[发明专利]一种有源电容电路

说明书

一种有源电容电路，利用运算放大器和第二电阻构成有源电容，运算放大器的同相输入端连接第二电阻的一端，其反相输入端和输出端连接第二电阻的另一端；运算放大器包括偏置级、第一级、第二级、第三级、第四级和弥勒电容，偏置级用于提供偏置；第一级为轨到轨折叠共源共栅结构，能够提高输入电压摆幅；第二级为高增益的共源放大器，能够提供较高增益；第三级为电阻负载低增益的共源放大器，用于使电位反相；第四级为共源缓冲器，能够提供较大的负载驱动能力。本发明通过优化运算放大器内部结构能够实现更高的增益和更低的带宽；可以做到片内集成，能够应用到DC‑DC变换器中实现二型补偿；实现了输入输出电压摆幅从地到供电轨，适用范围更广。

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种有源电容电路，能够用于DC-DC变换器中实现二型补偿。

背景技术

近几年来，随着便携式电子设备的快速发展，电子设备对供电芯片的要求越来越高，不仅要求电源芯片具有较高的电源转换效率，还要求芯片具有较高的集成度。Buck型峰值电流模控制模式的DC-DC变换器由于其较高的效率以及简单的频率补偿策略在工业界得到广泛应用。

Buck型开关电源芯片通过在输出电压进行采样再经过内部的误差放大器之后与电流采样信号进行比较，调整开关占空比以实现输出电压调制，其本质上是一个反馈的调节过程。反馈就需要考虑反馈环的频率稳定性，只有当反馈是负反馈时芯片才能正常工作，否则会出现芯片振荡的情况。为了保证反馈环为负反馈，需要在误差放大器的输出端连接补偿网络，峰值电流模控制模式的DC-DC变换器通常采用串联电阻和电容到地的补偿电路，在环路中补偿一个低频极点和一个零点，该方式称为二型补偿，如图1所示。补偿电容的大小和电路内部参数相关，取值通常在几百皮法到几纳法之间，这样大小的电容在半导体制造工业中难以在芯片上集成，需要在芯片的端口外接补偿电路才能实现，这就限制了芯片的集成度。传统补偿电容在输入输出电压摆幅、增益和带宽等方面也存在不足之处。

发明内容

针对上述传统大电容难以集成的不足之处，本发明提出一种能够片上集成的有源电容电路，通过电阻和运算放大器的连接形式可以在频率响应上等效电容的特性，将本发明提出的有源电容电路应用于DC-DC变换器中实现二型补偿时，DC-DC变换器无需外接补偿电容即可对反馈环路进行频率补偿，补偿电路可全部在片上实现，有效提高了芯片的集成度。

本发明的技术方案为：

一种有源电容电路，包括运算放大器和第二电阻，运算放大器的同相输入端连接第二电阻的一端，其反相输入端和输出端连接第二电阻的另一端；

所述运算放大器包括偏置级、第一级、第二级、第三级、第四级和弥勒电容，所述偏置级用于提供第一偏置电压和第二偏置电压；

所述第一级包括第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管、第十五NMOS管、第十六NMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第十三PMOS管、第十四PMOS管和第十五PMOS管，

第七NMOS管的栅极连接第四PMOS管的栅极并作为所述运算放大器的反相输入端，其漏极连接第十PMOS管的漏极和第十二PMOS管的源极，其源极连接第八NMOS管和第九NMOS管的源极以及第五NMOS管和第六NMOS管的漏极；

第五PMOS管的栅极连接第八NMOS管的栅极并作为所述运算放大器的同相输入端，其漏极连接第十二NMOS管的源极和第十四NMOS管的漏极，其源极连接第三PMOS管和第四PMOS管的源极以及第六PMOS管和第七PMOS管的漏极；