[发明专利]一种具有抑制输出频谱谐波噪声特性的DC‑DC转换器

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体的说涉及一种具有抑制输出频谱谐波噪声特性的DC-DC转换器。

背景技术

射频芯片电路对频率噪声十分敏感，频谱上的噪声尖峰使得射频电路的性能发生严重的退化。采用PWM调制型DC-DC变换器(结构如图1所示)为射频电路供电是较为传统的方法，PWM调制DC-DC变换器输出电压稳定、纹波小、稳态误差小，但PWM调制采用固定周期的锯齿波信号，会不可避免地引入谐波噪声，不利于射频电路的性能。另一种采用Sigma-Delta调制方式的DC-DC转换器(结构如图2所示)，其调制周期随机不固定，其谐波噪声很小，使得输出电压频谱没有尖峰噪声，适用于射频电路的供电。但是其调制器电路结构相对复杂，增大了整体电路的面积及功耗。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述的问题，提出一种具有抑制输出频谱谐波噪声特性的DC-DC转换器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有抑制输出频谱谐波噪声特性的DC-DC转换器，如图3所示，包括PMOS功率管MP、NMOS功率管MN、NMOS管MN1、电感L、第一电容C、第二电容Cc、第三电容C1、运算放大器、第一跨导放大器OTA1、第二跨导放大器OTA2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R、第四电阻RF1、第五电阻RF2、钟控电流比较器和功率管驱动模块；PMOS功率管MP的源极接电源VIN，其栅极接功率管驱动模块的第一输出端，其漏极接NMOS功率管MN的漏极，其漏极依次通过电感L和第一电容C后接地；NMOS功率管MN的栅极接功率管驱动模块的第二输出端，其漏极接PMOS功率管MP漏极与电感L的连接点，其源极接地；第三电阻R与第一电容C并联；第四电阻RF1和第五电阻RF2串联后与第三电阻R并联；第四电阻RF1和第五电阻RF2的连接点接运算放大器的正向输入端；运算放大器的负向输入端通过第一电阻R1后接其输出端；运算放大器的负向输入端与第一电阻R1的连接点通过第二电阻R2和第二电容Cc后接基准电压；第一跨导放大器OTA1的正向输入端接基准电压，其负向输入端接运算放大器的输出端，其输出端接NMOS管MN1的栅极；第一跨导放大器OTA1输出端与NMOS管MN1栅极的连接点通过第三电容C1后接地；第二跨导放大器OTA2的正向输入端接运算放大器的输出端，其负向输入端接基准电压，其输出端接钟控电流比较器的第一输入端；第二跨导放大器OTA2正向输入端与钟控电流比较器第一输入端的连接点解NMOS管MN1的漏极；NMOS管MN1的源极接地；钟控电流比较器的第二输入端接基准电流，其输出端接功率管驱动模块的输入端。

本发明总的技术方案，运算放大器OP1、电阻R1、电阻R2、电容Cc共同构成了相位超前补偿模块；第一跨导放大器OTA1、第三电容C1、NMOS管M1共同构成了相位滞后补偿模块；其中，

所述相位超前补偿模块用于根据RF2上的输出采样电压，输出相位滞后补偿模块及第二跨导放大器OTA2的输入信号。运算放大器OP1、电阻R1和R2，电容Cc实现了相位超前补偿，使整体DC-DC环路稳定。

所述相位滞后补偿模块用于根据基准电压Vref和相位超前补偿模块的输出电压信号，输出钟控电流比较器的输入电流信号。第一跨导放大器OTA1和电容C1组成了gm-c型低通积分，输出电压信号经过NMOS管M1转换为电流信号，从而实现了相位滞后补偿。

所述第二跨导放大器OTA2用于根据基准电压Vref和相位超前补偿模块的输出电压信号，输出钟控电流比较器的输入电流信号。它与相位滞后补偿模块并联，共同实现本发明的环路结构。

所述钟控电流比较器用于根据相位超前补偿模块的输出，产生不固定频率的驱动脉冲信号，输出给功率管驱动模块，形成不固定频率的功率管调制。

本发明的有益效果为，将二阶Sigma-Delta调制器的结构嵌套进DC-DC整体环路，实现不固定频率的调制，同时简化结构，降低功耗和面积；典型情况下，输出电压为1.2V，稳态误差小于2mV，纹波为3mV。调制时钟频率为10MHz，输出频谱噪声比传统PWM调制最多低了30dB。

附图说明

图1为传统PWM调制DC-DC整体电路结构示意图；

图2为二阶Sigma-Delta调制DC-DC整体电路结构示意图；

图3为本发明的整体电路结构示意图；

图4为本发明的电路瞬态仿真波形示意图；

图5为本发明的输出频谱波形示意图；