此類應(yīng)用，一般優(yōu)選，在輕負(fù)載、正常負(fù)載和重負(fù)載條件 下，電源10汲取相對低的電流，并且因此消耗相對小的功率。
[0032] 但即使在例如300KHz- 1MHz的相對高的開關(guān)頻率，誤差放大器電路12的電容 Q-電容C3和電阻Ri-電阻R3的大小可導(dǎo)致大的R-C建立時(shí)間，其可導(dǎo)致誤差放大器電路 的待機(jī)模式恢復(fù)時(shí)間超過為此類應(yīng)用所規(guī)定的上電時(shí)間。此外，為了在指定的帶寬具有規(guī) 定的穩(wěn)定裕度（margin)，并且為了具有規(guī)定的輸入偏移和線性度，在輕負(fù)載、正常負(fù)載和重 負(fù)載條件中的至少一個(gè)下，誤差放大器電路12可汲取太多的電流而不適用于此類低功率 應(yīng)用。
[0033] 圖2是根據(jù)實(shí)施例的電源50的示意圖，其包括適用于如結(jié)