[发明专利]一种高倍增系数的电容倍增器

说明书

本发明公开了一种高倍增系数的电容倍增器包括第一共源共栅电路模块、第二共源共栅电路模块、跨导放大器电路模块、片内电容、第一偏置电流源、第二偏置电流源和第三偏置电流源，跨导放大器电路模块上设有第一输入端和第二输入端，第一输入端与第一共源共栅电路模块的输出端连接，第二输入端与第二共源共栅电路模块的输出端连接，跨导放大器电路模块的输出端与片内电容连接；本发明采用高输出阻抗的调节型共源共栅电路结构，并在跨导放大器电路模块的输出端增加电流镜结构，极大地提高了电容倍增器的倍增系数，产生了更大的等效片内电容。该电容倍增器的整个电路结构只使用CMOS晶体管和电容，故具有面积小、倍增系数高的特点。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体是一种高倍增系数的电容倍增器。

背景技术

电容作为一种基本的电子元件，在各种模拟电路中具有广泛的应用。如环路滤波器，低压差线性稳压器、交流-直流、直流-直流转换器等，往往需要用到数十nF或数十μF量级的大电容。若将该量级的电容集成在芯片内，势必会占用非常大的片内面积；若采用片外电容，则需要额外的引脚，也增加了印刷电路板(PCB)的面积和设计的难度，与此同时，增加的引脚还可能引入新的寄生参数，对电路性能产生进一步的影响。

采用片内有源器件构建电容倍增电路，以实现片内等效大电容是目前常用的电容倍增方法。根据信号转换模式的不同，电容倍增器可以分为电压模电容倍增器与电流模电容倍增器两种结构。

图1所示是传统的电压模电容倍增器的结构示意图，其本质是利用密勒效应，将跨接在X和Y这两个节点之间的片内电容C等效为节点X到地的电容C_eq1及节点Y到地的电容C_eq2。其中节点X端的等效电容C_eq1如式(1)所示，它相当于片内电容C被等效放大了(1+A_v)倍，A_v是节点X与节点Y间运算放大器的增益：

C_eq1＝(1+A_V)×C (1)

图1中，运算放大器的增益A_v通常可以达到100以上，因此该结构能产生较大的等效片内电容，但运算放大器在开环情况下线性度较差，且增益会随工艺和温度变化，导致倍增系数值的不稳定；此外，运算放大器的存在也限制了整个电容倍增器的动态范围，因此该电路结构并不适合于倍增精度高与动态范围受限的电容倍增器的设计。

图2所示是传统的电流模电容倍增器的结构示意图，其中流过片内电容C的电流为I_C。在电容C两端并联一个电流大小为K×I_C的电流源，流过输入节点Z的总电流I_eq＝(1+K)I_C。输入节点Z的等效电容C_eq如式(2)所示，它相当于片内电容C被等效放大了(1+K)倍：

式(2)中j与ω分别是虚单位与输入信号的角频率，V_in为节点Z端的输入电压，K为电流倍增系数。

该电流模电容倍增器通过电流镜实现电流的倍增，因此采用合适的版图技术，该电路结构可以实现很好的匹配，从而提高倍增系数的精度。但该电路结构中，电容的倍增系数取决于电流镜间的晶体管尺寸比例与电流比例，过高的电流倍增系数将不可避免地导致电路功耗的增加，因此该电路结构不适用于高倍数系数的电容倍增器的设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高倍增系数的电容倍增器。