CN109508063B - 一种带有前馈补偿网络的误差放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带有前馈补偿网络的误差放大器，其特征在于，包括主增益模块、前馈增益模块、增益电阻、补偿电阻、主补偿电容和辅助补偿电容，本发明通过前馈补偿网络提供了用于补偿LC双极点的两个零点，从而在不引入过大片内电容的情况下，提高了系统的稳定性并且响应快速，集成度高。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，具体而言，涉及一种带有前馈补偿网络的误差放大器。
背景技术
近年来消费类电子市场持续扩张，集成电路电源领域也在飞速膨胀，随着电源芯片成本的不断降低，电源芯片外围的电容、电阻等器件成本远超过了芯片本身的成本，因此降低外围器件的大小和成本成为电源IC设计的关键因素之一。而降低外围器件的核心在于提高开关电源芯片产品的开关频率，但稳定性较好的电流模控制的电源芯片产品频率无法进一步提高，传统的电压模控制的电源芯片产品可以将开关频率提高到6MHz～8MHz，因此具有巨大的成本优势，但电压模控制的电源芯片由于LC双极点的影响，往往稳定性较差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：
一种带有前馈补偿网络的误差放大器，包括主增益模块、前馈增益模块、增益电阻、补偿电阻、主补偿电容和辅助补偿电容；
其中主增益模块和前馈增益模块分别接入相同的输入信号VREF和VFB，主增益模块的输出与电路的主补偿电容的上极板相连接，主补偿电容的下极板接地，前馈增益模块的输出与增益电阻的一端相连接，增益电阻的另一端接地，前馈增益模块的输出与辅助补偿电容的上极板相连接，辅助补偿电容的下基板与补偿电阻的一端相连接，补偿电阻的另一端与补偿电容的上极板和主增益模块的输出相连接，辅助补偿电容的下极板与补偿电阻一端相连接的信号为该误差放大器的输出信号。
进一步方案，
主增益模块包含4个P型MOS管分别为PM1、PM2、PM3和PM4，还包括有4个N型MOS管分别为NM1、NM2、NM3和NM4，其中具体连接方式为，PM1与PM2为输入对管，栅极分别接正负差分输入信号，PM1的原极和PM2的源极相连接，接偏置电流信号，PM1的漏极与NM2的漏极、NM2的栅极以及NM1的栅极相连接构成电流镜像结构，PM2的漏极与NM3的漏极、NM3的栅极以及NM4的栅极相连接构成镜像结构，NM1的漏极和PM3的漏极、PM3的栅极以及PM4的栅极相连接构成镜像结构，NM4的漏端与PM4的漏端相连接，此信号为主增益模块的输出信号，与主补偿电容的相连接，并且连接补偿电阻的一端。
进一步方案，
前馈增益模块包含4个P型MOS管分别为PM5、PM6、PM7和PM8，还包括3个N型MOS管NM5、NM6和NM7，其中具体连接方式为，NM5与PM1以及NM2相连接，作为跨导放大器的另一镜像输出，NM5的漏极与PM5的漏极、PM5的栅极以及PM6的栅极相连接构成镜像结构，其中PM6的宽长比比PM5大2倍，构成跨导2倍放大结构；
PM6的漏极与NM6的漏极、NM6的栅极以及NM7的栅极相连接构成镜像结构，其中NM7宽长比比NM6大4倍构成跨导4倍放大结构；
NM7的漏极与PM7的漏极、PM7的栅极以及PM8的栅极相连接构成镜像结构，其中PM8宽长比比PM7大4倍，构成跨导4倍放大结构。
进一步方案，
主增益模块和前馈增益模块均为跨导放大器类型。
采用上述技术方案的有益效果是：
本发明一种带有前馈补偿网络的误差放大器，通过前馈补偿网络提供了用于补偿LC双极点的两个零点，从而在不引入过大片内电容的情况下，提高了系统的稳定性并且响应快速，集成度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明系统小信号图；
图2是本发明电路结构原理图；
具体实施方式
本发明一种带有前馈补偿网络的误差放大器，包括主增益模块、前馈增益模块、增益电阻、补偿电阻、主补偿电容和辅助补偿电容，
如图1所示，其中主增益模块和增益模块均为跨导放大器类型，其中主增益模块的跨导为GM，前馈增益模块的跨导为hGM，主增益模块的增益比前馈增益模块大h倍，增益电阻为电阻R1，补偿电阻为RX，主补偿电容为CEA及辅助补偿电容CX构成补偿网络，REA、CEA分别代表误差放大器的输出电阻及输出电容。
其中主增益模块和前馈增益模块分别接入相同的输入信号VREF和VFB，主增益模块的输出与电路的主补偿电容的上极板相连接，主补偿电容的下极板接地，前馈增益模块的输出与增益电阻的一端相连接，增益电阻的另一端接地，前馈增益模块的输出与辅助补偿电容的上极板相连接，辅助补偿电容的下基板与补偿电阻的一端相连接，补偿电阻的另一端与补偿电容的上极板和主增益模块的输出相连接，辅助补偿电容的下极板与补偿电阻一端相连接的信号为该误差放大器的输出信号。
其中主增益模块的输出阻抗为REA，输出信号为VB，电阻R1、RX及电容CX构成补偿网络，REA、CEA分别代表误差放大器的输出电阻及输出电容，Gm表示误差放大器正常通路的跨导，hGm表示误差放大器快速通路的跨导，h为一常数。考虑该误差放大器的传输函数，由于有两条小信号通路，输出可以看作两条小信号通路叠加产生的值，记Gm通路为1通路，hGm通路为2通路。
对于此电路拓扑结构，列出各个节点的节点电压方程如下：
VC＝VB+(VA-VC)·s·CX·RX
最终得到该发明误差放大器的传递函数为：
从这个传递函数中可以看出，该发明误差放大器包含两个零点和两个极点，两个零点分别为：
两个极点分别为：
通过对R1、RX、CEA、CX的合理选择，可以产生环路稳定所需要的零极点位置。
如图2所示，主增益模块包含4个P型MOS管分别为PM1、PM2、PM3和PM4，还包括有4个N型MOS管分别为NM1、NM2、NM3和NM4，其中具体连接方式为，PM1与PM2为输入对管，栅极分别接正负差分输入信号，PM1的原极和PM2的源极相连接，接偏置电流信号，PM1的漏极与NM2的漏极、NM2的栅极以及NM1的栅极相连接构成电流镜像结构，PM2的漏极与NM3的漏极、NM3的栅极以及NM4的栅极相连接构成镜像结构，NM1的漏极和PM3的漏极、PM3的栅极以及PM4的栅极相连接构成镜像结构，NM4的漏端与PM4的漏端相连接，此信号为主增益模块的输出信号，与主补偿电容的相连接，并且连接补偿电阻的一端。
前馈增益模块包含4个P型MOS管分别为PM5、PM6、PM7和PM8，还包括3个N型MOS管NM5、NM6和NM7，其中具体连接方式为，NM5与PM1以及NM2相连接，作为跨导放大器的另一镜像输出，NM5的漏极与PM5的漏极、PM5的栅极以及PM6的栅极相连接构成镜像结构，其中PM6的宽长比比PM5大2倍，构成跨导2倍放大结构；PM6的漏极与NM6的漏极、NM6的栅极以及NM7的栅极相连接构成镜像结构，其中NM7宽长比比NM6大4倍构成跨导4倍放大结构；NM7的漏极与PM7的漏极、PM7的栅极以及PM8的栅极相连接构成镜像结构，其中PM8宽长比比PM7大4倍，构成跨导4倍放大结构。
本发明电路中含有前馈通路以适应在负载节约条件下环路的快速响应，并且提供两个低频零点，可以用于补偿电压模控制DC-DC转换器的LC双极点。
虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效无替换其中的技术点，尤其是，只要不存在技术冲突，本发明所纰漏的各种实施例中的各项特征均可通过任一方式结合起来使用，在本发明中未对这些组合的情况进行穷举行的描述仅仅是处于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而且包括落入权利要求。
Claims (1)
1.一种带有前馈补偿网络的误差放大器，其特征在于，包括主增益模块、前馈增益模块、增益电阻、补偿电阻、主补偿电容和辅助补偿电容；
其中所述主增益模块和前馈增益模块分别接入相同的输入信号VREF和VFB，主增益模块的输出与电路的主补偿电容的上极板相连接，主补偿电容的下极板接地，前馈增益模块的输出与增益电阻的一端相连接，增益电阻的另一端接地，前馈增益模块的输出与辅助补偿电容的上极板相连接，辅助补偿电容的下极板与补偿电阻的一端相连接，补偿电阻的另一端与补偿电容的上极板和主增益模块的输出相连接，辅助补偿电容的下极板与补偿电阻一端相连接的信号为该误差放大器的输出信号，
所述主增益模块包含4个P型MOS管分别为PM1、PM2、PM3和PM4，还包括有4个N型MOS管分别为NM1、NM2、NM3和NM4，其中具体连接方式为，PM1与PM2为输入对管，栅极分别接正负差分输入信号，PM1的原极和PM2的源极相连接，接偏置电流信号，PM1的漏极与NM2的漏极、NM2的栅极以及NM1的栅极相连接构成电流镜像结构，PM2的漏极与NM3的漏极、NM3的栅极以及NM4的栅极相连接构成镜像结构，NM1的漏极和PM3的漏极、PM3的栅极以及PM4的栅极相连接构成镜像结构，NM4的漏端与PM4的漏端相连接，此信号为主增益模块的输出信号，与主补偿电容的相连接，并且连接补偿电阻的一端，
所述前馈增益模块包含4个P型MOS管分别为PM5、PM6、PM7和PM8，还包括3个N型MOS管NM5、NM6和NM7，其中具体连接方式为，NM5的栅极连接 PM1的漏极 和 NM2的栅级和漏极，PM1的栅极连接输入，漏极连接NM5的栅极 和 NM2的栅级和漏极，NM2的栅极和漏极相连接，又连接 NM5的栅极和 PM1的漏极，作为跨导放大器的另一镜像输出，NM5的漏极与PM5的漏极、PM5的栅极以及PM6的栅极相连接构成镜像结构，其中PM6的宽长比比PM5大2倍，构成跨导2倍放大结构；
PM6的漏极与NM6的漏极、NM6的栅极以及NM7的栅极相连接构成镜像结构，其中NM7宽长比比NM6大4倍构成跨导4倍放大结构；
NM7的漏极与PM7的漏极、PM7的栅极以及PM8的栅极相连接构成镜像结构，其中PM8宽长比比PM7大4倍，构成跨导4倍放大结构，所述主增益模块和前馈增益模块均为跨导放大器类型。
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