改进的强臂比较器制造技术

本申请涉及改进的强臂比较器。公开了一种降压转换器，其可以基于负载的功率需求在低功率模式或高功率模式下操作。在高功率模式下，增加频率响应的修改包括用于比较器的较高轮询频率、反馈电路中的较低阻抗分压器、用于比较器的较高偏置电流以及用于向降压转换器的电抗降压电路提供电流的较大开关。在低功率模式下，这些修改是相反的。降压转换器可以利用改进的强臂比较器和用于感测电抗降压电路中电感器的存在的电路。

【技术实现步骤摘要】
改进的强臂比较器背景专利
本专利技术涉及用于在电子电路中提供降压的降压转换器(buckconverter)。专利技术背景在电池供电系统中，通常有必要将电池电压降低到特定电压。降低电压的一种有效方式是通过使用降压转换器。降压转换器是通过经由电感器给电容器充电而起作用的。这通常以固定频率完成。提供一种降低功耗以便延长电池寿命的降压转换器将是本领域的一个进步。附图说明为了使本专利技术的优点将是容易理解的，通过参考在附图中所示的具体实施例，将呈现上面简要描述的本专利技术的更加具体的描述。应理解，这些附图只描绘了本专利技术的典型实施例，且因此不能被看作对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述并解释本专利技术，在附图中：图1是根据本专利技术的实施例的实现包括降压转换器的系统的部件的示意性框图；图2是根据本专利技术的实施例的与负载耦合的降压转换器的示意性框图；图3是根据本专利技术的实施例的降压转换器的开关机构(switchingfacility)的示意性框图；图4是根据本专利技术的实施例的开关机构的高压侧逻辑(highsidelogic)的示意性框图；图5是根据本专利技术的实施例的开关机构的低压侧逻辑(lowsidelogic)的示意性框图；图6是根据本专利技术的实施例的降压转换器的反馈机构的示意性框图；图7是根据本专利技术的实施例的用于降压转换器的具有可调节宽度的开关的示意性框图；图8是根据本专利技术的实施例的用于感测电感器的存在的电路的示意性框图；图9是包括图8的电感器感测电路的系统的示意性框图；图10A是根据现有技术的强臂比较器(strongarmcomparator)的示意性框图(现有技术)；图10B是根据本专利技术的实施例的强臂比较器的示意性框图；图11是根据本专利技术的实施例的控制反馈机构的分压电压(dividedvoltage)和偏置电压的过程流程图；图12是根据本专利技术的实施例的用于控制比较器的频率的方法的过程流程图；图13是根据本专利技术的实施例的降压转换器的示例时序图；以及图14是根据本专利技术的实施例的适合于包括降压转换器的示例计算设备的示意性框图。详细描述降压转换器在各种条件下进行操作。具体地，负载所需的电量是高度可变的。例如，当负载通电但处于睡眠模式时，所需的电量比负载活动(active)时的电量低得多。不管负载如何，传统的降压转换器都将以相同的频率进行操作。然而，如果降压转换器的输出仅需要提供小电流，则使用快速频率的效率并不高。下面概述的降压转换器的设计提供了更具功率效率的电路。通常，使用大型NMOS(n型金属氧化物半导体)和PMOS(p型金属氧化物半导体)器件将电流施加到降压转换器中的电感器。如果这些器件太小，则功能将是次优的，并且当需要高输出电流时，它们的电阻会产生额外的功耗(大传导损耗)。如果这些器件太大，则与这些器件相关的栅极电容将会很大，并且还会产生额外的功耗(更大的开关损耗)。本文描述的可变尺寸的开关能够适应给定负载所需的电流量。电感器是难以集成在集成电路中的部件。在大多数情况下，所需的电感值足够大，以至于电感器的尺寸大得令人望而却步。然而，添加外部电感器并不总是可取的。电感器增加了系统的成本和复杂性。本文还公开了一种电压转换器，其可以用作具有电感器的降压转换器，或者用作没有电感器的LDO(低压降(lowdropout))转换器。通过结合频率调整、电感器开关动态尺寸调整、比较器动态尺寸调整以及可能的电感器感测的优势，可以显著改善降压转换器的功率特性。下面将详细描述这些改进中的每一个的实现细节。参考图1，系统100可以包括控制器102，例如通用处理器或被编程为控制或访问另一部件的功能的其他处理设备。控制器102可以控制向一个或更多个负载106供电的降压转换器104的操作。控制器102可以通过EN(使能)线路耦合到负载106的使能输入端，使得只有当信号被断定(assert)在EN线路上时，负载106才处于活动模式。否则，负载106可以保持在睡眠模式或以其他方式不活动(inactive)。负载的示例包括ADC(模数转换器)、PDM(脉冲密度调制器)或任何其他负载。控制器102可以通过HP(高功率模式)线路耦合到降压转换器。当信号被断定在HP线路上(例如，高电压或二进制1)时，降压转换器104可以如下所讨论地在高功率模式下操作。当HP线路未被断定时，降压转换器104可以如下所讨论地在低功率模式下操作。在其他实施例中，单独的线路(例如LP(低功率)线路)可以将控制器102耦合到降压转换器104，使得当LP线路被断定时，降压转换器104在低功率模式下操作。在一些实施例中，每当启用负载时，降压转换器104就在高功率模式下操作。因此，负载106的EN输入端和降压转换器104的HP输入端可以耦合到同一信号线路。例如，控制器102仅提供EN输出或仅提供HP输出，这两种输出都将降压转换器104置于高功率模式并启用负载106。降压转换器104包括或驱动电抗(例如包括电容器和电感器中的一个或两个)电路，用于将来自源(例如电池(未示出))的电压降低到负载106所需的更低的电压。参考图2，降压转换器104可以包括开关机构200和反馈机构202。开关机构200和反馈机构202中的一个或两个可以具有高功率模式和低功率模式。因此，两者都可以耦合到HP线路。开关机构200还可以将耦合到电源(例如电池)的VBat作为输入。开关机构200包括电压/节点处的输出VReg，该输出是从VBat降低的电压。反馈机构202将参考电压VRef作为输入，并且具有耦合到VReg的输入。反馈机构包括输出VFB(反馈电压)，该输出VFB基于VRef与VReg的函数或VReg的函数与VRef的函数的比较。当由VFB指示时，开关机构200然后将为VReg节点接通电源。如下面详细讨论的，开关机构评估VFB并可能将VReg连接到VBat的频率是HP线路上的信号的函数。当信号(例如，二进制1电压)被断定在HP线路上时，与信号未被断定时相比，开关机构内的比较器的轮询频率增加。出于本公开的目的，“高电压”或“二进制1”应被理解为指足够高以导通(turnon)用于实现过程的高阈值晶体管——例如用于实现降压转换器104的CMOS技术中的NMOS晶体管——的电压。“低电压”或“二进制0”应被理解为足够低以导通用于实现过程的低阈值晶体管，例如用于实现降压转换器104的CMOS技术中的PMOS晶体管。在一些实施例中，当信号未被断定在HP线路上时，驱动开关机构200和反馈机构202中的一个或两个中的比较器的偏置电流相对于当信号被断定时的偏置电流而减小。在一些实施例中，当信号未被断定在HP线路上时，降低VReg的分压器的阻抗也相对于当信号被断定时的分压器的阻抗而增加。图3是开关机构200的示例实施例的示意性框图。高压侧逻辑300将VFB作为输入，并向节点/电压Vpctl输出信号。低压侧逻辑302具有耦合到V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强臂比较器，包括：/n第一输入；/n第二输入；/n第一电路分支，其耦合到所述第一输入，并且具有由所述第一输入控制的通过所述第一电路分支的电流，并且包括第一输出节点；/n第二电路分支，其耦合到所述第二输入，并且具有由所述第二输入控制的通过所述第二电路分支的电流，并且包括第二输出节点；以及/n控制电路，其耦合到所述第一输出节点和所述第二输出节点，并且被配置为保持所述第一电路分支中的第一阻抗和所述第二电路分支中的第二阻抗低于第一水平，直到所述第一输出节点和所述第二输出节点上的电压稳定，此时所述控制电路被配置为使得所述第一阻抗和所述第二阻抗能够上升至高于所述第一水平。/n

【技术特征摘要】
20190404 US 16/375,4341.一种强臂比较器，包括：
第一输入；
第二输入；
第一电路分支，其耦合到所述第一输入，并且具有由所述第一输入控制的通过所述第一电路分支的电流，并且包括第一输出节点；
第二电路分支，其耦合到所述第二输入，并且具有由所述第二输入控制的通过所述第二电路分支的电流，并且包括第二输出节点；以及
控制电路，其耦合到所述第一输出节点和所述第二输出节点，并且被配置为保持所述第一电路分支中的第一阻抗和所述第二电路分支中的第二阻抗低于第一水平，直到所述第一输出节点和所述第二输出节点上的电压稳定，此时所述控制电路被配置为使得所述第一阻抗和所述第二阻抗能够上升至高于所述第一水平。


2.根据权利要求1所述的强臂比较器，还包括：
锁存器，其具有耦合到所述第一输出节点的第一锁存器输入和耦合到所述第二输出节点的第二锁存器输入，所述锁存器还具有第一锁存器输出和作为所述第一锁存器输出的逆的第二锁存器输出；
其中，所述控制电路被配置为根据所述第一锁存器输出和所述第二锁存器输出来感测所述第一输出节点和所述第二输出节点上的电压的稳定。


3.根据权利要求2所述的强臂比较器，还包括：
或门，所述或门使其输入耦合到所述第一锁存器输出和所述第二锁存器输出；
其中，所述控制电路被配置为当所述或门的输出处于二进制1电压时，感测所述第一输出节点和所述第二输出节点上的电压的稳定。


4.根据权利要求3所述的强臂比较器，其中，所述控制电路包括：
第一复用器，所述第一复用器使其第一选择输入耦合到所述或门的输出、使其第一0输入耦接到地、以及使其第一1输入耦合到所述第二输出节点；以及
第二复用器，所述第二复用器使其第二选择输入耦合到所述或门的输出、使其第二0输入耦接到地、以及使其第二1输入耦合到所述第一输出节点；
其中，所述控制电路被配置成根据所述第一复用器的第一复用器输出来控制所述第一阻抗；并且
其中，所述控制电路被配置成根据所述第二复用器的第二复用器输出来控制所述第二阻抗。


5.根据权利要求4所述的强臂比较器，其中，所述控制电路还包括：
所述第一分支电路中的晶体管M4，所述晶体管M4使其栅极耦合到所述第一复用器输出；
所述第二分支电路中的晶体管M5，所述晶体管M5使其栅极耦合到所述第二复用器输出。


6.根据权利要求5所述的强臂比较器，还包括：
所述第一分支电路中的晶体管M1，所述晶体管M1使其栅极耦合到所述第一输入；
所述第二分支电路中的晶体管M2，所述晶体管M2使所述晶体管M1的栅极耦合到所述第一输入。


7.根据权利要求6所述的强臂比较器，还包括：
所述第一分支电路中的晶体管M6，所述晶体管M6使其栅极耦合到所述第二输出节点；以及
所述第二分支电路中的晶体管M7，所述晶体管M7使其栅极耦合到所述第一输出节点。


8.根据权利要求7所述的强臂比较器，
其中，所述晶体管M1、所述晶体管M4和所述晶体管M6在所述第一分支电路中在驱动电压和地之间按以下列顺序串联地布置：M1、M4和M6；
其中，所述晶体管M2、所述晶体管M5和所述晶体管M7在所述第二分支电路中在所述驱动电压和地之间以下列顺序串联地布置：M2、M5和M7。


9.根据权利要求8所述的强臂比较器，其中，所述控制电路还被配置为根据时钟输入使电流能够通过所述第一分支电路和所述第二分支电路。


10.根据权利要求9所述的强臂比较器，还包括：
晶体管M3，其将所述第一分支电路和所述第二分支电路耦合到所述驱动电压，所述晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊凡·鲍格，
申请(专利权)人：恩倍科微公司，
类型：发明
国别省市：美国;US