CN103780245B - 一种快速恢复电路及连接于该快速恢复电路的误差放大器和比较器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速恢复电路，适用于连接到受控电路的一个端口以使该端口的电压快速脱离无效区域，所述快速恢复电路包括第一MOS管、第二MOS管、输入端、电流注入节点、第一电源端、第二电源端以及电流源，所述输入端连接所述受控电路的端口，所述第一MOS管的栅极与所述输入端相连接，所述第一MOS管的源极和漏极其中一个与所述电流注入节点连接，另一个与所述第一电源端或第二电源端相连接，所述第二MOS管的栅极连接所述电流注入节点，所述第二MOS管的源极和漏极分别与所述输入端和所述电流注入节点相连接，所述电流源与所述电流注入节点相连接。

Description

一种快速恢复电路及连接于该快速恢复电路的误差放大器和 比较器

技术领域

本发明涉及一种可让电路的一个端口的电压脱离无效区域的快速恢复电路。

背景技术

在模拟集成电路中，特别是开关电源芯片中，通常会用到误差放大器和比较器。误差放大器的作用是根据正相输入端与反相输入端的电压值，调整误差放大器的控制电压来改变输出电压，使正、反输入端近似相等。比较器的作用是判断正相和反相输入端电压值的高低，并通过输出电平的高低来表示。

误差放大器在输入端不断变化的同时，其控制电压也在相应地调整。若是在某个状态下，误差放大器的控制电压进入了无效的区域，则当下个状态来临时，误差放大器尚未从无效的区域恢复，会使响应速度变慢，导致输出电压失控。

比较器的输出级的输出电压通常只有高和低两种，输出级输出电压由高到低翻转时的输出级的输入电压称为翻转电压。比较器的延迟很大一部分是来自于输入电压与翻转电压的压差。

上述电压落入无效区域的问题在其它电路中也存在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速恢复电路，可让电路的一个端口的电压脱离无效区域。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种快速恢复电路，适用于连接到一受控电路的一个端口以使该端口的电压快速脱离无效区域。所述快速恢复电路包括第一MOS管、第二MOS管、输入端、电流注入节点、第一电源端、第二电源端以及电流源，所述输入端连接所述受控电路的端口，所述第一MOS管的栅极与所述输入端相连接，所述第一MOS管的源极和漏极其中一个与所述电流注入节点连接，另一个与所述第一电源端或第二电源端相连接，所述第二MOS管的栅极连接所述电流注入节点，所述第二MOS管的源极和漏极分别与所述输入端和所述电流注入节点相连接，所述电流源与所述电流注入节点相连接。

在本发明的一实施例中，所述电流源包括第三MOS管以及与第三MOS管的栅极相连接的偏置电压，所述第三MOS管的源极和漏极其中一个连接所述电流注入节点，另一个连接所述第一电源端或第二电源端。

在本发明的一实施例中，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为NMOS管，所述第一MOS管的源极与所述第二电源端相连接，所述第一MOS管的漏极与所述电流注入节点相连接。

在本发明的一实施例中，所述第三MOS管为PMOS管，所述第三MOS管的源极连接所述第一电源端，漏极连接所述电流注入节点。

在本发明的一实施例中，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为PMOS管，所述第一MOS管的源极与所述第一电源端相连接，所述第一MOS管的漏极与所述电流注入节点相连接。

在本发明的一实施例中，所述第三MOS管为NMOS管，所述第三MOS管的源极连接所述第二电源端，漏极连接所述电流注入节点。

本发明另提出一种误差放大器，在该误差放大器的输出端连接有如前所述的快速恢复电路。

本发明另提出一种比较器，在该比较器的输出端连接有如前所述的快速恢复电路。

本发明的快速恢复电路的优点在于限制某点电压的最大(最小)电压值，以实现电路的快速恢复，提高瞬态响应的能力。本发明的快速恢复电路结构简单，不会明显增加电路复杂度。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的快速恢复电路图。

图2示出本发明一实施例的电流源结构。

图3示出本发明另一实施例的快速恢复电路图。

图4示出本发明一实施例的应用快速恢复电路的误差放大器电路图。

图5示出本发明一实施例的应用快速恢复电路的比较器电路图。

具体实施方式

本发明的实施例描述一种适用于快速恢复电路，该电路可连接到受控电路的一个端口(通常是输出端)，检测该端口的电压，当检测该电压超出容许范围而进入无效区域时，以上拉或下拉的方式使该电压快速脱离无效区域。这一快速恢复电路实质上是一种最低或最高电压限幅电路。本发明的受控电路包括但不限于，误差放大器、比较器。

图1示出本发明一实施例的快速恢复电路图。参照图1所示，该电路通过检测需要限幅的端口，当检测到电压过低时，向端口注入电流，以避免电压进一步降低。快速恢复电路100具有输入端101、第一电源端VDD、第二电源端GND及电流注入节点102。快速恢复电路100包括检测NMOS管103、上拉NMOS管104及电流源105。输入端101连接到需要限幅的端口，例如误差放大器或比较器的一个端。NMOS管103的栅极连接到输入端101，用来检测需要限幅的端口。NMOS管103的漏极连接电流注入节点102，NMOS管103的源极连接第二电源端GND。上拉NMOS管104用来向需要限幅的端口注入电流。上拉NMOS管104的栅极和漏极均连接电流注入节点102，上拉NMOS管104的源极连接输入端101。电流源105产生偏置电流，并连接电流注入节点102。在本实施例中，该电流源105可以包括一PMOS管106、与PMOS管106栅极相连接的偏置电压VBS，PMOS管106的源极与第一电源端VDD相连接，如图2所示。

当输入端101的电压远大于检测NMOS管103的阈值电压时，检测NMOS管103的导通能力强于电流源105，电流注入节点102的电压接近0，上拉NMOS管104不工作，没有电流注入到输入端101。当输入端101的电压下降到接近、等于甚至小于检测NMOS管103的阈值电压时，由于检测NMOS管103的导通能力减弱，电流注入节点102的电压慢慢上升。当电流注入节点102的电压上升至比输入端101高一个NMOS管104的阈值电压时，NMOS管104导通，使得电流源105的电流经向NMOS管104输入端101注入，阻止输入端101的电压继续降低。

用PMOS管来替换上述NMOS管可实现最高电压限幅功能的快速恢复电路。因此本发明的实施例可以使用MOS管(PMOS管或NMOS管)来组成快速恢复电路。

图3示出本发明又一实施例的快速恢复电路图。参照图3所示，该电路通过检测需要限幅的端口，当检测到电压过高时，向端口注入电流，以避免电压进一步降低。快速恢复电路200具有输入端201、第一电源端VDD、第二电源端GND和电流注入节点202，并包括检测PMOS管203、下拉PMOS管204以及作为电流源的NMOS管205。输入端201连接到需要限幅的端口，例如受控电路的一个端。检测PMOS管203的栅极连接到输入端201，用来检测需要限幅的端口。检测PMOS管203的源极连接第一电源端VDD，漏极连接该电流注入节点202。下拉PMOS管204用来向需要限幅的端口注入电流。下拉PMOS管204的栅极和漏极均连接电流注入节点202，下拉PMOS管204的源极连接输入端201。电流源NMOS管205产生偏置电流，并连接电流注入节点202。虽然在此使用单个MOS管和偏置电压VBS来实现电流源，但可以理解的是，电流源可以是其它的结构。电流源NMOS管205的栅端206接外部偏置电压VBS，为NMOS管205提供偏置电流。电流源NMOS管205的源极连接第二电源端GND，漏极连接电流注入节点202。

当输入端201的电压与电源电压VDD之差大于检测PMOS管203的阈值电压时，检测PMOS管203的导通能力强于NMOS管205，电流注入节点202的电压接近电源电压，因此对主电路没有任何影响。下拉PMOS管204不工作，没有电流注入到输入端201。当输入端201的电压升高，使其与电源电压之差渐渐接近检测PMOS管203的阈值电压时，检测PMOS管203的电流能力减弱，电流注入节点202的电压慢慢下降。下拉PMOS管204的栅端与漏端均接在电流注入节点202形成二极管连接，当电流注入节点202与输入端201的电压差超过下拉PMOS管204的阈值电压后，下拉PMOS管204导通并向输入端201拉电流，阻止输入端201的电压进一步上升，最终将输入端201的最高电压限制在电源电压减去下拉PMOS管204的阈值电压。

上述的快速恢复电路可以应用于误差放大器中，图4示出本发明一实施例的应用快速恢复电路的误差放大器电路图，本实施例的快速恢复电路使用PMOS管。

参照图4所示，误差放大器301、PMOS管302、电阻303和304组成了一个常见的电压负反馈运算放大器。它的工作方式是：误差放大器301检测其输入端305和306的电压，通过调节输出端307的电压改变PMOS管302的电流，使输入端305和306的电压近似相等。这个运算放大器在正常工作时，PMOS管302的电流是一直存在的，因此输出端307的电压总是低于电源电压VDD与PMOS管302阈值电压之差。由于各种各样的原因，输入端306的电压会发生变化，当该电压大于输入端305的电压时，输出端307的电压会慢慢上升，直到输入端305与306的电压近似相等为止。若输入端305的电压恢复较慢，输出端307的电压会上升至电源电压与PMOS管302阈值电压之差甚至更高，此时PMOS管302已不再有电流流过。当输入端306的电压再次改变并降到输入端305的电压以下时，输出端307的电压需要降低，使PMOS管302的电流增大以满足输入端305、306的电压相等。而此时由于输出端307处在一个较高的电压值，当输入端302的电压降低后，输出端307的电压需要下降至电源电压VDD与PMOS管302的阈值电压之差以下，因此从输出端307的初始电压到电源电压VDD与PMOS管302阈值电压之差这段电压区间对于输出端电压来说均是无效区间，进入无效区间会影响电路对瞬态变化的相应。若是能消除或减少输出端电压进入无效区间的可能，那么就可以使电路快速恢复，提高瞬态响应。

快速恢复电路200具有输入端201和电流注入节点202，并包括检测PMOS管203、下拉PMOS管204以及电流源NMOS管205。检测PMOS管203的栅端与误差放大器的输出端307相连以检测其端电压，检测PMOS管203的源极连接第一电源端VDD，漏极连接该电流注入节点202。下拉PMOS管204的栅极和漏极连接该电流注入节点202，源极连接误差放大器的输出端307。电流源NMOS管205的栅端206接外部偏置电压，为NMOS管205提供偏置电流。电流源NMOS管205的源极连接第二电源端GND，漏极连接电流注入节点202。

当输出端307与电源电压VDD之差远大于检测PMOS管203的阈值电压时，检测PMOS管203的电流能力比电流源NMOS管205强，电流注入节点202的电压接近电源电压VDD，因此对主电路没有任何影响。当输出端307与电源电压VDD之差渐渐接近检测PMOS管203的阈值电压时，检测PMOS管203的电流能力减弱，电流注入节点202的电压慢慢下降。下拉PMOS管204的栅端与漏端均接在电流注入节点202形成二极管连接，当电流注入节点202与输出端307的电压差超过下拉PMOS管204的阈值电压后，下拉PMOS管204导通并向输出端307拉电流，阻止输出端307的电压进一步上升，最终将输出端307的最高电压限制在电源电压VDD减去下拉PMOS管204的阈值电压。

上述的快速恢复电路也可以应用于误差放大器中。图5示出本发明一实施例的应用快速恢复电路的比较器电路图。本实施例的快速恢复电路使用NMOS管。参照图5所示，400为比较器，200为具有最高电压限幅功能的快速恢复电路。快速恢复电路200具有输入端201，其连接到比较器500的输出端，用于限制这一端的最高电压。快速恢复电路200的工作过程已如前一应用例所描述，在此不再展开叙述。

本发明实施例的快速恢复电路能够检测受控电路中某一端的电压变化，当这一电压超过所容许的范围(上限或下限)时，向该端注入电流以让这一电压恢复到所容许的范围内。也就是说，本发明的实施例通过限制某点电压的最大(最小)电压值，以实现电路的快速恢复，从而提高瞬态响应的能力。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种快速恢复电路，适用于连接到一受控电路的一个端口以使该端口的电压快速脱离无效区域，其特征在于：所述快速恢复电路包括第一MOS管、第二MOS管、输入端、电流注入节点、第一电源端、第二电源端以及电流源，所述输入端连接所述受控电路的端口，所述第一MOS管的栅极与所述输入端相连接，所述第一MOS管的源极和漏极其中一个与所述电流注入节点连接，另一个与所述第一电源端或第二电源端相连接，所述第二MOS管的栅极连接所述电流注入节点，所述第二MOS管的源极和漏极分别与所述输入端和所述电流注入节点相连接，所述电流源与所述电流注入节点相连接。

2.如权利要求1所述的快速恢复电路，其特征在于，所述电流源包括第三MOS管以及与第三MOS管的栅极相连接的偏置电压，所述第三MOS管的源极和漏极其中一个连接所述电流注入节点，另一个连接所述第一电源端或第二电源端。

3.如权利要求1所述的快速恢复电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为NMOS管，所述第一MOS管的源极与所述第二电源端相连接，所述第一MOS管的漏极与所述电流注入节点相连接。

4.如权利要求2所述的快速恢复电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为NMOS管，所述第一MOS管的源极与所述第二电源端相连接，所述第一MOS管的漏极与所述电流注入节点相连接。

5.如权利要求4所述的快速恢复电路，其特征在于，所述第三MOS管为PMOS管，所述第三MOS管的源极连接所述第一电源端，漏极连接所述电流注入节点。

6.如权利要求1所述的快速恢复电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为PMOS管，所述第一MOS管的源极与所述第一电源端相连接，所述第一MOS管的漏极与所述电流注入节点相连接。

7.如权利要求2所述的快速恢复电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为PMOS管，所述第一MOS管的源极与所述第一电源端相连接，所述第一MOS管的漏极与所述电流注入节点相连接。

8.如权利要求7所述的快速恢复电路，其特征在于，所述第三MOS管为NMOS管，所述第三MOS管的源极连接所述第二电源端，漏极连接所述电流注入节点。

9.一种误差放大器，在该误差放大器的输出端连接有如权利要求1-8任一项所述的快速恢复电路。

10.一种比较器，在该比较器的输出端连接有如权利要求1-8任一项所述的快速恢复电路。