集成电路及其内置补偿模块

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种集成电路及其内置补偿模块。

背景技术

便携式电子产品的兴起使得电子系统设计中对芯片/集成电路(以下统称为集成电路)的集成度要求不断提高，诸如DC-DC变换器、低压差线性稳压器等系统模块已经基本实现片上集成。为了保证系统的稳定性，实际应用中往往需要在电路中增加补偿模块。通常情况下采用外置的分立电阻和分立电容作为补偿模块。

然而一方面集成电路需要额外的管脚与外置补偿模块耦接，增加了集成电路的管脚数量和封装面积。另一方面，在某些应用场景中为了兼容，需要将补偿模块内置，当补偿模块外置时，补偿电容的容值较大(通常为纳法级别)，作为集成器件占用面积过大，无法直接集成在集成电路中，若减小补偿电容的容值又会改变系统模块的频率特性，需要重新对系统模块的各项参数进行设计和校准，又会提高成本、增加设计复杂度。

因此，期待一种改进的集成电路及其内置补偿模块能够克服上述问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种集成电路及其内置补偿模块，内置补偿模块能够集成在集成电路中，并且与外置补偿模块具有相同的频率特性。

根据本发明的一方面，提供一种集成电路的内置补偿模块，所述集成电路包括耦接至第一节点的系统模块，其中，所述内置补偿模块包括：运算放大器，输入端耦接至所述第一节点；补偿电容，第一端与所述运算放大器的输入端耦接，第二端与所述运算放大器的输出端耦接；所述运算放大器的输入端能够在所述第一节点产生与依次串联耦接于所述第一节点和地之间的虚拟电阻和虚拟电容相同的频率特性；其中，所述补偿电容的容值小于所述虚拟电容的容值。

可选地，所述补偿电容的电容值是所述虚拟电容的电容值的1/A0，其中A0为设定的比例系数。

可选地，所述内置补偿模块等效补偿电阻的电阻值与所述虚拟电阻的电阻值之比为A0。

可选地，通过调整所述运算放大器的低频增益来调整所述比例系数。

可选地，所述的内置补偿模块还包括：开关模块，耦接于所述运算放大器的输入端和所述第一节点之间，所述开关模块配置为在所述系统模块的控制下导通或者关断所述内置补偿模块与所述第一节点之间的连接路径。

根据本发明的另一方面，提供一种集成电路，包括：系统模块，耦接至第一节点，配置为提供主要的电路功能；如上任一项所述的内置补偿模块，耦接至所述第一节点，以对所述系统模块进行频率补偿。

可选地，所述的集成电路还包括：外置补偿模块，所述外置补偿模块包括依次串联耦接在所述第一节点和地之间的第一电阻和第一电容，所述第一电阻的阻值与所述虚拟电阻的阻值相等，所述第一电容的容值与所述虚拟电容的容值相等。

可选地，所述系统模块选自DC-DC变换器或者低压差线性稳压器中的任意一种。

本发明提供的集成电路及其内置补偿模块，能够在不改变原系统模块频率特性的基础上，将外置补偿模块集成到集成电路内部，通过对运算放大器和补偿电容的参数设计，使得集成到集成电路内部的内置补偿模块在第一节点处产生与外置补偿模块等效的频率特性。

进一步地，由于本发明提供的内置补偿模块中补偿电容和运算放大器增益之积等于虚拟电容的容值(即外置补偿模块中第一电容的容值)，极大地减小了本发明内置补偿模块的补偿电容占用的面积。

进一步地，在未增加实体电阻的情况下，本发明提供的包括运算放大器和补偿电容的内置补偿模块在第一节点处的频率特性，与包括串联耦接的第一电阻和第一电容的外置补偿模块在第一节点处的频率特性相同，进一步减小集成到集成电路内部后内置补偿模块占用的面积。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了现有技术的集成电路及其外置补偿模块；

图2示出了本发明实施例的集成电路及其内置补偿模块；

图3示出了图2中内置补偿模块的等效电路图；

图4示出了图2中虚拟补偿模块的幅频特性；

图5示出了图2中运算放大器的特性曲线；

图6示出了本发明另一实施例的集成电路及其内置补偿模块。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件或电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的，或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

同时，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。

此外，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了现有技术的集成电路及其外置补偿模块。现有技术的集成电路100包括片上集成的系统模块110，以及通过管脚与系统模块110连接的外置补偿模块201。系统模块110例如选自DC-DC变换器或者低压差线性稳压器。

具体的，外置补偿模块201包括依次串联耦接在第一节点M和地之间的第一电阻R1以及第一电容C1，用于对系统模块110进行频率补偿以提高其稳定性。

在某些应用场景下，为了兼容而将外置补偿模块201集成在集成电路100中时，会遇到两方面的问题：第一方面，由于集成电容的容值大小与其所占的面积正相关，而通常情况下，第一电容C1的容值又较大，例如为10nF，难以直接将外置补偿模块201按照原参数集成到集成电路100中。另一方面，如果将外置补偿模块201集成到集成电路100中时，将集成电容占用的面积控制在合适的范围内，其容值又会减小，例如减小到10pF，则对应的系统模块110的频率特性又会改变，难以实现频率补偿以提高系统模块110稳定性的功能，这种情况下重新设计系统模块110不仅增加电路设计的复杂度，还会显著提高成本。

为了解决上述问题，本发明提出了一种改进的集成电路及其内置补偿模块。如图2所示，图2示出了本发明实施例的集成电路及其内置补偿模块。本发明实施例的集成电路100包括片上集成的系统模块110和内置补偿模块202。系统模块110例如选自DC-DC变换器或者低压差线性稳压器。

具体的，内置补偿模块202包括运算放大器OPA和补偿电容C2。运算放大器OPA的输入端耦接至第一节点M，补偿电容C2的第一端耦接至运算放大器OPA的输入端，第二端耦接至运算放大器OPA的输出端。

在本实施例中，补偿电容C2并联耦接在运算放大器OPA的两端，当运算放大器OPA的输入端产生ΔV的电压变化时，其输出端产生-A*ΔV的电压变化，可以等效为一个容值为(A+1)*C2的电容耦接在第一节点M和地之间。其中，A表示运算放大器OPA的增益，一般情况下运算放大器的增益远大于1，则内置补偿模块202的等效容值可近似为A*C2。

经上述分析可知，图2所示的内置补偿模块202可等效为图3中的内置补偿模块203。集成电路100包括系统模块110和内置补偿模块203，系统模块110例如选自DC-DC变换器或者低压差线性稳压器。

具体地，内置补偿模块203包括运算放大器OPA和电容C3，电容C3的第一端耦接至第一节点M，第二端接地，运算放大器OPA的输入端耦接至电容C3的第一端，其中C3＝A0*C2。

继续参考图2，本发明实施例的虚拟补偿模块204包括依次串联耦接在第一节点M和地之间的虚拟电阻Rvi和虚拟电容Cvi，图2中虚拟补偿模块204与图1中外置补偿模块201基本一致，虚拟电阻Rvi的阻值等于第一电阻R1的阻值，虚拟电容Cvi的容值等于第一电容C1的容值，由于虚拟补偿模块204并非以实体形式存在，故附图中采用虚线。为了获得与虚拟补偿模块204相同容值的等效电容，可得C3＝Cvi＝A0*C2，补偿电容C2的容值变为虚拟电容Cvi容值的1/A0倍，其占用的面积也随之减小，通过合理设计运算放大器OPA的参数，能够极大地减小补偿电容C2占用的面积，降低集成电路100的成本，同时增加内置补偿模块202以及包括内置补偿模块202的集成电路100的适用性。

进一步地，通过合理地设计运算放大器OPA和补偿电容C2的参数，能够在第一节点M处产生与虚拟补偿模块204相同的频率特性。

具体地，虚拟补偿模块204在第一节点M处的幅频特性如图4所示，假设第一节点M只与虚拟补偿模块204耦接，第一节点M处的阻抗

其中，Sp1的值为

假设第一节点M只与集成在集成电路100内部的内置补偿模块202和/或内置补偿模块203耦接，图3中内置补偿模块203在第一节点M处的阻抗

当S小于Sp2时，将A(s)＝A0代入阻抗Z2中可得

为了让内置补偿模块202和虚拟补偿模块204在第一节点M具有相同的频率特性，需要二者阻抗相同，即Z1＝Z2。根据式(1)和式(3)可知，此时Sp1＝Sp2，

通过上述对运算放大器OPA和补偿电容C2的参数设计，使得内置补偿模块202在第一节点M处产生与虚拟补偿模块204具有等效频率特性的RC补偿网络，即内置补偿模块202在第一节点m处产生与图1中外置补偿模块201相同的频率特性。由于补偿电容C2的容值是虚拟电阻Cvi(即外置补偿模块201中第一电阻C1)的1/A0倍，其作为集成电容占用的面积也是电容C1的1/A0倍，极大地减小了集成电路100的面积。

进一步地，在未增加实体电阻的情况下，包括运算放大器OPA和补偿电容C2的内置补偿模块202在第一节点M处的频率特性，与包括串联耦接的电阻R1和电容C1的外置补偿模块201在第一节点M处的频率特性相同，进一步减小内置补偿模块202占用的面积。

应当理解，本发明提供的内置补偿模块202不仅限于频率补偿的应用场景，也可以应用于某一电路端口需要等效电阻电容串联结构的应用场景。

优选地，图6示出了本发明另一实施例的集成电路及其内置补偿模块。集成电路100包括系统模块110、开关模块K和内置补偿模块202，系统模块110例如选自DC-DC变换器或者低压差线性稳压器。

具体的，内置补偿模块202包括运算放大器OPA和补偿电容C2。运算放大器OPA的输入端耦接开关模块K的第二端，开关模块K的第一端耦接至第一节点M。补偿电容C2的第一端耦接至运算放大器OPA的输入端，第二端耦接至运算放大器OPA的输出端。其中，开关模块K的导通和关断例如由系统模块110控制。

当集成电路100包括外置补偿模块201时，系统模块110控制开关模块K断开，系统模块100采用外置补偿的方式。当集成电路100外部不能放置外置补偿模块201时，系统模块110控制开关模块K导通，系统模块采用片上集成的内置补偿模块202。从而实现在使用同一集成电路的基础上，内置补偿和外置补偿的兼容，一定程度上增加了本发明提供的集成电路及其内置补偿模块的适用范围。应当理解，开关模块K还可以被包括在内置补偿模块202内部。

综上所述，本发明提供的集成电路及其内置补偿模块，能够在不改变原系统模块频率特性的基础上，将外置补偿模块集成到集成电路内部，通过上述对运算放大器和补偿电容的参数设计，使得集成到集成电路内部的内置补偿模块在第一节点处产生与外置补偿模块具有等效频率特性的补偿网络。

进一步地，由于本发明提供的内置补偿模块中补偿电容和运算放大器增益之积等于虚拟电容的容值(即外置补偿模块中第一电容的容值)，极大地减小了本发明内置补偿模块的补偿电容占用的面积。

进一步地，在未增加实体电阻的情况下，本发明提供的包括运算放大器和补偿电容的内置补偿模块在第一节点处的频率特性，与包括串联耦接的电阻和电容的外置补偿模块在第一节点处的频率特性相同，进一步减小集成到集成电路内部后内置补偿模块占用的面积。

应当说明，本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当……时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。