雙沿超前校正增強比較器及其有源全橋整流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種雙沿超前校正增強比較器及其有源全橋整流器，該雙沿超前校正增強比較器的預放大器包括偏置電流電路和共柵極放大電路；偏置電流電路用于給共柵放大電路提供電流偏置；柵極放大電路用于將輸入的電壓進行放大，產(chǎn)生準數(shù)字輸出；失調產(chǎn)生電路用于通過非平衡電流的方式分別產(chǎn)生不同的失調電壓，對比較器的上升沿和下降沿進行超前比較；雙邊沿數(shù)字鎖存器用于對比較器輸出結果進行鎖存；驅動級用于將雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸出信號進行放大；反饋控制電路用于減小了直流偏置電流以提升整流器效率。本發(fā)明通過雙邊沿數(shù)字鎖存和反饋控制的方法解決雙沿校正比較器的穩(wěn)定性問題，并對其靜態(tài)功耗進行優(yōu)化，達到提高有源整流器效率的目的。
【專利說明】雙沿超前校正增強比較器及其有源全橋整流器 【【技術領域】】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)療電子和低功耗集成電路設計領域，特別涉及一種比較器及其 有源全橋整流器。 【【背景技術】】
[0002] 隨著醫(yī)學技術的飛速發(fā)展，滿足各類以治療和診斷為目的的可植入人體醫(yī)用裝置 的種類日益增多。電池供電的缺點導致了經(jīng)皮傳輸?shù)臒o線供電系統(tǒng)的出現(xiàn)，并可逐漸替代 電池，為復雜的植入式系統(tǒng)提供長期、穩(wěn)定、高效的能源。隨著植入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展和功 能的復雜化，對于無線供電系統(tǒng)也提出了小體積，低電壓，高效率的要求。
[0003] 當前應用的無線供電系統(tǒng)工作于較低的工作頻率和較高的工作電壓下，其較大的 耦合線圈占用了較大的體積，因而不能直接用于植入式系統(tǒng)。為了縮減耦合線圈尺寸，無線 供電系統(tǒng)需要工作于較高的頻率（f>l〇〇kHz)。較低的輸入電壓使得傳統(tǒng)二極管整流方案 中，由于二極管較大的正向導通電壓而不適用。因而，使用有源整流器成為無線供電系統(tǒng)中 整流器單元的解決方案。
[0004] 有源整流器結構包括一對交叉耦合的PMOS(NM0S)管和兩個NMOS(PM0S)管構造成 的有源二極管。這種有源二極管由比較器和NMOS(PMOS)管組成，通過比較器檢測M0S管 源、漏兩端電壓的大小從而導通和關斷M0S管，實現(xiàn)類似于二極管的整流功能。但是由于使 用了比較器，整流器的導通與關斷受限于比較器的比較速度。由于植入式系統(tǒng)小型化的要 求，整流器的輸入信號一般是較高頻率的載波信號（200kHz?20MHz)，在這種高頻輸入情 況下，慢的比較器速度會導致整流器不能及時關斷，額外的反向泄漏電流會嚴重地降低整 流器的效率，而設計快比較器又會消耗較多的直流功耗，也會影響整流器的效率。因此，設 計低功耗、高速度的比較器是提高有源整流器效率的關鍵。
[0005] 目前已有部分低功耗、高速比較器的設計與研究工作。例如文獻 "Analysis,design,andimplementationofahigh-efficiencyfull-waverectifierin standardCMOStechnology,，'（GauravBawa,MaysamGhovanloo,AnalogIntegrCirc SigProcess(2009) 60:71 - 81)使用了兩級遲滯比較器，實現(xiàn)了有源整流器在0.5MHz下 的84.8%的轉換效率。但是，其缺點是工作頻率比較低，不利于系統(tǒng)的小型化。文獻 "Anefficiency-enhancedCMOSrectifierwithunbalanced-biasedcomparatorsfor transcutaneous-poweredhigh-currentimplants,，'(S.GuoandH.Lee,IEEEJOURNALOF SOLID-STATECIRCUITS,VOL. 44,NO. 6,JUNE2009)通過非平衡偏置電流的方法，在共柵極 推挽輸出比較器的輸入端引入了一個固定的失調電壓V0S，實現(xiàn)了比較器下降沿的超前比 較，從而在較低的功耗下實現(xiàn)了有源NM0S管的提前關斷，有效地減小了反向漏電流導致的 額外功耗。這種比較器實現(xiàn)了速度的提升，但也只是提高到了 2MHz。而且，由于比較器的 失調電壓固定，比較器在實現(xiàn)關斷沿提前的同時，滯后了導通沿，減小了整流器的導通角， 使得整流器的效率只獲得了有限的提升。文獻："Anintegratedpower-efficientactive rectifierwithoffset-controlledhighspeedcomparatorsforinductively-powered applications,，，（H.LeeandM.Ghovanloo,IEEETRANSACTIONSONCIRCUITSAND SYSTEMS-I:RE⑶LARPAPERS,VOL. 58,N0.8,AUGUST2011)則在以上研究基礎上，通過控制 非平衡電流的導通與關斷，通過失調控制的方式實現(xiàn)了比較器的提前導通和關斷，提升了 有源整流器的效率，并且整流器的工作頻率達到了 13. 56MHz，處于工業(yè)、科研、醫(yī)療專用頻 率（ISM)規(guī)定的帶寬內，可以實現(xiàn)植入式系統(tǒng)中的應用。但是，由于這種雙沿校正比較器具 有兩個不同的比較判別電平，其從本質上講是不穩(wěn)定的，而比較器如果發(fā)生振蕩，就會導致 更大的整流器驅動損耗，整流器的效率降低。 【
【發(fā)明內容】
】
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙沿超前校正增強比較器及其有源全橋整流器，通過 雙邊沿數(shù)字鎖存和反饋控制的方法解決雙沿校正比較器的穩(wěn)定性問題，并對其靜態(tài)功耗進 行優(yōu)化，達到提高有源整流器效率的目的。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0008] 雙沿超前校正增強比較器，包括預放大器、失調產(chǎn)生電路、雙邊沿數(shù)字鎖存器、驅 動級和反饋控制電路；預放大器的輸出端連接雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸入端，雙邊沿數(shù)字鎖 存器的輸出端連接驅動級的輸入端，驅動級的輸出端連接有源全橋整流器的一個NM0S管 MN1的柵極;反饋控制電路的兩個輸入端連接有源全橋整流器的一個NM0S管MN1的柵 極Vrai和另一個NM0S管麗2的柵極Vffl2 ;反饋控制電路的兩個輸出端連接失調產(chǎn)生電路的 輸入端，失調產(chǎn)生電路的輸出端連接預放大器。
[0009] 優(yōu)選的，預放大器包括偏置電流電路和共柵極放大電路；偏置電流電路包括電阻 Rb、NM0S管MN1、NM0S管MN2、NM0S管MN3、PM0S管MP1 和PM0S管MP2 ;共柵極放大電路包括PM0S 管MP3、PM0S管Mp4、NM0S管Mn4和NM0S管MN5 ;失調產(chǎn)生電路包括PM0S管MP5、PM0S管MP6、 NM0S管MN6和NM0S管MN7 ;電阻Rb -端、PM0S管MP1的源極、PM0S管MP2的源極、PM0S管MP3 的源極、PM0S管Mp4的源極和PM0S管MP5的源極連接有源全橋整流器的輸出端VKEC，電阻Rb 另一端連接NM0S管MN1的漏極和柵極；NM0S管MN1的柵極、NM0S管MN2的柵極、NM0S管MN3的 柵極和NM0S管MN6的柵極共接，NM0S管MN2的漏極連接PM0S管MP1的漏極和柵極；PM0S管 MP1的柵極、PM0S管MP2的柵極和PM0S管MP5的柵極共接；PM0S管MP2的漏極連接NM0S管Mn4 的漏極、NM0S管Mn4的柵極、NM0S管MN5的柵極和PM0S管MP6的漏極；NM0S管MN3的漏極連 接PM0S管MP3的漏極、PM0S管MP3的柵極、PM0S管MP4的柵極、NM0S管MN7的漏極；PM0S管 MP4的漏極和NM0S管MN5的漏極共接作為失調產(chǎn)生電路的輸出端并連接雙邊沿數(shù)字鎖存器 的輸入端IN;PM0S管MP5的漏極連接PM0S管MP6的源極，PM0S管MP6的柵極接反饋控制電路 的第一輸出端PHL;NM0S管MN6的漏極連接NM0S管MN7的源極，NM0S管MN7的柵極接反饋控 制電路的第二輸出端PLH;NM0S管MN1的源極、NM0S管MN2的源極、NM0S管MN3的源極、NM0S 管MN4的源極和NM0S管MN6的源極接地；NM0S管MN5的源極接比較器的電源輸入端VIP/VIN。
[0010] 優(yōu)選的，雙邊沿數(shù)字鎖存電路包括上升沿鎖存電路、下降沿鎖存電路、第一延遲控 制電路和第二延遲控制電路；上升沿鎖存電路的輸入端連接失調產(chǎn)生電路的輸出端，上升 沿鎖存電路的輸出端連接下降沿鎖存電路的輸入端，下降沿鎖存電路的輸出端接驅動級的 輸入端；第一延遲控制電路的輸入端連接上升沿鎖存電路的輸出端，第一延遲控制電路的 輸出端連接上升沿鎖存電路的控制端；第二延遲控制電路的輸入端連接下降沿鎖存電路的 輸出端，第二延遲控制電路的輸出端連接下降沿鎖存電路的控制端；第一延遲控制電路和 弟-延遲控制電路的控制端連接控制端V&p
[0011] 優(yōu)選的，反饋控制電路包括PM0S管P1、NM0S管N1、電容C、兩輸入或門OR、兩輸入 與門AND和六個反向器INV1-INV6 ;PM0S管P1的源極連接電源VDD，PM0S管P1的柵極接有 源全橋整流器的一個N0MS管MN1的柵極V^，PM0S管P1的漏極連接NM0S管N1的漏極、電 容C的一端和或門0R的第一輸入端；N0MS管MN1的柵極接有源全橋整流器的另一個N0MS 管麗2的柵極Vra2,N0MS管麗1的源極和電容C的另一端接地。柵極Vra2連接反向器INV1 的輸入端，反向器INV1的輸出端連接反向器INV2的輸入端，反向器INV2的輸出端連接或 門0R的第二輸入端，或門0R的輸出端為反饋控制電路的第二輸出端PLH;第二輸出端PLH 連接反向器INV3的輸入端，反向器INV3的輸出端連接反向器INV4的輸入端，反向器INV4 的輸出端連接與門AND的第一輸入端；柵極Vffll連接反向器INV5的輸入端，反向器INV5的 輸出端連接反向器INV6的輸入端，反向器INV6的輸出端連接與門AND的第二輸入端，與門 AND的輸出端為反饋控制電路的第一輸出端PHL。
[0012] 有源全橋整流器，包括雙沿超前校正增強比較器、一對交叉耦合的PM0S管MP1和 PM0S管MP2、有源NM0S二極管MN1和有源NM0S二極管MN2 ;MP1的漏極連接MP2的柵極、 整流器輸入端VIP、MN1的漏極和CMP1的負極；MP2的漏極連接MP1的柵極、整流器輸入端 VIN、MN2的漏極和CMP2的負極；MN1的源極、CMP1的正極、MN2的源極、CMP2的正極均接地； 整流器輸入端VIN和整流器輸入端VIP接交流電源VIN ;MP1的源極連接MP2的源極共接作 為比較器的輸出端VKEC；。
[0013] 雙沿超前校正增強比較器，包括預放大器、失調產(chǎn)生電路、雙邊沿數(shù)字鎖存器、驅 動級和反饋控制電路；預放大器包括偏置電流電路和共柵極放大電路；偏置電流電路用于 給共柵放大電路提供電流偏置；共柵極放大電路用于將輸入的電壓進行放大，產(chǎn)生準數(shù)字 輸出；失調產(chǎn)生電路用于通過非平衡電流的方式分別產(chǎn)生不同的失調電壓，對比較器的上 升沿和下降沿進行超前比較；雙邊沿數(shù)字鎖存器用于對比較器輸出結果進行鎖存；驅動級 用于將雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸出信號進行放大；反饋控制電路用于減小了直流偏置電流以 提升整流器效率。
[0014] 優(yōu)選的，所述雙沿超前校正增強比較器檢測有源全橋整流器的輸入端VIP、輸入端 VIN的節(jié)點電壓與地電平的大小關系，當輸入端VIP/輸入端VIN節(jié)點電壓小于地電平時，輸 出高電平控制對應的NM0S導通；當輸入端VIP/輸入端VIN節(jié)點電壓大于地電平時，輸出低 電平控制對應的NM0S關斷。
[0015] 優(yōu)選的，通過鎖存器的遲滯作用，預放大器超前比較所產(chǎn)生的數(shù)字輸出由于鎖存 作用而被保持一段時間，該時間長度由延遲控制電路中的控制端Vctrl進行控制；在這一 段時間內，預放大器所產(chǎn)生的任何輸出都不會改變雙邊沿數(shù)字鎖存的輸出，在這一段時間 結束后，延遲控制電路復位鎖存電路，預比較器的輸出結果輸出至比較器的輸出端。
[0016] 優(yōu)選的，反饋控制電路通過對有源全橋整流器的兩個NM0S柵信號的檢測，及時地 將非平衡電流關斷，有效地減小非平衡電流導致的額外功耗。
[0017] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0018] 1、本發(fā)明中的預放大器部分取消了雙沿校正比較器中的推挽輸出部分，減少了電 流通路，同時使用兩個PM0S和NM0S電流源，實現(xiàn)失調電壓的分別調整。偏置電流電路給放 大器提供電流偏置；共柵極放大則是將輸入電壓進行放大，產(chǎn)生準數(shù)字輸出；邊沿校正部 分通過非平衡電流的方式分別產(chǎn)生不同的失調電壓，對比較器的上升沿和下降沿進行超前 比較。
[0019] 2、本發(fā)明通過加入雙邊沿數(shù)字鎖存電路，對比較器輸出結果進行鎖存，增強了比 較器穩(wěn)定性。雙邊沿數(shù)字鎖存電路包括兩個邊沿鎖存電路和延遲控制電路。通過鎖存器的 遲滯作用，預比較器超前比較所產(chǎn)生的數(shù)字輸出（IN)會由于鎖存作用而被保持一段時間， 該時間長度由延遲控制電路中的控制端（Vctrl)進行控制。在這一段時間內，預比較器所 產(chǎn)生的任何輸出都不會改變雙邊沿數(shù)字鎖存的輸出（OUT)，在這一段時間結束后，延遲控制 電路復位鎖存電路，預比較器的輸出結果才會輸出至比較器的輸出端。
[0020] 3、本發(fā)明通過反饋控制，減小了直流偏置電流，有利于整流器效率的提升，該電路 實現(xiàn)的時序控制通過對整流器兩個NM0S柵信號的檢測，及時地將非平衡電流關斷，可以有 效地減小非平衡電流導致的額外功耗。非平衡電流的注入時間從原來的2(1-D)T(-般 D〈20% )減小為T，從而減小了比較器的功耗。
[0021] 與現(xiàn)有的應用于有源二極管的比較器而言，本發(fā)明設計的比較器具有如下優(yōu)點： 首先，由于使用了修正過的雙沿校正技術，比較器一方面通過非平衡電流的方式實現(xiàn)超前 比較，加快了比較器的速度，另一方面通過減少推挽輸出，降低了預比較的功耗；第二，通過 引入雙邊沿數(shù)字鎖存電路，可以消除由于輸入噪聲所導致的輸出電壓的誤動作，同時減小 了比較器振蕩的風險；第三，優(yōu)化了反饋控制電路，減小了非平衡電流的注入時間，降低了 比較器的功耗。從而實現(xiàn)了有源整流器效率的提升。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0022] 圖1為有源整流器結構不意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明中比較器的結構示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明比較器中預放大器和失調產(chǎn)生電路的電路結構圖；
[0025] 圖4為預比較器中不同的非平衡電流產(chǎn)生的判別電壓仿真圖；
[0026] 圖5為雙邊沿數(shù)字鎖存模塊的結構框圖；
[0027] 圖6為雙邊沿數(shù)字鎖存模塊的電路仿真圖；
[0028] 圖7為反饋控制的電路圖；
[0029] 圖8為反饋控制的時序優(yōu)化圖。 【【具體實施方式】】
[0030] 無線供電系統(tǒng)中最關鍵的性能參數(shù)就是效率。作為無線供電系統(tǒng)中的一部分，整 流器的效率自然也是關注的重點。
[0031] 低功耗、高速比較器有利于有源整流器效率的提升，因而，目前的研究關鍵點在于 提升比較器的比較速度，同時降低功耗。傳統(tǒng)的遲滯比較器可以提供較快的比較速度，但是 當整流器的頻率大于1MHZ后，遲滯比較器要想取得納秒級甚至皮秒級的速度，則需要非常 大的直流偏置電流，不利于有源整流器整體效率的提升。為了減小由于比較器速度較低所 導致的反向泄漏電流所造成的效率下降，可以引入關斷沿校正的方法，即采用固定失調電 壓的方法實現(xiàn)對關斷速度的提升，但是這種方法會導致整流器導通時刻的滯后，并導致導 通角的壓縮，不利于整流器效率的提升。雙沿校正比較器又存在不穩(wěn)定的問題，也會導致整 流器效率的下降。
[0032] 請參閱圖1至圖8所示，本發(fā)明針對已有的比較器存在的缺點和不足，提出了一種 雙沿超前校正增強比較器。
[0033] 本發(fā)明涉及的植入式無線供電系統(tǒng)有源全橋整流器結構如圖1所示，包括一對交 叉耦合的PMOS(MP1和MP2)、兩個有源NM0S二極管（MN1和MN2)，有源二極管中所使用的比 較器CMP1和CMP2即為發(fā)明的雙沿超前校正增強比較器。比較器檢測整流器輸入端VIP、 VIN的節(jié)點電壓與地電平的大小關系，當VIP(VIN)節(jié)點電壓小于地電平時，輸出高電平控 制NM0S導通；當VIP(VIN)節(jié)點電壓大于地電平時，輸出低電平控制NM0S關斷。有源全橋 整流器中，MP1的漏極連接MP2的柵極、整流器輸入端VIP、MN1的漏極和CMP1的負極；MP2 的漏極連接MP1的柵極、整流器輸入端VIN、MN2的漏極和CMP2的負極；MN1的源極、CMP1的 正極、MN2的源極、CMP2的正極均接地；整流器輸入端VIN和整流器輸入端VIP接交流電源 VIN ;MP1的源極連接MP2的源極共接作為比較器的輸出端VKEC。RlMd和ClMd為等效負載和電 容。
[0034] 請參閱圖2所示，本發(fā)明一種雙沿超前校正增強比較器，包括預放大器、失調產(chǎn)生 電路、雙邊沿數(shù)字鎖存器、驅動級和反饋控制電路。與最新的雙沿校正比較器相比，本發(fā)明 一種雙沿超前校正增強比較器簡化了預放大器部分，加入了雙邊沿數(shù)字鎖存電路，并采用 了時序優(yōu)化的反饋控制電路，實現(xiàn)了有源整流器效率的提升。
[0035] 本發(fā)明中的預放大器部分取消了雙沿校正比較器中的推挽輸出部分，減少了電流 通路，同時使用兩個PM0S和NM0S電流源，實現(xiàn)失調電壓的分別調整。預放大器部分和失調 產(chǎn)生電路的電路結構如圖3所示，預放大器部分包括偏置電流電路和共柵極放大電路，邊 沿校正電路即為失調產(chǎn)生電路。其中，偏置電流電路給共柵放大器提供電流偏置；共柵極放 大則是將輸入電壓進行放大，產(chǎn)生準數(shù)字輸出；邊沿校正部分通過非平衡電流的方式分別 產(chǎn)生不同的失調電壓，對比較器的上升沿和下降沿進行超前比較。圖4顯示了兩個不同的 非平衡電流注入時，所產(chǎn)生的不同的比較判別電平。
[0036] 偏置電流部分包括電阻Rb、NM0S管MN1、NM0S管MN2、NM0S管MN3、PM0S管MP1和PM0S 管MP2 ;共柵極放大部分包括PM0S管MP3、PM0S管MP4、NM0S管MN4和NM0S管MN5 ;邊沿校正部 分包括PM0S管MP5、PM0S管MP6、NM0S管MN6 和NM0S管MN7。
[0037] 電阻Rb -端、PM0S管MP1的源極、PM0S管MP2的源極、PM0S管MP3的源極、PM0S管Mp4 的源極和PM0S管MP5的源極連接有源全橋整流器的輸出電壓VKEC，電阻Rb另一端連接NM0S 管MN1的漏極和柵極；NM0S管MN1的柵極、NM0S管MN2的柵極、NM0S管MN3的柵極和NM0S管 MN6的柵極共接，NM0S管MN2的漏極連接PM0S管MP1的漏極和柵極；PM0S管MP1的柵極、PM0S 管MP2的柵極和PM0S管MP5的柵極共接；PM0S管MP2的漏極連接NM0S管MN4的漏極、NM0S管 MN4的柵極、NM0S管MN5的柵極和PM0S管MP6的漏極；NM0S管MN3的漏極連接PM0S管MP3的漏 極、PM0S管MP3的柵極、PM0S管MP4的柵極、NM0S管MN7的漏極；PM0S管MP4的漏極和NM0S管 MN5的漏極共接并連接雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸入端IN;PM0S管MP5的漏極連接PM0S管MP6的 源極，PM0S管MP6的柵極接反饋控制電路的第一輸出端PHL;NM0S管MN6的漏極連接NM0S管 MN7的源極，NM0S管MN7的柵極接反饋控制電路的第二輸出端PLH;NM0S管MN1的源極、NM0S 管MN2的源極、NM0S管MN3的源極、NM0S管Mn4的源極和NM0S管MN6的源極接地；NM0S管MN5 的源極接比較器的一個輸入端VIP/VIN。
[0038] 本發(fā)明通過加入雙邊沿數(shù)字鎖存電路，對比較器輸出結果進行鎖存，增強了比較 器穩(wěn)定性。其電路結構如圖5所示，包括上升沿鎖存電路、下降沿鎖存電路、第一延遲控制 電路和第二延遲控制電路；上升沿鎖存電路的輸入端連接失調產(chǎn)生電路的輸出端，上升沿 鎖存電路的輸出端連接下降沿鎖存電路的輸入端，下降沿鎖存電路的輸出端接驅動級的輸 入端；第一延遲控制電路的輸入端連接上升沿鎖存電路的輸出端，第一延遲控制電路的輸 出端連接上升沿鎖存電路的控制端；第二延遲控制電路的輸入端連接下降沿鎖存電路的輸 出端，第二延遲控制電路的輸出端連接下降沿鎖存電路的控制端；第一延遲控制電路和第 二延遲控制電路的控制端連接控制端。通過鎖存器的遲滯作用，預比較器超前比較所 產(chǎn)生的數(shù)字輸出（IN)會由于鎖存作用而被保持一段時間，該時間長度由延遲控制電路中 的控制端（Vctrl)進行控制。在這一段時間內，預比較器所產(chǎn)生的任何輸出都不會改變雙 邊沿數(shù)字鎖存的輸出（0UT)，在這一段時間結束后，延遲控制電路復位鎖存電路，預比較器 的輸出結果才會輸出至比較器的輸出端。時序仿真結果如圖6所示。
[0039] 本發(fā)明通過反饋控制電路，減小了直流偏置電流，有利于整流器效率的提升，其電 路結構如圖7所示，包括PM0S管P1、NM0S管N1、電容C、兩輸入或門0R、兩輸入與門AND和 六個反向器INV1-INV6。PM0S管P1的源極連接電源VDD，PM0S管P1的柵極接有源全橋整 流器的一個N0MS管MN1的柵極Vrai，PM0S管P1的漏極連接NM0S管N1的漏極、電容C的一 端和或門0R的第一輸入端；N0MS管MN1的柵極接有源全橋整流器的另一個N0MS管MN2的 柵極V^^NOMS管麗1的源極和電容C的另一端接地。柵極Vra2連接反向器INV1的輸入端， 反向器INV1的輸出端連接反向器INV2的輸入端，反向器INV2的輸出端連接或門0R的第 二輸入端，或門0R的輸出端為反饋控制電路的第二輸出端PLH;第二輸出端PLH連接反向 器INV3的輸入端，反向器INV3的輸出端連接反向器INV4的輸入端，反向器INV4的輸出端 連接與門AND的第一輸入端；柵極Vffll連接反向器INV5的輸入端，反向器INV5的輸出端連 接反向器INV6的輸入端，反向器INV6的輸出端連接與門AND的第二輸入端，與門AND的輸 出端為反饋控制電路的第一輸出端PHL。
[0040] 反饋控制電路實現(xiàn)的時序如圖8所示。該時序控制通過對整流器兩個NM0S柵信 號的檢測，及時地將非平衡電流關斷，可以有效地減小非平衡電流導致的額外功耗。非平衡 電流的注入時間從原來的2(1-D)T(-般D〈20% )減小為T，從而減小了比較器的功耗。
[0041] 對圖1所示有源全橋整流器和雙沿超前校正增強比較器進行仿真，具體性能參數(shù) 結果如表1所示：
[0042]表1
[0043]
[0044]
【權利要求】
1. 雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，包括預放大器、失調產(chǎn)生電路、雙邊沿數(shù)字 鎖存器、驅動級和反饋控制電路；預放大器的輸出端連接雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸入端，雙邊 沿數(shù)字鎖存器的輸出端連接驅動級的輸入端，驅動級的輸出端連接有源全橋整流器的一個 NMOS管麗1的柵極Vewi;反饋控制電路的兩個輸入端連接有源全橋整流器的一個NMOS管 麗1的柵極V和另一個NMOS管麗2的柵極V;反饋控制電路的兩個輸出端連接失調產(chǎn) 生電路的輸入端，失調產(chǎn)生電路的輸出端連接預放大器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，預放大器包括偏置 電流電路和共柵極放大電路；偏置電流電路包括電阻Rb、N10S管心1、NMOS管心2、NMOS管 Mw3、PMOS管Mpi和PMOS管Mp2 ;共柵極放大電路包括PMOS管Mp3、PMOS管Mp4、NMOS管％和 NMOS管心5 ;失調產(chǎn)生電路包括PMOS管Mps、PMOS管Mpe、NMOS管Mwe和NMOS管心7 ; 電阻Rb-端、PMOS管Mpi的源極、PMOS管Mp2的源極、PMOS管Mp3的源極、PMOS管Mp4的 源極和PMOS管Mpg的源極連接有源全橋整流器的輸出端Vccc，電阻Rb另一端連接NMOS管心1 的漏極和柵極；NMOS管心1的柵極、NMOS管心2的柵極、NMOS管心的柵極和NMOS管Mwe的 柵極共接，NMOS管心2的漏極連接PMOS管Mpi的漏極和柵極；PMOS管Mpi的柵極、PMOS管Mp2 的柵極和PMOS管Mpg的柵極共接；PMOS管Mp2的漏極連接NM0S管Mm的漏極、NM0S管Mm的 柵極、NM0S管Mw的柵極和PMOS管Mpe的漏極；NM0S管心的漏極連接PMOS管Mp3的漏極、 PMOS管Mp3的柵極、PMOS管Mp4的柵極、NM0S管心7的漏極；PMOS管Mp4的漏極和NM0S管Mw 的漏極共接作為失調產(chǎn)生電路的輸出端并連接雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸入端IN;PM0S管Mp5 的漏極連接PMOS管Mpe的源極，PMOS管Mpe的柵極接反饋控制電路的第一輸出端PHL;NM0S 管Mwe的漏極連接NMOS管Mw的源極，NMOS管Mw的柵極接反饋控制電路的第二輸出端PLH; NM0S管心1的源極、NM0S管心2的源極、NM0S管心的源極、NM0S管％的源極和NM0S管Mw 的源極接地；NM0S管Mw的源極接比較器的電源輸入端VIP/VIN。
3. 根據(jù)權利要求2所述的雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，雙邊沿數(shù)字鎖存電 路包括上升沿鎖存電路、下降沿鎖存電路、第一延遲控制電路和第二延遲控制電路； 上升沿鎖存電路的輸入端連接失調產(chǎn)生電路的輸出端，上升沿鎖存電路的輸出端連接 下降沿鎖存電路的輸入端，下降沿鎖存電路的輸出端接驅動級的輸入端； 第一延遲控制電路的輸入端連接上升沿鎖存電路的輸出端，第一延遲控制電路的輸出 端連接上升沿鎖存電路的控制端；第二延遲控制電路的輸入端連接下降沿鎖存電路的輸出 端，第二延遲控制電路的輸出端連接下降沿鎖存電路的控制端； 第一延遲控制電路和第二延遲控制電路的控制端連接控制端
4. 根據(jù)權利要求3所述的雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，反饋控制電路包括 PMOS管P1、NM0S管N1、電容C、兩輸入或口 OR、兩輸入與口 AND和六個反向器INV1-INV6 ; PMOS管P1的源極連接電源VDD，PMOS管P1的柵極接有源全橋整流器的一個N0MS管麗1 的柵極V?i，PMOS管P1的漏極連接NM0S管N1的漏極、電容C的一端和或口 OR的第一輸入 端；N0MS管MN1的柵極接有源全橋整流器的另一個N0MS管MN2的柵極\w2，N〇MS管MN1的 源極和電容C的另一端接地；柵極連接反向器INV1的輸入端，反向器INV1的輸出端連 接反向器INV2的輸入端，反向器INV2的輸出端連接或口 OR的第二輸入端，或口 OR的輸出 端為反饋控制電路的第二輸出端PLH ;第二輸出端PLH連接反向器INV3的輸入端，反向器 INV3的輸出端連接反向器INV4的輸入端，反向器INV4的輸出端連接與口 AND的第一輸入 端；柵極Vewi連接反向器INV5的輸入端，反向器INV5的輸出端連接反向器INV6的輸入端， 反向器INV6的輸出端連接與口 AND的第二輸入端，與口 AND的輸出端為反饋控制電路的第 一輸出端閒L。
5. 有源全橋整流器，其特征在于，包括權利要求4所述的雙沿超前校正增強比較器、一 對交叉禪合的PMOS管MP1和PMOS管MP2、有源NMOS二極管MN1和有源NMOS二極管MN2 ; MP1的漏極連接MP2的柵極、整流器輸入端VIP、麗1的漏極和CMP1的負極；MP2的漏極連接 MP1的柵極、整流器輸入端VIN、麗2的漏極和CMP2的負極；麗1的源極、CMP1的正極、麗2 的源極、CMP2的正極均接地；整流器輸入端VIN和整流器輸入端VIP接交流電源Viw;MP1的 源極連接MP2的源極共接作為比較器的輸出端VcEc。
6. 雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，包括預放大器、失調產(chǎn)生電路、雙邊沿數(shù)字 鎖存器、驅動級和反饋控制電路； 預放大器包括偏置電流電路和共柵極放大電路；偏置電流電路用于給共柵放大電路提 供電流偏置；共柵極放大電路用于將輸入的電壓進行放大，產(chǎn)生準數(shù)字輸出； 失調產(chǎn)生電路用于通過非平衡電流的方式分別產(chǎn)生不同的失調電壓，對比較器的上升 沿和下降沿進行超前比較； 雙邊沿數(shù)字鎖存器用于對比較器輸出結果進行鎖存； 驅動級用于將雙邊沿數(shù)字鎖存器的輸出信號進行放大； 反饋控制電路用于減小了直流偏置電流W提升整流器效率。
7. 根據(jù)權利要求6雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，所述雙沿超前校正增強比 較器檢測有源全橋整流器的輸入端VIP、輸入端VIN的節(jié)點電壓與地電平的大小關系，當輸 入端VIP/輸入端VIN節(jié)點電壓小于地電平時，輸出高電平控制對應的NMOS導通；當輸入端 VIP/輸入端VIN節(jié)點電壓大于地電平時，輸出低電平控制對應的NMOS關斷。
8. 根據(jù)權利要求6雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，通過鎖存器的遲滯作用，預 放大器超前比較所產(chǎn)生的數(shù)字輸出由于鎖存作用而被保持一段時間，該時間長度由延遲控 制電路中的控制端Vctrl進行控制；在該一段時間內，預放大器所產(chǎn)生的任何輸出都不會 改變雙邊沿數(shù)字鎖存的輸出，在該一段時間結束后，延遲控制電路復位鎖存電路，預比較器 的輸出結果輸出至比較器的輸出端。
9. 根據(jù)權利要求6雙沿超前校正增強比較器，其特征在于，反饋控制電路通過對有源 全橋整流器的兩個NMOS柵信號的檢測，及時地將非平衡電流關斷，有效地減小非平衡電流 導致的額外功耗。
【文檔編號】H02M7/219GK104467761SQ201410627705
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權日:2014年11月10日
【發(fā)明者】耿莉, 薛仲明, 范世全, 茍偉, 謝毅, 宋焱, 唐炳俊 申請人:西安交通大學