CN1859000A - 反馈型全差分调制器 - Google Patents

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CN1859000A CN 200510070165 CN200510070165A CN1859000A CN 1859000 A CN1859000 A CN 1859000A CN 200510070165 CN200510070165 CN 200510070165 CN 200510070165 A CN200510070165 A CN 200510070165A CN 1859000 A CN1859000 A CN 1859000A
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李霄鹍
石寅
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Abstract

一种反馈型全差分(Pulse Width Modulation，PWM)调制器。本发明的特征是通过反馈回路控制的PWM调制器，并采用全差分结构，不包含三角波发生器。本发明适于在集成D类功率放大器等集成电路内使用。本发明主要包括积分器、迟滞比较器、开关功率级电路等模块。反馈回路将开关功率级的输出信号引入积分器的输入端。输入信号与反馈信号的差值经由积分器进行积分，得到的积分信号再输入迟滞比较器。输入信号幅度的不同使得积分信号的斜率不同，不同斜率的积分信号达到迟滞比较器的正负阈值电压的时间不同，从而改变了输出信号的占空比。

Description

反馈型全差分调制器
技术领域
本发明涉及一种反馈型全差分(Pulse Width Modulation，PWM)调制器，特别指一种能够在集成D类集成功率放大器中使用的PWM调制器。
背景技术
在传统的PWM调制器中，PWM信号由输入信号与一个固定频率的三角波信号相比较产生，需要一个低相位噪音、高线性度的三角波信号发生器，从而对电路带来较高的设计要求。三角波信号发生器产生的串扰还会使得PWM信号的质量降低。
发明内容
本发明针对以上问题，本发明的目的在于提出一种不使用三角波发生器，通过反馈回路控制的PWM调制器。为了使PWM调制器对环境噪音具有更强的抗干扰能力，本发明中的PWM调制器采用全差分结构。
为实现本发明的上述目的，本发明提供的反馈型全差分调制器，由反馈回路、积分器(Integrator)、迟滞比较器(Hysteresis Comparator)和开关功率级电路(Switch Power Stage)组成；其中反馈回路将开关功率级电路的输出信号作为反馈信号引入积分器的输入端，积分器的输入信号与反馈信号的差值经由积分器进行积分，得到的积分信号再输入迟滞比较器，迟滞比较器的输出信号驱动开关功率级电路而得到最终的输出信号。
所述的积分器是由一个运算放大器(opamp)和两个电阻Rin+、Rin+及两个电容C1、C2构成，两个电阻Rin+、Rin+分别连接输入信号与运算放大器的输入端，两个电容C1、C2分别跨接运算放大器的输出端和相反极性的输入端。
所述的运算放大器是一个带有共模反馈的全差分结构的两级运算放大器：其中所述的第一级电路由差分对输入电路与有源负载构成，M1、M2、M3管构成差分对输入电路，M4、M5管构成有源负载；所述的第二级电路为带有相位补偿的共源输出电路，由M6、M7、M8、M9管和电容C1、C2构成；共模反馈电路由M10、M11、M12、M13、M14、M15、M16管构成，M12和M15管的栅极分别接运算放大器的正负输出端，M13和M14管的栅极接共模参考电压Vcm，二极管连接的M16管产生共模反馈信号，输出到M3管的栅极。
所述的迟滞比较器是由一个差分对输入电路与两个交叉连接的有源负载构成，其中M1管与M2管为输入管，M4管和M5管为二极管连接的MOS管，M6管的漏极接M2管的漏极，M7管的漏极接M1管的漏极，从而使M6与M7形成正反馈回路。
所述的开关功率级电路为偶数个级连的反向器，前一个反向器的输出为后一个反向器的输入。
本发明的优点在于：不包含三角波发生器，从而降低了电路的设计要求，并且提高了对环境噪音的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的电路结构框图；
图2是本发明的运算放大器电路图；
图3是本发明的迟滞比较器电路图；
图4是本发明的功率输出级电路图。
具体实施方式
图1为本发明的电路结构框图。积分器是由运算放大器和两个电阻Rin+、Rin+及两个电容C1、C2构成。两个电阻Rin+、Rin+分别连接输入信号与运算放大器的输入端，两个电容则跨接运算放大器的输出端和相反极性的输入端。本发明中的两条反馈回路分别由两个电阻Rf1、Rf2构成，分别将开关功率级的输出信号引入积分器的输入端。
如图中所示，输入信号Vin+、Vin-分别通过电阻Rin+、Rin+输入积分器。积分器输入信号与开关功率级电路反馈信号Vf1、Vf2的差值经由积分器而得到积分信号Vhc+、Vhc-，再将Vhc+、Vhc-输入迟滞比较器得到比较器输出信号Vdr1、Vdr2。比较器的输出信号Vdr1、Vdr2驱动开关功率级电路而得到最终的输出信号Vout+、Vout-。
图2为本发明的运算放大器电路图。第一级电路由差分对输入电路与有源负载构成，M1、M2、M3管构成差分对输入电路，M4、M5管构成有源负载。第二级电路为带有相位补偿的共源输出电路，由M6、M7、M8、M9管和电容C1、C2构成。共模反馈电路由M10、M11、M12、M13、M14、M15、M16管构成。M12和M15管的栅极分别接运算放大器的正负输出端，M13和M14管的栅极接共模参考Vcm电压。二极管链接的M16管产生共模反馈信号，输出到M3管的栅极。
图3为本发明的迟滞比较器电路图。M1管与M2管为输入管，M4管和M5管为二极管连接的MOS管，M6管的漏极接M2管的漏极，M7管的漏极接M1管的漏极，从而使M6与M7形成正反馈回路。
本发明中的迟滞比较器的输出为高电平时，开关功率级也输出高电平，反之亦然。输入信号的幅度在开关功率级输出的高低电平之间，且输入信号的频率远小于10倍以上开关功率级输出信号的频率。输入信号幅度的高低控制着积分信号的斜率的大小，积分器输入信号幅度的改变使得积分信号的斜率随之改变，不同斜率的积分信号达到迟滞比较器的正负阈值电压的时间不同，从而改变了比较器输出信号的占空比。
本发明反馈型全差分调制器的工作情况是当迟滞比较器的输出信号Vdr1为低电平时，开关功率级的输出信号Vout+也为低电平，这样积分器的输出信号Vhc+开始升高。另一侧电路的情况相反，Vhc-开始下降。当Vhc+-Vhc-的值大于迟滞比较器的上阈值时，迟滞比较器输出信号Vdr1转换为高电平。Vin+和Vout+的差值越大，Vhc+的上升斜率越大，迟滞比较器的转换速度越快。然后开关功率级的输出信号Vout+转换为高电平，积分器的输出信号Vhc+则开始降低，Vhc-相反的升高。当Vhc+-Vhc-的值小于迟滞比较器的下阈值时，迟滞比较器输出信号Vdr1又转换为为低电平，完成一个周期。
图4为本发明的功率输出级电路图。由偶数个级连的反向器构成，前一个反向器的输出为后一个反向器的输入。

Claims (6)

1、一种反馈型全差分调制器，其特征在于：采用全差分结构通过反馈回路来控制PWM调制器。
2、按照权利要求1所述的反馈型全差分调制器，其特征在于：由反馈回路、积分器、迟滞比较器和开关功率级电路组成：其中反馈回路将开关功率级电路的输出信号作为反馈信号引入积分器的输入端，积分器的输入信号与反馈信号的差值经由积分器进行积分，得到的积分信号再输入迟滞比较器，迟滞比较器的输出信号驱动开关功率级电路而得到最终的输出信号。
3、按照权利要求2所述的反馈型全差分调制器，其特征在于：所述的积分器是由一个运算放大器和两个电阻Rin+、Rin+及两个电容C1、C2构成，两个电阻Rin+、Rin+分别连接输入信号与运算放大器的输入端，两个电容C1、C2分别跨接运算放大器的输出端和相反极性的输入端。
4、按照权利要求3所述的反馈型全差分调制器，其特征在于：所述的运算放大器是一个带有共模反馈的全差分结构的两级运算放大器：其中所述的第一级电路由差分对输入电路与有源负载构成，M1、M2、M3管构成差分对输入电路，M4、M5管构成有源负载；所述的第二级电路为带有相位补偿的共源输出电路，由M6、M7、M8、M9管和电容C1、C2构成；共模反馈电路由M10、M11、M12、M13、M14、M15、M16管构成，M12和M15管的栅极分别接运算放大器的正负输出端，M13和M14管的栅极接共模参考电压Vcm，二极管链接的M16管产生共模反馈信号，输出到M3管的栅极。
5、按照权利要求2所述的反馈型全差分调制器，其特征在于：所述的迟滞比较器是由一个差分对输入电路与两个交叉连接的有源负载构成，其中M1管与M2管为输入管，M4管和M5管为二极管连接的MOS管，M6管的漏极接M2管的漏极，M7管的漏极接M1管的漏极，从而使M6与M7形成正反馈回路。
6、按照权利要求2所述的反馈型全差分调制器，其特征在于：所述的开关功率级电路为偶数个级连的反向器，前一个反向器的输出为后一个反向器的输入。
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