开关电源的高性能电压型PWM比较器设计

根据以上的分析和计算，本文采用1.2μm CMOS工艺的HSPICE模型参数，对该电压型比较器性能进行了几个参数的仿真，电源电压为3V。在仿真开始时，所有器件都取其最小值，仿真过程中，根据需要和电路功能参数来调整。先确定i7之后，逐一调整M6和M7来满足输出电压摆幅，使器件工作在饱和状态。

根据图3，PWM比较器的正端输入是1MHz的锯齿波信号，要求在-3db时频宽要大于1MHz。调整后经仿真得到PWM比较器小信号仿真波形，如图4所示。增益达到了80db，在-3db频宽接近1MHz，截至频率大于100MHz。

图4 PWM比较器小信号波形

在图3中，加入差分对管可提升转换的速率，加快比较器的翻转。在输出3V时，上升时间约4ns，下降时间约5.5ns，完全满足在1MHz工作频率的高性能要求。

图5是调整后整体电路的输出仿真波形图，从仿真输出波形图中可以看出，PWM波形较陡峭，稳定性好，尖峰小，电路总功耗仅有618mW。

图5 PWM比较器输出波形和输入波形

结语

通过对整个PWM比较器总体电路结构分析和计算，采用多路电流源代替传统的电阻负载，输入采用差动放大电路，结合开关电源的最新设计技术，设计出一种新型开关电源电压型PWM比较器。该电路可以作为一个模块电路直接运用在开关电源的电压型控制芯片设计中，提高设计芯片的整体性能和系统集成化。设计的电路在1.2mm CMOS工艺下实现，仿真结果表明，电路各项指标达到了预期的要求。