[发明专利]一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路

说明书

本发明公开一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路，包括第一级放大电路、第二级放大电路、由补偿电容C1、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8和第九MOS管M9构成的自适应负载变化的频率补偿电路以及输出级电路；第一级放大电路的输出接第二级电路输入，第二级电路的输出接输出级电路，自适应负载变化的频率补偿电路接在第二级输入输出之间。优点：本发明，相比用固定电阻作为极零点补偿相比，本发明用MOS管作为可调电阻，并与负载电流之间建立合适的调整关系，使其在负载电流变化时能够自动调整极零点频率；能够使系统在不同负载电流条件下均能稳定工作，也提供了更大电流能力的前提条件。

技术领域

本发明涉及芯片设计技术领域，具体为用于浮点乘加器的带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路。

背景技术

负反馈在模拟信号处理中得到广泛应用，这是因为反馈的性质使系统能够通过抑制开环性能的变化而精确地工作。负反馈系统如图1所示。

一个反馈系统只要满足：（1）在ш频率下，围绕环路的相移能大到使负反馈变为正反馈；（2）环路增益足以使信号建立（即环路增益≥1），这两个条件，就会在频率为ш处产生振荡。因此，要避免不稳定，必须把总的相移减至最小，以使得当环路增益幅值=1时，∠βH仍比-180°更正。如图2和3所示，稳定系统与非稳定系统的波特图。

在S域中一个系统开环传递函数如果在右半平面存在极点，则系统是不稳定的。如果只存在左半平面极点和零点，则需要进一步在波特图中分析其稳定性。

在波特图中，增益曲线经过一个极点将按-20dB/10倍频程的斜率下降；经过一个零点将按+20dB/10倍频程的斜率上升。相位曲线在0.1шp开始下降，在10шp频率处完成-90°相位变化。在经过一个零点时，如果该零点是左半平面零点，那么在0.1шz开始上升，在10шz频率处完成+90°相位变化。而当经过一个右半平面零点时，其相位曲线按-45°斜率下降，最后完成-90°相位变化。

对于图4线性稳压电路结构内反馈系统，传统的频率补偿方式为通过在第一级运放输出与地之间串联一个电阻电容结构（C1，R1）作为极零点补偿对对反馈系统进行稳定性补偿。

不进行极零点补偿，简单分析可知由于负载电容较大，设定输出级的极点P1为主极点，也就是频率最低的极点。第一级放大电路因为具有大的增益，也就是有大的跨导，所以设定第一级放大电路的极点P2为次极点，也就是频率第二低的极点。其余极点频率很高，对系统稳定性无影响，这里忽略。主极点和次极点总共会造成-180°的相移。并且由于这两个极点频率均较低且频率接近，这会导致相位在很窄的频率内便移相-180°，从而导致系统不稳定。此时的增益曲线如图5所示。

使用C1，R1进行极零点补偿时，由C1，R1引入了一个新的极点P和一个新的左半平面的零点Z在P1，P2之间。此时的增益曲线如图6。分析可知增益能更快降至0dB，虽然带宽减小，但系统稳定性更好。

上述技术虽然可以对电路极零点进行补偿，但是当负载变化时系统会变得不稳定。如当负载电流增大时，根据P1的极点频率可知，由于负载电流增大，功率管的跨导也增大，P1会向更高频率方向移动；但是负载电流变化时，补偿极零点并不会移动。这就导致极零点补偿对无法进行有效补偿。增益在更高频率才能下降为0dB，最终表现为电路在负载电流变化时变得不稳定。

发明内容

本发明主要解决由于负载电流的变化，导致极点移动，然而补偿极零点却不能随着负载电流的变化而跟随极点移动，从而导致极零点对无法进行有效补偿，使系统的稳定性降低，限制了系统的带负载能力等问题。

本发明提出一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路，采取的技术方案为：