CN216721300U - 一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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：本实用新型，相比用固定电阻作为极零点补偿相比，本实用新型用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。
Description
技术领域
本实用新型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ω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ω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0.1ωp开始下降，在10 ωp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10ωz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。
实用新型内容
本实用新型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。
本实用新型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：
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；
第六MOS管M6和第七MOS管M7为P型MOS管，第八MOS管M8和第九MOS 管M9为N型MOS管；
第二级放大电路输入连接到自适应负载变化的频率补偿电路内的补偿电容 C1一端，第二级输出连接到第六MOS管M6的漏极和栅极以及第七MOS管M7的栅极，第七MOS管M7和第六MOS管M6的源极均连接电源VDD；第七MOS管M7 的漏极连接第八MOS管M8的漏极和栅极以及第九MOS管M9的栅极，第九MOS 管M9的漏极串联补偿电容C1后接在第一级放大电路输出上；第八MOS管M8与第九MOS管M9的源极均接地。
本实用新型的稳定电话，补偿电容C1与第九MOS管M9的电阻作为电路的极零点补偿对，负载电流变化反映到C点(为第二级放大电路输出的节点)电压上再通过电流镜反映到F点(为第七MOS管M7的漏极接出的节点)电压(即第九 MOS管M9栅极电压)上来控制第九MOS管M9电阻值，实现极零点补偿频率跟随负载变化的功能。
对本实用新型技术方案的优选，第一级放大电路包括第一MOS管M1、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和尾电流源，电源VDD经过尾电流源同时接入第一MOS管M1和第二MOS管M2的源极，第一MOS管M1和第二MOS 管M2的源极相连；第一MOS管M1和第二MOS管M2为P型MOS管；第三MOS管 M3和第四MOS管M4的栅极相连，且第三MOS管M3和第四MOS管M4均为N型 MOS管；第三MOS管M3和第四MOS管M4的源极都接地；第一MOS管M1的漏极与第三MOS管M3的漏极相连，且第一MOS管M1与第三MOS管M3的漏极连接段设置第一节点A，自节点A引出一路连接到第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极；第二MOS管M2的漏极和第四MOS管M4的漏极相连，且第二MOS管M2与第四MOS管M4的漏极连接段设置第二节点B，自第二节点B接出第一级放大电路的输出。
对本实用新型技术方案的优选，第一MOS管M1的栅极接基准电压；第二 MOS管M2的栅极接输出级电路产生的反馈电压FBOUT。
对本实用新型技术方案的优选，第二级放大电路包括第五MOS管M5、电阻 R2和电阻R3，第五MOS管M5为N型MOS管，第五MOS管M5的的栅极接第一级放大电路的输出，第五MOS管M5的源极串接电阻R3后接地，第五MOS管M5的漏极接电阻R2后接电源VDD，并且第五MOS管M5的漏极接输出级电路。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：
本实用新型稳定电路内的自适应负载变化的频率补偿电路，相比用固定电阻作为极零点补偿相比，本实用新型用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。
附图说明
图1是基本负反馈系统电路图。
图2是稳定系统的波特图。
图3是非稳定系统的波特图。
图4是线性稳定电路结构内反馈系统的传统频率补偿方式的电路图。
图5是未进行极零点补偿的幅频图。
图6是进行普通极零点补偿后的幅频图。
图7是本实用新型的带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路的电路图。
图8是本实用新型稳定电路的负载电流变化时跟随补偿幅频图。
具体实施方式
下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-附图8和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图7所示，本实施例的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。
如图8所示，第六MOS管M6和第七MOS管M7为P型MOS管，第八MOS管M8 和第九MOS管M9为N型MOS管；第二级放大电路输入连接到自适应负载变化的频率补偿电路内的补偿电容C1一端，第二级输出连接到第六MOS管M6的漏极和栅极以及第七MOS管M7的栅极，第七MOS管M7和第六MOS管M6的源极均连接电源VDD；第七MOS管M7的漏极连接第八MOS管M8的漏极和栅极以及第九 MOS管M9的栅极，第九MOS管M9的漏极串联补偿电容C1后接在第一级放大电路输出上；第八MOS管M8与第九MOS管M9的源极均接地。
本实施例实用新型，是将传统方法使用的固定电阻R1替换为由与负载电流有关的栅压控制的MOS管电阻，如图7所示。补偿电容C1与第九MOS管M9的电阻作为电路的极零点补偿对，负载电流变化反映到C点电压上再通过电流镜反映到F点电压(即第九MOS管M9管栅极电压)上来控制第九MOS管M9电阻值。
本实施例的稳定电路中的，第一级放大电路和第二级放大电路以及输出级电路，均为本技术领域内的已知电路，本领域技术人员已知。
如图7所示，本实施例的稳定电路中，第一级放大电路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和尾电流源，电源VDD经过尾电流源同时接入第一MOS管M1和第二MOS管M2的源极，第一MOS管M1和第二 MOS管M2的源极相连；第一MOS管M1和第二MOS管M2为P型MOS管；第三MOS 管M3和第四MOS管M4的栅极相连，且第三MOS管M3和第四MOS管M4均为N型 MOS管；第三MOS管M3和第四MOS管M4的源极都接地；第一MOS管M1的漏极与第三MOS管M3的漏极相连，且第一MOS管M1与第三MOS管M3的漏极连接段设置第一节点A，自节点A引出一路连接到第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极；第二MOS管M2的漏极和第四MOS管M4的漏极相连，且第二MOS管M2与第四MOS管M4的漏极连接段设置第二节点B，自第二节点B接出第一级放大电路的输出；第一MOS管M1的栅极接基准电压；第二MOS管M2的栅极接输出级电路产生的反馈电压FBOUT。
本实施例的稳定电路中，第二级放大电路包括第五MOS管M5、电阻R2和电阻R3，第五MOS管M5为N型MOS管，第五MOS管M5的的栅极接第一级放大电路的输出，第五MOS管M5的源极串接电阻R3后接地，第五MOS管M5的漏极接电阻R2后接电源VDD，并且第五MOS管M5的漏极接输出级电路。
本实用新型的稳定电路，使用的自适应负载变化的频率补偿电路，输出电压固定，当负载电流增大时，通过对输出级分析可知C点电压会降低，则流过第六 MOS管M6和第七MOS管M7的电流增大，F点电压也会增大，即第九MOS管M9 的栅极电压增大，使得第九MOS管M9电阻值变小。根据P1的极点频率可知，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，根据补偿极零点的补偿频率可知，第九MOS管M9电阻值变小，补偿极零点频率也会向更高频率方向移动，如图8所示。使得当负载变化时补偿极零点频率也会跟随变化，达到保持电路稳定性的目的。
本实用新型稳定电路中的自适应负载变化的频率补偿电路，相比用固定电阻作为极零点补偿相比，本实用新型用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。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (4)
1.一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路，其特征在于，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；
第六MOS管M6和第七MOS管M7为P型MOS管，第八MOS管M8和第九MOS管M9为N型MOS管；
第二级放大电路输入连接到自适应负载变化的频率补偿电路内的补偿电容C1一端，第二级输出连接到第六MOS管M6的漏极和栅极以及第七MOS管M7的栅极，第七MOS管M7和第六MOS管M6的源极均连接电源VDD；第七MOS管M7的漏极连接第八MOS管M8的漏极和栅极以及第九MOS管M9的栅极，第九MOS管M9的漏极串联补偿电容C1后接在第一级放大电路输出上；第八MOS管M8与第九MOS管M9的源极均接地。
2.根据权利要求1所述的一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路，其特征在于，第一级放大电路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和尾电流源，
电源VDD经过尾电流源同时接入第一MOS管M1和第二MOS管M2的源极，第一MOS管M1和第二MOS管M2的源极相连；第一MOS管M1和第二MOS管M2为P型MOS管；
第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极相连，且第三MOS管M3和第四MOS管M4均为N型MOS管；第三MOS管M3和第四MOS管M4的源极都接地；
第一MOS管M1的漏极与第三MOS管M3的漏极相连，且第一MOS管M1与第三MOS管M3的漏极连接段设置第一节点A，自节点A引出一路连接到第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极；
第二MOS管M2的漏极和第四MOS管M4的漏极相连，且第二MOS管M2与第四MOS管M4的漏极连接段设置第二节点B，自第二节点B接出第一级放大电路的输出。
3.根据权利要求2所述的一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路，其特征在于，第一MOS管M1的栅极接基准电压；第二MOS管M2的栅极接输出级电路产生的反馈电压FBOUT。
4.根据权利要求1所述的一种带有自适应负载变化的频率补偿电路的稳定电路，其特征在于，第二级放大电路包括第五MOS管M5、电阻R2和电阻R3，第五MOS管M5为N型MOS管，第五MOS管M5的栅极接第一级放大电路的输出，第五MOS管M5的源极串接电阻R3后接地，第五MOS管M5的漏极接电阻R2后接电源VDD，并且第五MOS管M5的漏极接输出级电路。
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