專利名稱：升壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升壓電路，尤其是，涉及一種用于不具備由外部因素而影響升壓值的高頻均衡器的升壓電路，該外部因素不僅影響頻率工作特性，還有電壓、過(guò)程、溫度等。
背景技術(shù)：
用于均衡器的升壓電路需要根據(jù)輸入電壓輸出微分(differential)電流，并需要調(diào)整高達(dá)約100MHz的高頻帶寬不影響組延遲特性的升壓值，該均衡器用在光記錄/復(fù)制裝置或用于壓縮光盤(CD)/數(shù)字化視盤(DVD)的硬盤驅(qū)動(dòng)器中。
圖1是示出了傳統(tǒng)的升壓電路圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的升壓電路由電容C1和C2、電阻R1和R2、運(yùn)算放大器A1以及互導(dǎo)(transcondutor)Gm1組成。運(yùn)算放大器A1為具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的全微分運(yùn)算放大器。
在如上所構(gòu)成的電路中，輸入電壓Vi在由運(yùn)算放大器A1、電容C1和C2、電阻R1和R2組成的微分電路進(jìn)行微分并轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)互導(dǎo)Gm1輸出的電流。如果R＝R1＝R2，C＝C1＝C2，則輸入電壓Vi與輸出電流io(＝iop-ion)之間的關(guān)系可由方程式1表示如下[方程式1]io(s)＝gmRCsvI(s)，其中g(shù)m表示互導(dǎo)Gm1的互導(dǎo)。因此輸出電流io的量值可通過(guò)改變互導(dǎo)Gm1的互導(dǎo)gm進(jìn)行調(diào)整。
然而，由于輸出電流io的量值通過(guò)改變互導(dǎo)gm進(jìn)行調(diào)整，因此這樣的升壓電流受外部因素如溫度，電壓，過(guò)程等影響。因此，存在的一個(gè)缺點(diǎn)為需要另外的調(diào)諧電路來(lái)防止這樣的影響。此外，由于需要兩級(jí)處理來(lái)微分及然后將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳎虼舜嬖诘膯?wèn)題是功率消耗變得更高，同時(shí)頻率特性惡化。
圖2是示出了另一傳統(tǒng)升壓電路圖。圖2的升壓電路具有電容C3和C4、運(yùn)算放大器A2，以及NMOS晶體管M1、M2、M3、M4、M5和M6。
在上述構(gòu)成的電路中，輸入電壓Vi通過(guò)運(yùn)算放大器A2及電容器C3和C4轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎蛛娏?。如果C＝C3＝C4，輸入電壓Vi與輸出電流io(＝iop-ion)之間的關(guān)系可由方程式2表示如下[方程式2]io(s)＝kCSVI(s)，其中k表示NMOS晶體管M1和M2或M4和M5的尺寸比，即寬度(W)/長(zhǎng)度(L)。
因此輸出電流的值可通過(guò)采用NMOS晶體管的尺寸比進(jìn)行調(diào)整。
在圖2的升壓電路中，由于輸出電流的值由MOS晶體管的尺寸比k進(jìn)行調(diào)整，因此不需要額外的調(diào)諧電路，導(dǎo)致與圖1的升壓電路相比，具有直接將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎州敵鲭娏鞯膬?yōu)點(diǎn)。
然而，與圖1的升壓電路不同，由NMOS晶體管M1和M4、電流源IB等構(gòu)成的輸出放大器的輸出，用作NMOS晶體管的輸入，使得運(yùn)算放大器A2的輸入端形成為p-型元件，由于與n-型元件相比，P-型元件具有小的互導(dǎo)，因此導(dǎo)致具有加寬帶寬的缺點(diǎn)。此外，由運(yùn)算放大器A2、NMOS晶體管M1和M4和電流源IB形成的兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致為了穩(wěn)定性具有必須頻率補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。另外，對(duì)于NMOS晶體管M1和M4的DC偏置電流IB在NMOS晶體管存在影響，其作為一個(gè)缺點(diǎn)，需要在與微分電路的后級(jí)連接的偏置級(jí)處進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計(jì)本發(fā)明以解決上述問(wèn)題，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種升壓電路，其具有較寬的可微分頻率帶寬，簡(jiǎn)化微分特性調(diào)整，并防止輸出電流值受如電壓，過(guò)程，溫度等外部因素影響。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一種升壓電路包括輸入電路部分，用于輸出與輸入電壓成比例的微分電流；偏置電路，用于形成該微分電流鏡像，將該微分電流反向(inverting)并產(chǎn)生一反向微分電流；輸出電路部分，用于分別基于MOS晶體管的預(yù)定尺寸比調(diào)整微分電流及反向微分電流，將所調(diào)整的微分電流和反向微分電流相加，并產(chǎn)生推挽式輸出電流。
在示意性的實(shí)施例中，輸入電路部分包括第一微分電路，用于輸入?yún)⒖茧妷汉偷谝惠斎腚妷?，并輸出第一微分電流；第二微分電路，用于輸入?yún)⒖茧妷汉偷诙斎腚妷海⑤敵龅诙⒎蛛娏?；及電流鏡像電路，用于形成第一和第二微分電流鏡像。
在示意性的實(shí)施例中，第一和第二微分電路為每個(gè)具有全微分運(yùn)算放大器、電容和電阻的微分電路，全微分運(yùn)算放大器具有與左右對(duì)稱的NPN雙極型晶體管一起形成的輸入端。
在示意性的實(shí)施例中，偏置電路部分形成第一微分電流鏡像，產(chǎn)生其中將第一微分電流反向的第一反向微分電流，及形成第二微分電流鏡像，產(chǎn)生其中將第二微分電流反向的第二反向微分電流。
此外，在示意性的實(shí)施例中的輸出電路部分包括第一輸出部分，用于分別基于第一MOS晶體管的預(yù)定尺寸比調(diào)整和疊加第一微分電流和第二反向微分電流的量值，并輸出第一輸出電流；第二輸出部分，用于分別基于第二MOS晶體管的預(yù)定尺寸比調(diào)整和疊加第二微分電流和第一反向微分電流的量值，并輸出第二輸出電流，輸出電流通過(guò)將第一和第二輸出電流相加形成。


本發(fā)明將參考下面的附圖進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，且其中圖1和圖2為分別示出了傳統(tǒng)升壓電路圖；圖3為示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的升壓電路圖；圖4為示出了圖3的輸入電路的等效電路圖；圖5A和圖5B為示出了按照本發(fā)明的實(shí)施例的升壓電路中的輸出電流頻率特性的曲線圖；以及圖6A和圖6B為示出了基于反饋電阻的量值的頻率特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖3是示出了按照本發(fā)明的實(shí)施例的升壓電路圖。該升壓電路由輸入電路部分100a和100b、輸出電路部分200a和200b，以及偏置電路部分300構(gòu)成。
每個(gè)輸入電路部分100a和100b輸出與輸入電壓的微分成比例的微分電流。為了反映出推挽形式的信號(hào)，偏置電路部分300形成根據(jù)從輸入電路部分100a和100b輸出的電流鏡像，產(chǎn)生反向的鏡像電流。輸出電路部分200a和200b確定從輸入電路部分100a和100b輸出的電流量值，偏置電路部分300基于MOS晶體管M13和M15的尺寸比，即，寬度值(W)/長(zhǎng)度值(L)的比率k，疊加和輸出推挽形式的量值。
輸入電路部分100a由具有第一和第二NPN晶體管Q11和Q12左右對(duì)稱形成的微分放大器、由第一電容C11和第一電阻R11形成的第一微分電路，及由PMOS晶體管M11和M12形成的電流鏡像電路構(gòu)成，輸入電路部分100b由具有第三晶體管Q13和Q14形成的微分放大器、由第二電容C12和第二電阻R12形成的第二微分電路，及由PMOS晶體管M17和M18形成的電流鏡像電路構(gòu)成。
第一微分電路采用Vip-Vref作為輸入電壓，第二微分電路采用Vin-Vref作為輸入電壓。
在第一微分電路中的微分放大器、第一電容C11、第一電阻R11的反饋結(jié)構(gòu)，將第一和第二晶體管Q11和Q12的集電極電流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c輸入電壓Vip-Vref的微分成比例的微分形式的微分電流。即，對(duì)應(yīng)于輸入電壓Vip-Vref的微分電流流進(jìn)第一晶體管Q11，微分電流的反向電流流過(guò)第二晶體管Q12的集電極。此時(shí)，由于第一電阻R11確定頻率特性中的品質(zhì)因素Q，因此采用第一電阻R11能維持工作帶寬中的相位特性的微分特性(+90°)。此外，與圖2的升壓電路不同，通過(guò)采用NPN雙極型晶體管用于單級(jí)微分放大器，頻率特性可最大化，且穩(wěn)定特性可不需要另外的頻率補(bǔ)償電路而容易得到。第二微分電路的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與第一微分電路的相同。
偏置電路300通過(guò)采用PMOS晶體管M15和M21形成流進(jìn)輸入電路部分100a和100b的PMOS晶體管M12和M18的微分電流鏡像，將微分電流轉(zhuǎn)變成用于NMOS晶體管M16和M22的偏置電壓的形式，然后將該微分電流反向以產(chǎn)生反向微分電流。
輸出電路部分200a和200b調(diào)節(jié)從輸入電路部分100a和100b產(chǎn)生的微分電流的量值及從具有MOS晶體管M13和M15的尺寸比k的偏置電路部分300產(chǎn)生的反向微分電流的量值，其進(jìn)行疊加以產(chǎn)生一推挽形式的最終輸出電流。
在圖2的升壓電路中，在基本輸出微分值小的情況下，將電容C3和C4或MOS晶體管的尺寸比k根據(jù)方程式2設(shè)計(jì)得大，其占用頻率帶寬。然而，在本發(fā)明的升壓電路中，與傳統(tǒng)的升壓電路相比通過(guò)推挽結(jié)構(gòu)的輸出級(jí)可基本得到兩倍大的輸出，因此與傳統(tǒng)電路相比頻率特性變優(yōu)。
圖4是示出了圖3的輸入電路部分100a和100b的等效電路圖。在此，CS和CL分別為輸入和輸出級(jí)的寄生電容，且忽略微分放大器的輸出電阻元件。在這樣的電路中，在第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B的電流可由方程式3表示如下[方程式3]
sC(vi-vl)+vo-vlR=sCsvl]]>vo-vlR+sCLvo+gmvl=0]]>此外，在電路的每部分的電流可由方程式4表示如下[方程式4]ii＝sC(vi-vl)if=vi-vlR]]>is＝sCsνliL＝sCLνO如果C》CS，CL，輸入電壓Vi和Vl之間的關(guān)系由方程式5表示如下[方程式5]vl=1gmsC(sRCL+1)CLCRgms2+Cgms+1vi]]>因此，微分放大器的電流源的電流由方程式6表示如下[方程式6]gmvl=sC(sRCL+1)CLCRgms2+Cgms+1vi]]>固有頻率和阻尼比可從方程式6中的分母中二次表達(dá)式下在方程式7中表述。
wn=gmRCLC]]>ξ=CRgmCL]]>由于一般RCL＜＜C/gm，因此由RCL導(dǎo)致的非零點(diǎn)的極點(diǎn)位在低頻率。因此，從運(yùn)算放大器的電流源的電流對(duì)于輸入電壓信號(hào)達(dá)到特定頻率范圍(＜＜wn)具有由如下的方程式8的微分關(guān)系。
gmνl＝sCνi由于微分輸出電流對(duì)于輸入電流具有第二階極點(diǎn)，因此阻尼比可通過(guò)反饋電阻R進(jìn)行調(diào)節(jié)。即，微分區(qū)可由反饋電阻R擴(kuò)充到一個(gè)特定頻率范圍以維持90°的相位。
當(dāng)單級(jí)微分放大器的微分電路通過(guò)采用這樣的關(guān)系構(gòu)成時(shí)，可得到圖3的輸入電路部分100a。
同時(shí)，圖5A和圖5B示出測(cè)量用于圖3的升壓電路的輸出電流的頻率特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中圖5A示出了量值特性，圖5B示出了相位特性。圖5B示出了升壓電路具有達(dá)到約100MHz維持+90°的相位特性，因此可得到好的微分特性。
圖6A和圖6B示出了按照?qǐng)D3的反饋電阻的第一和第二電阻R11和R12的改變而出現(xiàn)的頻率特性變化。如圖中所示，可看到第一和第二電阻R11和R12的使用簡(jiǎn)化了工作范圍的相位調(diào)節(jié)。
如上所述，升壓電路具有寬的最大可微分頻率帶寬，簡(jiǎn)化了微分特性的調(diào)整，具有微分輸出電流不受如電壓、過(guò)程、溫度等外部因素的影響的效果。
如前所述，本發(fā)明提供了一種具有寬的最大可微分頻率帶寬的升壓電路，簡(jiǎn)化輸出電流的微分特性的調(diào)整，具有微分形式的輸出電流值不受如電壓、過(guò)程、溫度等外部因素的影響的效果。
這樣的升壓電路可用作用于均衡器的升壓電路，該均衡器用在光記錄/復(fù)制裝置如CD，DVD等，或硬盤驅(qū)動(dòng)器。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考一優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行示出和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種升壓電路，包括輸入電路部分，用于輸出與輸入電壓的微分成比例的微分電流；偏置電路部分，用于形成該微分電流鏡像，將該微分電流反向，并產(chǎn)生反向的微分電流；以及輸出電路部分，用于基于輸出電路部分的MOS晶體管的預(yù)定尺寸比調(diào)節(jié)微分電流和反向的微分電流中的每一個(gè)量值，以輸出調(diào)節(jié)后的微分電流和調(diào)節(jié)后的反向微分電流，將調(diào)節(jié)后的微分電流和調(diào)節(jié)后的反向微分電流進(jìn)行疊加，以及產(chǎn)生一推挽形式的輸出電流。
2.如權(quán)利要求1所述的升壓電路，其中輸入電路部分包括第一微分電路，用于輸入?yún)⒖茧妷汉投斎腚妷褐械牡谝惠斎腚妷?，并輸出第一微分電流；第二微分電路，用于輸入?yún)⒖茧妷汉投斎腚妷褐械牡诙斎腚妷?，并輸出第二微分電流；以及電流鏡像電路，用于形成第一和第二微分電流鏡像。
3.如權(quán)利要求2所述的升壓電路，其中每一第一和第二微分電路分別具有全微分運(yùn)算放大器、電容和電阻。
4.如權(quán)利要求3所述的升壓電路，其中全微分放大器具有與NPN雙極型晶體管左右對(duì)稱形成的輸入端。
5.如權(quán)利要求2所述的升壓電路，其中偏置電路部分形成第一微分電流鏡像并產(chǎn)生其中將第一微分電流反向而成的第一反向微分電流，形成第二微分電流鏡像并產(chǎn)生由將第二微分電流反向而成的第二反向微分電流。
6.如權(quán)利要求5所述的升壓電路，其中輸出電路部分包括第一輸出部分，用于基于第一MOS晶體管的預(yù)定尺寸比調(diào)節(jié)每個(gè)第一微分電流和第二反向微分電流的量值，并將第一微分電流和第二反向微分電流的經(jīng)調(diào)節(jié)的量值進(jìn)行疊加，從而輸出第一輸出電流；以及第二輸出部分，用于基于第二MOS晶體管的預(yù)定尺寸比調(diào)節(jié)每個(gè)第二微分電流和第一反向微分電流的量值，并將第二微分電流和第一反向微分電流的調(diào)節(jié)量值進(jìn)行疊加，從而輸出第二輸出電流，以及輸出電流由第一和第二輸出電流疊加產(chǎn)生。
全文摘要
一種升壓電路。該升壓電路包括輸入電路部分，用于輸出與輸入電壓成比例的微分電流；偏置電路部分，用于形成該微分電流鏡像，產(chǎn)生由將微分電流反向而成的反向微分電流；輸出電路部分，用于分別基于MOS晶體管的預(yù)定比率調(diào)節(jié)微分電流和反向微分電流的量值，將所調(diào)節(jié)的微分電流和反向微分電流疊加，產(chǎn)生推挽形式的輸出電流。因此，該升壓電路具有寬的最大可微分頻率帶寬，簡(jiǎn)化了輸出電流的微分特性的調(diào)節(jié)。此外，微分形式的輸出電流值不受如電壓、過(guò)程、溫度等外部因素的影響。
文檔編號(hào)H03F3/04GK1534667SQ20041000396
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者李正源, 文載晙, 張水晶 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社