CN103354419B

CN103354419B - 基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络

Info

Publication number: CN103354419B
Application number: CN201310208472.1A
Authority: CN
Inventors: 陆浩; 耿莉; 范世全; 薛仲明
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: CN103354419A

Abstract

本发明公开一种基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络，可灵活应用于开关DC-DC变换器的TYPE-I、TYPE-II和TYPE-III型补偿网络结构；包括阻抗Z₁、阻抗Z₂和运算放大器AMP；阻抗Z₁的输入端接输入电压V_in，阻抗Z₁的输出端接运算放大器AMP的第一输入端；阻抗Z₂的输入端接运算放大器AMP的第一输入端，阻抗Z₂的输出端接运算放大器AMP的输出端；运算放大器AMP的第二输入端接参考电压V_ref。本发明通过采用恒定跨导放大器作为有源电阻，电容乘法器作为有源电容，替代了传统补偿网络中阻抗Z₁和阻抗Z₂采用的无源电阻和电容等分立器件，实现了片上集成，提升了系统集成度；该片上全集成补偿网络结构简单，易于设计，具有优良的抗工艺角稳定性；设计具有通用性，便于推广和扩展。

Description

基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络

技术领域

本发明涉及半导体集成电路和DC-DC变换器领域，具体涉及一种应用于开关DC-DC变换器的基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络。

背景技术

近几十年来，在半导体产业飞速发展的推动下，便携式消费电子产品在现代生活中扮演着越来越重要的角色，开关DC-DC变换器随着便携式消费电子产品的发展而得到了广泛的应用。结合电子产品的发展趋势，开关DC-DC变换器广泛应用于集成电路之中。

在开关DC-DC变换器的设计中，需要加入补偿网络来保证系统稳定。根据开关DC-DC变换器控制模式和对象的不同，系统所需要的补偿网络类型和零极点数目也不相同，因此补偿网络也有多种形式，系统可以根据自身特点选择合适的补偿网络类型。一般而言，补偿网络包括阻抗Z₁、阻抗Z₂和运算放大器AMP。若Z₁为一个电阻，Z₂为一个电阻和一个电容的并联，补偿网络为具有带宽增益限制的单极点补偿网络（TYPE-I），它可以提供一个补偿极点。若Z₁为一个电阻，Z₂为一个电阻和一个电容串联后又与一个电容并联，补偿网络为单极点-单零点补偿网络（TYPE-II），它可以提供一个补偿极点和一个补偿零点。TYPE-III型补偿网络可以提供两个补偿零点，它根据系统带宽又分为两种：若系统带宽≤500kHz，则寄生串联电阻ESR引入的零点远远在系统带宽之外，可忽略不计，此时Z₁为一个电阻和一个电容的并联，Z₂为一个电阻和一个电容串联，补偿网络为双极点-双零点补偿网络（TYPE-III(a)），它可以提供两个补偿极点和两个补偿零点；若系统带宽>500kHz，则必须考虑ESR引入的零点，此时Z₁为一个电阻和一个电容的并联，Z₂为一个电阻和一个电容串联后又与一个电容并联，补偿网络为三极点-双零点补偿网络（TYPE-III(b)），它可以提供三个补偿极点和两个补偿零点。

传统开关DC-DC变换器补偿网络由运算放大器和无源电阻、电容构成。为了保证精度，无源电阻和电容通常采用片外分立器件实现，这就增加了PCB板的面积和芯片的I/O数目，与开关DC-DC变换器全集成的发展趋势相违背。如果能找到一种方法将传统无源元件构成的补偿网络，在满足稳定性要求的基础上实现片上全集成，将具有非常重要的实际应用和推广价值。

对于片上全集成补偿网络的设计，目前的最新研究成果有：在集成电容方面，2005年台湾交通大学（NCTU）的Chia-JungChang和Ke-HorngChen实现了双端连接电流模式的电容乘法器，减小了补偿中所需的电容值。在电阻方面，2002年的固态电路期刊（JSSC）中AnandVeeravalli分析了如何实现小且恒定的跨导运算放大器，但没有考虑将其作为电阻应用于补偿网络中。2010年香港科技大学的Wu提出了一种新型Pseudo-TypeIII补偿，将传统分立器件构成的TYPE-III型补偿网络拆分为低通和高通两部分组合实现，在补偿网络的结构上提出了新的设计方法。2011年韩国科学技术院（KAIST）的Hyun-HeePark利用四个OTA替换传统P-Controller、I-Controller和D-Controller，实现了一种全集成宽带PID补偿。但设计电路复杂，占用面积相对较大，且灵活性差，具有一定的局限性。国内方面关于全集成补偿网络的设计研究还处于空白。

发明内容

本发明的目的在于针对传统开关DC-DC变换器补偿网络采用片外分立元件实现的缺点，提出了一种适用于TYPE-I、TYPE-II和TYPE-III型补偿网络结构的基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络。

本发明将有源器件应用于补偿网络，具体实现了基于恒定跨导放大器的有源电阻模块和基于电容乘法器的有源电容模块。通过改变恒定跨导的跨导值，灵活地改变有源电阻的阻值，通过改变电容乘法器的放大倍数及基准电容，灵活地改变有源电容的容值，从而为系统提供合适的补偿零极点，以抵消主回路中零极点的影响，保证系统的稳定，同时还可以校正系统的动态指标。本发明既实现了补偿网络的片上集成，提升了系统集成度，又具有通用性，便于推广和扩展。本发明结构简单，易于设计，具有优良的抗工艺角稳定性特点。

本发明中使用了跨导运算放大器来实现有源电阻模块R_a，如图1所示。利用跨导运算放大器是一个电压控制的电流源，其输出端与反向输入端相连构成一个正电阻。有源电阻模块具有两个端口V_i、I_o，端口V_i、I_o分别连接跨导运算放大器的正向输入端和输出端。跨导运算放大器的跨导值g_m即实现了一个有源电阻并且有源电阻值可以通过改变跨导值g_m进行控制。

本发明中使用了双端连接的电容乘法器来实现有源电容模块C_a，如图2所示。它包括负载电容Cz、运算放大器AMP1、运算放大器AMP2、NMOS管11、NMOS管12、NMOS管K1和NMOS管K2；有源电容模块对称设置；NMOS管11的栅极和NMOS管K1的栅极相连，NMOS管11的漏极和NMOS管K1的漏极相连，NMOS管K1的源极接运算放大器AMP1的输出端，运算放大器AMP1的输出端接其第一输入端；NMOS管11的源极接运算放大器AMP1的第二输入端和负载电容Cz的一端；负载电容Cz的另一端连接运算放大器AMP2的第二输入端和NMOS管12的源极；NMOS管12的栅极接NMOS管K2的栅极，NMOS管12的漏极接NMOS管K2的漏极，NMOS管K2的源极接运算放大器AMP2的输出端，运算放大器AMP2的输出端接其第一输入端；运算放大器AMP1和运算放大器AMP2的器件参数相同，NMOS管11和NMOS管12的器件参数相同，NMOS管K1和NMOS管K2的器件参数相同；电容乘法器具有两个端口M、N，端口M、N分别连接，NMOS管11和NMOS管12的漏极；NMOS管11的栅极和NMOS管K1的栅极连接使其正常工作的参考电压V，NMOS管12的栅极和NMOS管K2的栅极连接使其正常工作的参考电压V；NMOS管K1的宽长比是NMOS管11宽长比的K倍，NMOS管K2的宽长比是NMOS管12宽长比的K倍，1≤K≤100；所述有源电容模块的电容值为负载电容Cz电容值的（1+K）倍。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络，包括阻抗Z₁、阻抗Z₂和运算放大器AMP；阻抗Z₁的输入端接输入电压V_in，阻抗Z₁的输出端接运算放大器AMP的第一输入端；阻抗Z₂的输入端接运算放大器AMP的第一输入端，阻抗Z₂的输出端接运算放大器AMP的输出端；运算放大器AMP的第二输入端接参考电压V_ref。

本发明进一步的改进在于：补偿网络的阻抗Z₁和阻抗Z₂包括有源电阻模块R_a和/或有源电容模块C_a；所述有源电阻模块R_a为一个反向输入端和输出端短接的跨导运算放大器；所述有源电阻模块R_a的电阻为g_m为跨导运算放大器的跨导；所述有源电容模块C_a为一个双端连接的电容乘法器。

本发明进一步的改进在于：当构成TYPE-I型补偿网络时（如图4所示），阻抗Z₁包括有源电阻模块R_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a1并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同；有源电容模块C_a1和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o。

本发明进一步的改进在于：当构成TYPE-II型补偿网络时（如图5所示），阻抗Z₁包括有源电阻模块R_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a1串联再与电容C₂并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同；有源电容模块C_a1和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o接端口P₂；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接端口P₁和端口P₂；ESR补偿电容C₂连接在端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o之间。

本发明进一步的改进在于：当构成TYPE-III(a)型补偿网络时（如图6所示），阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块R_a1和有源电容模块C_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a2串联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同，所述有源电容模块C_a1、有源电容模块C_a2和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接输入电压V_in和端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻R_a2模块的端口I_o接端口P₂；有源电容模块C_a2的端口M和N分别接端口P₁和端口P₂。

本发明进一步的改进在于：当构成TYPE-III(b)型补偿网络时（如图7所示），阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块R_a1和有源电容模块C_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a2串联再与电容C₃并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同，所述有源电容模块C_a1、有源电容模块C_a2和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接输入电压V_in和端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o接端口P₂；有源电容模块C_a2的端口M和N分别接端口P₁和端口P₂；ESR补偿电容C₃连接在端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o之间；端口P₂是阻抗Z₂的内部连接点。

本发明进一步的改进在于：有源电阻模块R_a输出电流信号I_o与输入电压信号V_i成正比例关系，比例系数由跨导运算放大器的跨导g_m决定。

本发明进一步的改进在于：有源电容模块C_a对电容进行等效放大，其放大倍数由放大MOS管宽长比倍数K和基准电容C_Z设置，1≤K≤100。

本发明基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络既可以通过改变恒定跨导放大器的跨导值改变有源电阻的阻值，通过改变电容乘法器的放大倍数及基准电容改变有源电容的容值，为回路提供合适的补偿零点和补偿极点。

有源电阻模块R_a利用跨导运算放大器提供的恒定跨导值将输入电压信号转变为电流信号，输出电流信号与输入电压信号成正比例关系。无源电阻即被有源化，实现了电阻的片上集成。通过调节跨导运算放大器的跨导值便可以实现对电阻值的控制。所述有源电阻模块的跨导值直接依赖于偏置电流，便于控制和调节。本发明基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络用到了两个有源电阻模块，为了保证在一个宽的输入电压变换范围内都有恒定的跨导，且具有一定的驱动能力，设计这两个有源电阻模块时要采用线性化措施和正电阻连接方式。

有源电容模块C_a利用米勒效应将小电容等效放大，其放大倍数由放大MOS管宽长比倍数K和基准电容C_Z设置（K的范围可以是1至100的任意值）。需要指出的是，本发明所述的有源电容模块采用的是一种双端连接方式，更有利于有源电容模块的推广，而不仅仅局限在对地的电容。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络，采用有源器件替换无源元件后，可以大大提高抗工艺角稳定性，顺应了便携式产品的发展趋势；实现了补偿网络的片上集成，提高了系统的集成度；本发明基于恒定跨导和电容乘法器的片上全集成补偿网络并不只针对某种特定的补偿网络结构，它可以灵活应用于TYPE-I、TYPE-II和TYPE-III型补偿网络结构，并且可以方便调节有源电阻模块的阻值和有源电容模块的容值，具有广泛的适用性，推广价值大。

附图说明

图1为有源电阻模块R_a的结构示意图；

图2为有源电容模块C_a的结构示意图；

图3为本发明基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络的结构示意图；

图4为TYPE-I型补偿网络的结构示意图；

图5为TYPE-II型补偿网络的结构示意图；

图6为TYPE-III(a)型补偿网络的结构示意图；

图7为TYPE-III(b)型补偿网络的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图3，本发明一种基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络，包括阻抗Z₁、阻抗Z₂和运算放大器AMP。阻抗Z₁的输入端接输入电压V_in，阻抗Z₁的输出端接运算放大器AMP的第一输入端；阻抗Z₂的输入端接运算放大器AMP的第一输入端，阻抗Z₂的输出端接运算放大器AMP的输出端；运算放大器AMP的第二输入端接参考电压V_ref。

参阅图1和图2所示，补偿网络中的阻抗Z₁和阻抗Z₂包括有源电阻模块和/或有源电容模块；有源电阻模块R_a为一个反向输入端和输出端短接的跨导运算放大器（图1）；有源电容模块C_a为一个双端连接的电容乘法器（图2）。

本发明提出的基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络实现的是一种TYPE-III(b)型补偿。构成TYPE-III(b)型补偿网络时，阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块和有源电容模块；有源电阻模块和有源电容模块串联再与抵消ESR零点的电容并联构成阻抗Z₂。

请参阅图1所示，有源电阻模块R_a为一个反向输入端和输出端短接的跨导运算放大器；它有两个端口V_i、I_o，端口V_i、I_o分别连接跨导运算放大器的正向输入端和输出端；有源电阻模块利用跨导运算放大器是一个电压控制的电流源，其输出端与反向输入端相连构成一个正电阻。跨导运算放大器的跨导值g_m即实现了一个有源电阻并且有源电阻值可以通过改变跨导值g_m进行控制。本发明设计的有源电阻模块需要保证在一个宽的输入电压变换范围内都有恒定的跨导，且具有一定的驱动能力，设计这两个有源电阻模块时要采用线性化措施和正电阻连接方式。

请参阅图2所示，有源电容模块C_a包括负载电容Cz、运算放大器AMP1、运算放大器AMP2、NMOS管11、NMOS管12、NMOS管K1和NMOS管K2；有源电容模块对称设置；NMOS管11的栅极和NMOS管K1的栅极相连，NMOS管11的漏极和NMOS管K1的漏极相连，NMOS管K1的源极接运算放大器AMP1的输出端，运算放大器AMP1的输出端接其第一输入端；NMOS管11的源极接运算放大器AMP1的第二输入端和负载电容Cz的一端；负载电容Cz的另一端连接运算放大器AMP2的第二输入端和NMOS管12的源极；NMOS管12的栅极接NMOS管K2的栅极，NMOS管12的漏极接NMOS管K2的漏极，NMOS管K2的源极接运算放大器AMP2的输出端，运算放大器AMP2的输出端接其第一输入端；运算放大器AMP1和运算放大器AMP2的器件参数相同，NMOS管11和NMOS管12的器件参数相同，NMOS管K1和NMOS管K2的器件参数相同；电容乘法器具有两个端口M、N，端口M、N分别连接NMOS管11和NMOS管12的漏极；NMOS管K1的宽长比是NMOS管11宽长比的K倍，NMOS管K2的宽长比是NMOS管12宽长比的K倍，1≤K≤100；NMOS管11的栅极和NMOS管K1的栅极连接使其正常工作的参考电压V，NMOS管12的栅极和NMOS管K2的栅极连接使其正常工作的参考电压V；所述有源电容模块的电容为（1+K）Cz，Cz为负载电容的电容值。

有源电容模块的工作原理类似于电流分流技术。通过运算放大器的钳位作用使其同向、反向输入端和输出端的电压近似相等。这样流过放大NMOS管K1、K2的电流是流过单位NMOS管11、12电流的K倍（1≤K≤100），并且被分流到地。因此，流过负载电容Cz的电流仅仅是原来的等效电容就变为原来的（1+K）倍。本发明所述的有源电容模块的放大倍数由放大MOS管宽、长比倍数K和基准电容C_Z决定。本发明设计的有源电容模块在保证米勒电容放大的基础上，采用了对称结构的双端连接方式，保证了有源电容模块连接的任意性。

补偿网络中的阻抗Z₁和阻抗Z₂具有多种片上有源器件的串、并联形式。若Z₁包含单个有源电阻模块，Z₂包含一个有源电阻模块和一个有源电容模块构成的并联模块，补偿网络为具有带宽增益限制的单极点补偿网络（TYPE-I），它可以提供一个补偿极点。若Z₁包含单个有源电阻模块，Z₂包含一个有源电阻模块和一个有源电容模块串联后又与一个电容并联的模块，补偿网络为单极点-单零点补偿网络（TYPE-II），它可以提供一个补偿极点和一个补偿零点。TYPE-III型补偿网络可以提供两个补偿零点，它根据系统带宽又分为两种。若系统带宽<500kHz，则ESR引入的零点忽略不计，此时Z₁包含相互并联的有源电阻模块和有源电容模块，Z₂为一个有源电阻模块一个有源电容模块串联的模块，补偿网络为双极点-双零点补偿网络（TYPE-III(a)），它可以提供两个补偿极点和两个补偿零点。若系统带宽>500kHz，则必须考虑ESR引入的零点，此时Z₁仍然包含相互并联的有源电阻模块和有源电容模块，Z₂包含一个有源电阻模块和一个有源电容模块串联后又与一个抵消ESR零点的电容并联的模块，补偿网络为三极点-双零点补偿网络（TYPE-III(b)），它可以提供三个补偿极点和两个补偿零点。本发明设计的有源电阻模块R_a和有源电容模块C_a可以根据不同的补偿网络结构进行灵活组合，方便扩展。本发明提出的基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络具体实现的是一种TYPE-III(b)型补偿。

请参阅图4所示，当构成TYPE-I型补偿网络时，阻抗Z₁包括有源电阻模块R_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a1并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同；有源电容模块C_a1和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，端口I_o接端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o。

请参阅图5所示，当构成TYPE-II型补偿网络时，阻抗Z₁包括有源电阻模块R_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a1串联再与电容C₂并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同；有源电容模块C_a1和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻R_a2模块的端口I_o接端口P₂；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接端口P₁和端口P₂；ESR补偿电容C₂连接在端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o之间。

请参阅图6所示，当构成TYPE-III(a)型补偿网络时，阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块R_a1和有源电容模块C_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a2串联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同，所述有源电容模块C_a1、有源电容模块C_a2和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接输入电压V_in和端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o接端口P₂；有源电容模块C_a2的端口M和N分别接端口P₁和端口P₂。

请参阅图7所示，当构成TYPE-III(b)型补偿网络时，阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块R_a1和有源电容模块C_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a2串联再与电容C₃并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同，所述有源电容模块C_a1、有源电容模块C_a2和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M和N分别接输入电压V_in和端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o接端口P₂；有源电容模块C_a2的端口M和N分别接端口P₁和端口P₂；ESR补偿电容C₃连接在端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o之间。

本发明提出的基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络中阻抗Z₁和阻抗Z₂能够产生两个补偿零点，来提供180°的相位超前，补偿低通滤波器重极点引起的相位滞后。电路直流处提供一个补偿极点，使得直流增益高，系统稳态误差为零。除此之外，阻抗Z₁产生一个补偿极点来抵消输出电容ESR引入的零点；阻抗Z₂产生另一个补偿极点来保证开环传递函数有一个较好的相位裕度和增益，同时保证在高频段幅频特性的下降斜率为-40dB/dec，有良好的抑制高频干扰的作用。

本发明的优势主要有以下几个方面：

（1）相对于传统补偿网络使用片外分立器件，本发明采用恒定跨导放大器作为有源电阻，电容乘法器作为有源电容，替代了传统补偿网络阻抗Z₁和阻抗Z₂中采用的无源电阻和电容等分立器件，实现了补偿网络的片上全集成，提升了系统的集成度，且具有优良的抗工艺角稳定性特点。

（2）本发明电路结构简单，易于设计；可灵活应用于TYPE-I、TYPE-II和TYPE-III型补偿网络结构，有源电阻模块的阻值和有源电容模块的容值易于调节，具有通用性，便于推广应用及功能扩展。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims

1.一种基于恒定跨导放大器和电容乘法器的片上全集成补偿网络，其特征在于，包括阻抗Z₁、阻抗Z₂和运算放大器AMP；阻抗Z₁的输入端接输入电压V_in，阻抗Z₁的输出端接运算放大器AMP的第一输入端；阻抗Z₂的输入端接运算放大器AMP的第一输入端，阻抗Z₂的输出端接运算放大器AMP的输出端；运算放大器AMP的第二输入端接参考电压V_ref；

阻抗Z₁和阻抗Z₂包括有源电阻模块R_a和/或有源电容模块C_a；

所述有源电阻模块R_a为一个反向输入端和输出端短接的跨导运算放大器；所述有源电阻模块R_a的电阻为g_m为跨导运算放大器的跨导；

所述有源电容模块C_a为一个双端连接的电容乘法器；

当构成TYPE-I型补偿网络时，阻抗Z₁包括有源电阻模块R_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a1并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同；有源电容模块C_a1和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i1接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o1接端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i2接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o2接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M₁和N₁分别接端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o；

当构成TYPE-II型补偿网络时，阻抗Z₁包括有源电阻模块R_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a1串联再与ESR补偿电容C₂并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同；有源电容模块C_a1和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i1接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o1接端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i2接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻R_a2模块的端口I_o2接端口P₂；有源电容模块C_a1的端口M₁和N₁分别接端口P₁和端口P₂；ESR补偿电容C₂连接在端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o之间；

当构成TYPE-III(a)型补偿网络时，阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块R_a1和有源电容模块C_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a2串联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同，所述有源电容模块C_a1、有源电容模块C_a2和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i1接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o1接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M₁和N₁分别接输入电压V_in和端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i2接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o2接端口P₂；有源电容模块C_a2的端口M₂和N₂分别接端口P₁和端口P₂；

当构成TYPE-III(b)型补偿网络时，阻抗Z₁包括并联的有源电阻模块R_a1和有源电容模块C_a1；有源电阻模块R_a2和有源电容模块C_a2串联再与ESR补偿电容C₃并联构成阻抗Z₂；所述有源电阻模块R_a1、有源电阻模块R_a2和所述有源电阻模块R_a结构相同，所述有源电容模块C_a1、有源电容模块C_a2和所述有源电容模块C_a结构相同；有源电阻模块R_a1的端口V_i1接输入电压V_in，有源电阻模块R_a1的端口I_o1接端口P₁；有源电容模块C_a1的端口M₁和N₁分别接输入电压V_in和端口P₁；端口P₁接运算放大器AMP的第一输入端；有源电阻模块R_a2的端口V_i2接运算放大器AMP的输出端V_o，有源电阻模块R_a2的端口I_o2接端口P₂；有源电容模块C_a2的端口M₂和N₂分别接端口P₁和端口P₂；ESR补偿电容C₃连接在端口P₁和运算放大器AMP的输出端V_o之间。