專利名稱：一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路，特別涉及一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路。
背景技術(shù)：
在模擬電路設(shè)計(jì)中，電路的啟動(dòng)是人們經(jīng)常碰到的問題。電路能否啟動(dòng)，啟動(dòng)的速度如何，是非常重要的。實(shí)現(xiàn)精確控制，是模擬電路設(shè)計(jì)的主要目的，而采用環(huán)路控制是實(shí)現(xiàn)控制的最重要的方法。含有控制環(huán)路的系統(tǒng)一般都含有簡(jiǎn)并點(diǎn)。若不采取措施，系統(tǒng)上電后，一般都處于沒有電流流動(dòng)的簡(jiǎn)并點(diǎn)(零電流簡(jiǎn)并點(diǎn))控制之下，電路有可能不能啟動(dòng)。另外，模擬控制電路往往是利用運(yùn)算放大器的誤差放大作用，通過反饋環(huán)路，減小誤差，達(dá)到精確控制的目的。而誤差放大所需的高增益，往往需要兩級(jí)或更多級(jí)放大級(jí)才能實(shí)現(xiàn)，因此必須對(duì)電路進(jìn)行補(bǔ)償，才能使環(huán)路穩(wěn)定工作。通常的做法是，在電路的高阻點(diǎn)接入電容，使極點(diǎn)相對(duì)位置發(fā)生變化，保證環(huán)路穩(wěn)定工作。不論是電路的寄生電容，還是另外引入的補(bǔ)償電容，從非預(yù)期的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)變化到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，其上的電位往往發(fā)生變化，因此需要電路提供相應(yīng)的凈電荷，使電容電壓發(fā)生相應(yīng)的變化，最終建立直流工作結(jié)點(diǎn)。由于補(bǔ)償電容，一般都比其它寄生電容要大得多，各結(jié)點(diǎn)建立直流工作點(diǎn)電壓所需的電荷，往往是，補(bǔ)償電容電位變化所需電荷最多。因此，補(bǔ)償電容往往限制了電路的啟動(dòng)速度。通常的啟動(dòng)控制環(huán)路的方法是在電源的軌線之間，設(shè)置一個(gè)電阻通路，通過檢測(cè)由這一電阻通路產(chǎn)生的信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)脫離零電流簡(jiǎn)并點(diǎn)，利用運(yùn)算放大器誤差比較所產(chǎn)生的差分電流提供前述補(bǔ)償電容電位變化所需的電荷。在這一過程中，通過自身環(huán)路調(diào)整，系統(tǒng)逐漸建立直流工作點(diǎn)。為了加快啟動(dòng)速度，通常的方法有兩種:I)增大運(yùn)算放大器的靜態(tài)電流，加大啟動(dòng)過程中的誤差電流，使電容上的電壓較快的建立。但這是以增加靜態(tài)功耗為代價(jià)的。2)以開環(huán)的形式，給補(bǔ)償電容灌注電流。但由于電容上的最終穩(wěn)態(tài)電壓不能事先確定，電容上的電壓過高或過低，造成系統(tǒng)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)過沖，或啟動(dòng)過慢的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是，加快控制環(huán)路啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的靜態(tài)功耗過大，或過沖過大，或啟動(dòng)不夠快的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路。具體方案是:先建立一個(gè)與控制信號(hào)預(yù)期穩(wěn)定值有一定偏差的啟動(dòng)用控制信號(hào)，在環(huán)路啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)用控制信號(hào)與反饋信號(hào)作比較，得到的比較結(jié)果控制啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)給環(huán)路補(bǔ)償電容充電，在電路即將達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，比較結(jié)果反相，切斷該充電電流，隨后由系統(tǒng)環(huán)路自動(dòng)調(diào)整達(dá)到穩(wěn)態(tài)。由于在環(huán)路啟動(dòng)過程中，環(huán)路補(bǔ)償電容上穩(wěn)定電壓的建立所需的電荷，除了由環(huán)路自身調(diào)整產(chǎn)生的差分電流提供外，還引入了能自動(dòng)切斷的環(huán)路之外的電流，因此，達(dá)到了快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的目的。如圖1所示，本發(fā)明公開的一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路，包括:啟動(dòng)用比較器(comparator)、啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(cur_start)、偏差發(fā)生器(Vos),其它的為控制環(huán)路，包括:控制信號(hào)發(fā)生器(Vsig)、運(yùn)算放大器(opamp)、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp)、執(zhí)行器(actuator)?？刂菩盘?hào)發(fā)生器(Vsig)的輸出通過結(jié)點(diǎn)Nref接到運(yùn)算放大器的一個(gè)差分輸入端，Nref還接到偏差發(fā)生器Vos的一端；運(yùn)算放大器的輸出通過結(jié)點(diǎn)Nop_out接到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp)的輸入端sin ;補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出sout通過結(jié)點(diǎn)Ncomp接到執(zhí)行器的輸入；執(zhí)行器的輸出采樣通過執(zhí)行器的采樣輸出端口 sout接到結(jié)點(diǎn)Nfb，Nfb還接到比較器的一個(gè)差分輸入端，和運(yùn)算放大器的另一個(gè)差分輸入端；偏差信號(hào)發(fā)生器的另一端還通過結(jié)點(diǎn)Nref_0S接到啟動(dòng)用比較器的另一個(gè)差分輸入端；啟動(dòng)用比較器的輸出通過結(jié)點(diǎn)Ncomp_out與啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)相連；啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的輸出通過結(jié)點(diǎn)Nst_cap與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp)啟動(dòng)電流接入端口 ist相連。這里示例性的給出了一個(gè)輸出啟動(dòng)用電流對(duì)電源電壓不敏感的啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò):由三個(gè)PMOS晶體管(PMstl、PMst2、PMst3)和一個(gè)電阻Rst組成,PMstl的源端，電阻Rst的一端連接于電源結(jié)點(diǎn)Nvdda ；PMstl的漏端，柵極，PMst2的源端連接于結(jié)點(diǎn)Nvst ；PMst2的漏端，柵極，PMst3的柵端，與啟動(dòng)用比較器的輸出連接于結(jié)點(diǎn)Ncomp_out ；Rst的另一端與Pst3的源端連接于結(jié)點(diǎn)Nres ;啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的輸出，即PMst3的漏端，與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ist端口連接于結(jié)點(diǎn)Nst_cap。上述控制信號(hào)，具有多種形式，如可以是電壓，電流，電荷，以電壓作為信號(hào)形式，電路工作過程描述如下:先由偏差發(fā)生器(Vos)建立一個(gè)與控制信號(hào)預(yù)期穩(wěn)定值(Vsig的輸出電壓)有一定偏差的啟動(dòng)用控制信號(hào)(結(jié)點(diǎn)Nref_os的電壓)，在環(huán)路啟動(dòng)時(shí)，該啟動(dòng)用控制信號(hào)與反饋信號(hào)(結(jié)點(diǎn)Nfb上的電壓)通過啟動(dòng)用比較器(comparator)作比較，得到的比較結(jié)果(結(jié)點(diǎn)Ncomp_out上的電壓)控制啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(cur_start),給環(huán)路補(bǔ)償電容(Cap)充電，在電路即將達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，比較結(jié)果反相，停止該充電操作，隨后由系統(tǒng)環(huán)路自動(dòng)調(diào)整達(dá)到穩(wěn)態(tài)。該方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于在環(huán)路啟動(dòng)過程中，環(huán)路補(bǔ)償電容上穩(wěn)定電壓的建立所需的電流，除了環(huán)路自身調(diào)整產(chǎn)生的電流外，還引入了環(huán)路之外的電流，因此，啟動(dòng)過程大大加快。該方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于偏差發(fā)生器建立了一個(gè)與控制信號(hào)預(yù)期穩(wěn)定值有一定偏差的啟動(dòng)用控制信號(hào)，該偏差保證了，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定值之前，啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)會(huì)及時(shí)關(guān)斷加速啟動(dòng)的電流。因而不會(huì)引入常見的伴隨啟動(dòng)速度過快的過沖問題。以上僅僅示例性的，以電壓信號(hào)對(duì)電路工作過程進(jìn)行了描述，實(shí)際上，信號(hào)可以以各種形式出現(xiàn)，如電壓、電流、電荷等。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)的說明:圖1:本發(fā)明公開的技術(shù)方案示意圖；圖2:本發(fā)明公開的具體實(shí)施例1 ;圖3:本發(fā)明公開的具體實(shí)施例2 ;圖4:本發(fā)明公開的具體實(shí)施例3 ;
圖5:本發(fā)明公開的具體實(shí)施例4。
具體實(shí)施例方式下面通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，請(qǐng)參閱圖2到圖5。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易的了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用。本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖2所示。此實(shí)施例對(duì)圖1中的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp),執(zhí)行器(actuator)進(jìn)行了具體細(xì)化。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)只包括一個(gè)補(bǔ)償電容，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)端口:輸入端口 sin、輸出端口 sout、啟動(dòng)電流接入端口 ist，都接到補(bǔ)償電容的同一個(gè)極板上，電容的另一極板與地相連。執(zhí)行器由一個(gè)NMOS晶體管(NMactor)和電阻(Ractor)構(gòu)成。其中Ractor的一端與地相連,另一端與NMactor的源端通過執(zhí)行器的輸出端口 sout相連；NMactor的柵端與執(zhí)行器的輸入端sin相連；NMactor的漏端與電源結(jié)點(diǎn)Nvdda相連。電路的其他部分對(duì)應(yīng)的與圖1中相同。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖3所示。此實(shí)施例除了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp)夕卜,其他部分對(duì)應(yīng)的與圖2中的實(shí)施例相同。此實(shí)施例的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由電阻電容網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)而成，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)端口:輸入端口 sin、輸出端口 sout、啟動(dòng)電流接入端口 ist，都接到是電阻的一端，電容的另一端則與地相連。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖4所示。此實(shí)施例除了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp)夕卜,其他部分對(duì)應(yīng)的與圖2中的實(shí)施例相同。此實(shí)施例的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由電阻電容網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)而成，電阻與電容的公共結(jié)點(diǎn)與啟動(dòng)電流接入端口 ist相連；電阻的另一端與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入端口sin、輸出端口 sout為同一結(jié)點(diǎn)；電容的非電阻連接端與地相連。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖5所示。與前面的實(shí)施例不相同的是，控制信號(hào)、補(bǔ)償電容上的穩(wěn)態(tài)電位以電源線為交流地，但技術(shù)方案的原理是一樣的。具體結(jié)構(gòu)介紹如下:控制信號(hào)發(fā)生器(Vsig)的輸出通過結(jié)點(diǎn)Nref接到運(yùn)算放大器的一個(gè)差分輸入端，Nref還接到偏差發(fā)生器Vos的一端；運(yùn)算放大器的輸出通過結(jié)點(diǎn)Nop_out接到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(Network_comp)的輸入端sin ;補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出sout通過結(jié)點(diǎn)Ncomp接到執(zhí)行器的輸入端口 sin ;補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入端口 sin,輸出端口 sout均通過一個(gè)電阻Rcomp與補(bǔ)償電容Cap串聯(lián)接到電源結(jié)點(diǎn)Nvdda，電阻Rcomp與補(bǔ)償電容Cap連接點(diǎn)為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電流輸入端口 ist ;執(zhí)行器的輸出采樣通過執(zhí)行器的采樣輸出端口 sout接到結(jié)點(diǎn)Nfb，Nfb還接到比較器的一個(gè)差分輸入端，和運(yùn)算放大器的另一個(gè)差分輸入端；偏差信號(hào)發(fā)生器的另一端還通過結(jié)點(diǎn)Nref_os接到啟動(dòng)用比較器的另一個(gè)差分輸入端；啟動(dòng)用比較器(comparator)的輸出通過結(jié)點(diǎn)Ncomp_out與啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)相連；啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的輸出通過結(jié)點(diǎn)Nst_cap與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(network_comp)啟動(dòng)電流接入端口 ist相連。這里示例性的給出了一個(gè)輸出啟動(dòng)用電流對(duì)電源電壓不敏感的啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò):由三個(gè)NMOS晶體管(匪stl、匪st2、匪st3)和一個(gè)電阻Rst組成，匪stl的源端，電阻Rst的一端連接于電源地；Wstl的漏端，柵極，Wst2的源端連接于結(jié)點(diǎn)Nvst ；NMst2的漏端，柵極，Wst3的柵端，與啟動(dòng)用比較器的輸出連接于結(jié)點(diǎn)Ncomp_out ；Rst的另一端與匪st3的源端連接于結(jié)點(diǎn)Nres ;啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的輸出，即匪st3的漏端，與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的ist端口連接于結(jié)點(diǎn)Nst_cap。另外，這里示例性的給出了執(zhí)行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu):由一個(gè)PMOS晶體管(PMactor)和電阻(Ractor)構(gòu)成。其中Ractor的一端與電源結(jié)點(diǎn)Nvdda相連,另一端與PMactor的源端通過執(zhí)行器的輸出端口sout相連；PMactor的柵端與執(zhí)行器的輸入端sin相連；PMactor的漏端示例性的與電源地相連。上述實(shí)施例僅示例性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。熟悉此領(lǐng)域的技術(shù)人員皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所提示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍然由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路，其特征在于，至少包括: 偏差發(fā)生器(I) 啟動(dòng)用比較器⑵； 啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)。
2.如權(quán)利要求1所述一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路，其特征在于，由偏差產(chǎn)生模塊(I)建立一個(gè)與控制信號(hào)預(yù)期穩(wěn)定值有一定偏差的啟動(dòng)用控制信號(hào)；在環(huán)路啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)用控制信號(hào)通過啟動(dòng)用比較器(2)與反饋信號(hào)作比較，得到的比較結(jié)果控制啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)，給環(huán)路補(bǔ)償電容充電，在環(huán)路即將達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，比較結(jié)果反相，切斷該充電操作，隨后由系統(tǒng)環(huán)路自動(dòng)調(diào)整達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的偏差產(chǎn)生模塊(1)，其特征在于，建立了一個(gè)與控制信號(hào)預(yù)期穩(wěn)定值有一定偏差的啟動(dòng)用控制信號(hào)，該偏差保證了，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定值之前，啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)會(huì)及時(shí)關(guān)斷加速啟動(dòng)的電流，因而不會(huì)引入常見的伴隨啟動(dòng)速度過快的過沖問題。
4.如權(quán)利要求2所述的啟動(dòng)用比較器(2)，其特征在于，至少有兩個(gè)輸入信號(hào):由偏差產(chǎn)生模塊(I)建立的啟動(dòng)用控制信號(hào)，控制環(huán)路反饋信號(hào)；其輸出信號(hào)控制啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)，使啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)在環(huán)路啟動(dòng)初期給環(huán)路補(bǔ)償電容充電；在環(huán)路即將達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，比較結(jié)果反相，切斷該充電操作，隨后由系統(tǒng)環(huán)路自動(dòng)調(diào)整達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
5.如權(quán)利要求2所述的啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)，其特征在于，接受啟動(dòng)用比較器(2)的控制，在環(huán)路啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)用控制信號(hào)通過啟動(dòng)用比較器(2)與反饋信號(hào)作比較，得到的比較結(jié)果控制啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)(3)，給環(huán)路補(bǔ)償電容充電，在環(huán)路即將達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，比較結(jié)果反相，切斷該充電操作，隨后由系統(tǒng)環(huán)路自動(dòng)調(diào)整達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
6.如權(quán)利要求2所述控制信號(hào)，其特征在于，該控制信號(hào)具有多種形式，如可以是電壓，電流，電荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的方法及其電路。先建立一個(gè)與控制信號(hào)預(yù)期穩(wěn)定值有一定偏差的啟動(dòng)用控制信號(hào)，在環(huán)路啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)用控制信號(hào)與反饋信號(hào)作比較，得到的比較結(jié)果控制啟動(dòng)電流發(fā)生網(wǎng)絡(luò)給環(huán)路補(bǔ)償電容充電，在電路即將達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，比較結(jié)果反相，切斷該充電電流，隨后由系統(tǒng)環(huán)路自動(dòng)調(diào)整達(dá)到穩(wěn)態(tài)。由于在環(huán)路啟動(dòng)過程中，環(huán)路補(bǔ)償電容上穩(wěn)定電壓的建立所需的電荷，除了由環(huán)路自身調(diào)整產(chǎn)生的差分電流提供外，還引入了能自動(dòng)切斷的環(huán)路之外的電流，因此，達(dá)到了快速平穩(wěn)啟動(dòng)控制環(huán)路的目的。
文檔編號(hào)H03K19/01GK103107800SQ20121054885
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者馬軍, 奕江濤 申請(qǐng)人:廣州慧智微電子有限公司