一种基于Step-Down电源管理芯片的PFM限流比较器的设计

　　近年来，LDO（LowD ropout）线性稳压器和DC/DC变换器等电源管理芯片已广泛应用于便携式电子系统中。但是，线性稳压器从VIN到VOUT电压降产生的功率损失会降低电源效率，并且发热高，这是因为线性稳压器的传输晶体管总是导通的，多余的能量以热能形式散发出去，因此线性稳压器经常被排除在可选范围之外。而且，当VOUT伴随着微处理器核心电压进一步下降，线性稳压器可能会更难于符合要求，而开关稳压器可以把这些多余的能量储存在输出端的电感和电容中，负载可以从这里汲取能量，直至下一个开关周期刷新它们。由于开关稳压器是储存能量而不是浪费掉它们，因此降低了平均输人电流，提高了效率。Step-Down电源属于DC/DC变换器中的降压变换器，主要缺点是，在轻载时比如手机待机时，静态电流较高，显着降低了电池的使用寿命，所以在低负载条件下，通过PFM限流比较器来控制芯片使之进人Idle模式，这样就大大延长了电池寿命，提高了芯片的效率。

　　2 PFM限流比较器的设计

　　2.1 比较器输入级的设计

　　比较器输人级为射级藕合的差分输人级，如图1所示。QP45,Q P46组成差分对管作为放大器的输人级，R15,R16为电阻负载，MP750为输人级差分对的尾电流源，D,E为比较器输人级的输出。因为V1s2,VLTH2接近电源电压，所以不能直接将QN107和QN108作为放大器的输人管，而需要增加降压二极管QP42和QP43，所以放大器的反向输人端输入电压值约为VLS2一2V（BE），同向输人端输人电压值约为VLTH2一2V（BE）。

　　2.2 比较器中间级

　　比较器中间级由D,E 输人，A输出，如图2所示。QP63,Q P64,M N663,M N662为折叠共源共栅结构，MN664, MN665, MN666, MN667, MN678, MN679, MN680, MN681, MP717, QN106为共源共栅MOS管MN663,MN662的栅极提供偏置电压。MP715为尾电流源，MP722,MP723组成电流镜有源负载，且将放大器双端输出转为单端输出。MP724,M P725的作用是减小A点电压的变化幅度，使得比较器具有较短的瞬态响应时间和较快的速度。

　　现在计算折叠共源共栅运放的小信号电压增益，因为|Av|=GmRout，必须计算Gm和Rout，而

　　2.3 比较器输出级

　　MP 71 9 和MN657组成ActiveL oadi nverter,为放大器的输出级，进一步提高放大器的增益，A为输人，B为输出，如图3所示。

　　2.4 PFM限流比较器电路图

　　综合前面比较器输入级，输出级，中间级的设计，可得出如图4所示的PFM限流比较器电路图。当功率管导通时，对电感电流充电，使得电感电流上升，同时功率管的漏端电压下降，电流采样电路通过采样导通功率管的漏端电压，把采样得到的电压LS2,LT H2输人到PFM限流比较器，当功率管的漏端电压下降到一定程度，使得LS2达到PFM限流比较器门限LTH2时，比较器输出高电平至控制逻辑模块，从而使芯片进人PFM工作模式以延长电池寿命。

　　3 结束语