一種dc-dc轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種DC-DC轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路的噪聲在射頻應(yīng)用方面是一個(gè)非常敏感的指標(biāo)，高頻噪聲會(huì)嚴(yán)重影響射頻電路的性能。傳統(tǒng)的射頻電路供電一般采用PWM調(diào)制方式的DC-DC變換器(結(jié)構(gòu)如圖1所示)，其具有輸出電壓穩(wěn)定，紋波小，穩(wěn)態(tài)誤差小等特點(diǎn)，但是其固定頻率的PWM調(diào)制方式會(huì)不可避免地引入諧波噪聲，這對(duì)射頻電路是十分不利的。Sigma-Delta調(diào)制DC-DC變換器采用Sigma-Delta調(diào)制方式(結(jié)構(gòu)如圖2所示)，產(chǎn)生不固定頻率的調(diào)制周期，使得以開關(guān)頻率為基波的諧波噪聲得到抑制，輸出電壓頻譜更加平緩，適用于射頻電路的供電，但其調(diào)制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體功耗增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述的問題，提出一種DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖3所示，包括PMOS功率管MP、NMOS功率管麗、電感L、第一電容C、第二電容Ce、第一運(yùn)算放大器OPl、第二運(yùn)算放大器0P2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R、第六電阻RF1、第七電阻RF2、鐘控比較量化器模塊和功率管驅(qū)動(dòng)模塊；PM0S功率管MP的源極接電源VIN，其柵極接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端，其漏極接NMOS功率管麗的漏極，其漏極依次通過電感L和第一電容C后接地；NM0S功率管麗的柵極接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端，其漏極接PMOS功率管MP漏極與電感L的連接點(diǎn)，其源極接地；第五電阻R與第一電容C并聯(lián)；第六電阻RFl和第七電阻RF2串聯(lián)后與第五電阻R并聯(lián)；第六電阻RFl和第七電阻RF2的連接點(diǎn)接第一運(yùn)算放大器OPl的正向輸入端；第一運(yùn)算放大器OPl的負(fù)向輸入端通過第一電阻Rl后接其輸出端；第一運(yùn)算放大器OPl的負(fù)向輸入端與第一電阻Rl的連接點(diǎn)通過第二電阻R2和第二電容Ce后接基準(zhǔn)電壓；第二運(yùn)算放大器0P2的正向輸入端接第一運(yùn)算放大器OPl的輸出端，其負(fù)向輸入端通過第四電阻R4后接基準(zhǔn)電壓，其負(fù)向輸入端通過第三電阻R3后接其輸出端；鐘控比較量化器模塊的第一輸入端接基準(zhǔn)電壓，其第二輸入端接第二運(yùn)算放大器0P2的輸出端，其輸出端接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端。
[0006]本發(fā)明總的技術(shù)方案，第一運(yùn)算放大器OPl、電阻R1、電阻R2、電容Ce共同構(gòu)成了相位超前補(bǔ)償模塊；第二運(yùn)算放大器0P2、電阻R3、電阻R4共同構(gòu)成了比例放大器模塊；相位超前補(bǔ)償模塊用于根據(jù)RF2上的輸出采樣電壓，輸出比例放大器模塊的輸入信號(hào)；第一運(yùn)算放大器OPl、電阻Rl和R2，電容Ce實(shí)現(xiàn)了相位超前補(bǔ)償，使整體DC-DC環(huán)路穩(wěn)定；
[0007]比例放大器模塊用于根據(jù)基準(zhǔn)電壓Vref和相位超前補(bǔ)償模塊的輸出信號(hào)，輸出鐘控比較量化器的輸入信號(hào)。第二運(yùn)算放大器0P2、電阻R3和R4實(shí)現(xiàn)了比例放大，其中R3=R4，則輸出直流電平等于Vref，則0P2的正輸入端也會(huì)被鉗位在Vref。而相位超前補(bǔ)償模塊輸出的交流信號(hào)可以通過0P2輸出給鐘控比較量化器，這樣便完成了做差的功能。
[0008]鐘控比較量化器用于根據(jù)相位超前補(bǔ)償模塊的輸出，產(chǎn)生不固定頻率的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，輸出給功率管驅(qū)動(dòng)模塊，形成不固定頻率的功率管調(diào)制。
[0009]本發(fā)明的有益效果為，將Sigma-Delta調(diào)制器的結(jié)構(gòu)嵌套進(jìn)DC-DC整體環(huán)路，實(shí)現(xiàn)不固定頻率的調(diào)制，同時(shí)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低功耗；典型情況下，本發(fā)明的DC-DC變換器輸出電壓為1.218V，穩(wěn)態(tài)誤差小于20mV，紋波為8mV。調(diào)制時(shí)鐘頻率為10MHz，輸出頻譜噪聲比傳統(tǒng)PffM調(diào)制最大低了 30dB。
【附圖說明】
[0010]圖1為傳統(tǒng)PffM調(diào)制DC-DC整體電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為Sigma-Delta調(diào)制DC-DC整體電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明的整體電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明的整體電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明的電路瞬態(tài)仿真波形示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明的輸出頻譜波形示意圖；
[0016]圖7為傳統(tǒng)PffM調(diào)制DC-DC變換器輸出頻譜波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0018]本發(fā)明的一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖3所示，包括PMOS功率管MP、NMOS功率管麗、電感L、第一電容C、第二電容Ce、第一運(yùn)算放大器0P1、第二運(yùn)算放大器0P2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R、第六電阻RF1、第七電阻RF2、鐘控比較量化器模塊和功率管驅(qū)動(dòng)模塊；PM0S功率管MP的源極接電源VIN，其柵極接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端，其漏極接NMOS功率管MN的漏極，其漏極依次通過電感L和第一電容C后接地；NM0S功率管MN的柵極接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端，其漏極接PMOS功率管MP漏極與電感L的連接點(diǎn)，其源極接地；第五電阻R與第一電容C并聯(lián)；第六電阻RFl和第七電阻RF2串聯(lián)后與第五電阻R并聯(lián)；第六電阻RFl和第七電阻RF2的連接點(diǎn)接第一運(yùn)算放大器OPl的正向輸入端；第一運(yùn)算放大器OPl的負(fù)向輸入端通過第一電阻Rl后接其輸出端；第一運(yùn)算放大器OPl的負(fù)向輸入端與第一電阻Rl的連接點(diǎn)通過第二電阻R2和第二電容Ce后接基準(zhǔn)電壓；第二運(yùn)算放大器0P2的正向輸入端接第一運(yùn)算放大器OPl的輸出端，其負(fù)向輸入端通過第四電阻R4后接基準(zhǔn)電壓，其負(fù)向輸入端通過第三電阻R3后接其輸出端；鐘控比較量化器模塊的第一輸入端接基準(zhǔn)電壓，其第二輸入端接第二運(yùn)算放大器0P2的輸出端，其輸出端接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端。
[0019]一階Sigma-Delta調(diào)制器由減法器、積分器和量化器組成，如圖2中的Sigma-Delta調(diào)制器結(jié)構(gòu)所示。它實(shí)現(xiàn)了將連續(xù)模擬信號(hào)量化為離散數(shù)字信號(hào)的功能，其核心思想是噪聲整形，利用了負(fù)反饋的結(jié)構(gòu)，抑制了量化過程中產(chǎn)生的帶內(nèi)量化噪聲，提高信噪比。從時(shí)域上看，Sigma-Delta調(diào)制器將輸入連續(xù)信號(hào)調(diào)制成一系列高低電平。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，調(diào)制器要么輸出高電平，要么輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)較低時(shí)，輸出會(huì)是較多的低電平，當(dāng)輸入信號(hào)較高時(shí)，輸出會(huì)是較多的高電平。這樣輸出信號(hào)就沒有固定的時(shí)鐘周期，從而不會(huì)產(chǎn)生與時(shí)鐘有關(guān)的諧波成分。相比傳統(tǒng)的PWM調(diào)制DC-DC變換器固定調(diào)制周期的方法，Sigma-Delta調(diào)制DC-DC的輸出含有的時(shí)鐘諧波噪聲要少很多，所以其輸出頻譜更加干凈。
[0020]本發(fā)明的整體DC-DC結(jié)構(gòu)采用了一階Sigma-Delta調(diào)制器的基本原理，如圖3所示。其中功率級(jí)的電感L和電容C共同組成了積分器結(jié)構(gòu)，這樣便與比例放大器模塊共同構(gòu)成了一階Sigma-DeIta調(diào)制的基本結(jié)構(gòu)，其框圖如圖4所示。這樣將Sigma-DeIta調(diào)制器的結(jié)構(gòu)嵌入了整體DC-DC環(huán)路。由于電感L和電容C構(gòu)成的積分電路具有二階低通特性，其具有二階共軛極點(diǎn)，在頻譜上會(huì)帶來180度的相位移動(dòng)，這樣會(huì)使整個(gè)環(huán)路不穩(wěn)定，所以需要加入高通補(bǔ)償模塊，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。同時(shí)積分器與量化器的位置相對(duì)于一階Sigma-Delta調(diào)制器的結(jié)構(gòu)中二者的位置進(jìn)行了互換，這樣使得原本輸出為離散信號(hào)的Sigma-Delta調(diào)制器結(jié)構(gòu)輸出變?yōu)榱诉B續(xù)的模擬信號(hào)。這也是整個(gè)環(huán)路與一階Sigma-Delta調(diào)制器結(jié)構(gòu)的不同之處。
[0021]這樣本發(fā)明提出的DC-DC結(jié)構(gòu)既具有了 Sigma-Delta調(diào)制抑制輸出頻譜噪聲的特點(diǎn)，又大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)Sigma-Delta調(diào)制DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，減小了功耗和面積。
[0022]圖5給出了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)仿真波形。穩(wěn)態(tài)下，輸出電壓為1.218V，穩(wěn)態(tài)誤差小于20mV，紋波為8mV。調(diào)制時(shí)鐘頻率為10MHz，功率管開關(guān)信號(hào)沒有比較明顯的規(guī)律性，即沒有固定的開關(guān)周期，從而輸出電壓的紋波也沒有明顯的規(guī)律性。
[0023]圖6給出了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的輸出頻譜特性圖。圖7為傳統(tǒng)PffM調(diào)制DC-DC變換器的輸出頻譜特性圖?？梢钥闯?，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的輸出頻譜沒有較高的尖峰噪聲，高頻部分均小于-100dB，而傳統(tǒng)PffM調(diào)制DC-DC變換器的輸出存在較高的尖峰噪聲，最高達(dá)_70dB。由此看出，本發(fā)明DC-DC結(jié)構(gòu)的輸出的頻譜相對(duì)于傳統(tǒng)的PffM調(diào)制DC-DC更加平滑，消除了高能量的尖峰噪聲。
[0024]綜上，本發(fā)明的DC-DC變換器結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)DC-DC變換器直流電壓轉(zhuǎn)換的功能的同時(shí)，改善了 PWM調(diào)制DC-DC輸出電壓頻譜噪聲大的缺點(diǎn)，平滑了輸出頻譜特性，抑制了輸出頻譜尖峰噪聲；將Sigma-Delta調(diào)制DC-DC變換器的基本原理嵌入整個(gè)DC-DC環(huán)路之中，具備了 Sigma-Delta調(diào)制DC-DC輸出噪聲小的特點(diǎn)，同時(shí)大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，減小了面積及功耗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括PMOS功率管MP、NMOS功率管麗、電感L、第一電容C、第二電容Ce、第一運(yùn)算放大器0P1、第二運(yùn)算放大器0P2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R、第六電阻RF1、第七電阻RF2、鐘控比較量化器模塊和功率管驅(qū)動(dòng)模塊；PM0S功率管MP的源極接電源VIN，其柵極接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的第一輸出端，其漏極接NMOS功率管麗的漏極，其漏極依次通過電感L和第一電容C后接地；NM0S功率管麗的柵極接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的第二輸出端，其漏極接PMOS功率管MP漏極與電感L的連接點(diǎn)，其源極接地；第五電阻R與第一電容C并聯(lián)；第六電阻RFl和第七電阻RF2串聯(lián)后與第五電阻R并聯(lián)；第六電阻RFl和第七電阻RF2的連接點(diǎn)接第一運(yùn)算放大器OPl的正向輸入端；第一運(yùn)算放大器OPl的負(fù)向輸入端通過第一電阻Rl后接其輸出端；第一運(yùn)算放大器OPl的負(fù)向輸入端與第一電阻Rl的連接點(diǎn)通過第二電阻R2和第二電容Ce后接基準(zhǔn)電壓；第二運(yùn)算放大器0P2的正向輸入端接第一運(yùn)算放大器OPl的輸出端，其負(fù)向輸入端通過第四電阻R4后接基準(zhǔn)電壓，其負(fù)向輸入端通過第三電阻R3后接其輸出端；鐘控比較量化器模塊的第一輸入端接基準(zhǔn)電壓，其第二輸入端接第二運(yùn)算放大器0P2的輸出端，其輸出端接功率管驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種DC-DC轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的主要技術(shù)方案為第一運(yùn)算放大器OP1、電阻R1、電阻R2、電容Cc共同構(gòu)成了相位超前補(bǔ)償模塊；第二運(yùn)算放大器OP2、電阻R3、電阻R4共同構(gòu)成了比例放大器模塊；相位超前補(bǔ)償模塊用于根據(jù)RF2上的輸出采樣電壓，輸出比例放大器模塊的輸入信號(hào)；第一運(yùn)算放大器OP1、電阻R1和R2，電容Cc實(shí)現(xiàn)了相位超前補(bǔ)償，使整體DC-DC環(huán)路穩(wěn)定。本發(fā)明的有益效果為，將Sigma-Delta調(diào)制器的結(jié)構(gòu)嵌套進(jìn)DC-DC整體環(huán)路，實(shí)現(xiàn)不固定頻率的調(diào)制，同時(shí)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低功耗。
【IPC分類】H02M3/157, H03M3/00
【公開號(hào)】CN105048809
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510522230
【發(fā)明人】甄少偉, 楊東杰, 曹燦華, 王驥, 羅萍, 張波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年8月24日