一種利用負(fù)阻提高運放增益的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于運放設(shè)計領(lǐng)域，設(shè)及一種利用負(fù)阻提高運放增益的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高增益運放在反饋系統(tǒng)中有著廣泛的需求，W高精度流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器為例， 流水級中的高增益運放是保證轉(zhuǎn)換精度的重要條件。為了提高運放增益，帶增益自舉的兩 級運放是通常會采用的運放結(jié)構(gòu)，如圖1所示。為了滿足越來越高的增益要求，設(shè)計中需要 更大的器件尺寸更高的功耗，而運在目前的低功耗應(yīng)用中顯然是無法忍受的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種利用負(fù)阻提高運放增益的方法，不額外增加功耗，對低功耗設(shè)計 有重要意義。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] 一種利用負(fù)阻提高運放增益的方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1，設(shè)置負(fù)阻單元；所述負(fù)阻單元設(shè)置在運放第一級的輸出端，由多個交叉禪 合的NMOS差分對組成；
[0007] 步驟2,構(gòu)建片上運放增益檢測控制環(huán)路；由所述片上運放增益檢測控制環(huán)路產(chǎn) 生N位運放負(fù)阻單元控制信號SW，對所述負(fù)阻單元的每對差分對的NMOS管的源端是否接地 進行控制；
[0008] 所述片上運放增益檢測控制環(huán)路由運放、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字 處理模塊、開關(guān)、第一至第四電阻組成；其中運放為電路中實際使用的運放的復(fù)制，第一電 阻一端、第二電阻一端、第=電阻一端、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端共接于X點，第二電阻另一 端、運放輸出端、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端共接于Y點，第=電阻另一端、第四電阻一端、運放 反相輸入端共接于P點，第四電阻另一端、運放同相輸入端共接于Vl電壓，第一電阻另一端 通過開關(guān)接于V2電壓或V3電壓，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接數(shù)字處理 模塊輸入端，數(shù)字處理模塊輸出N位運放負(fù)阻單元控制信號SW;
[0009] 步驟3,N位運放負(fù)阻單元控制信號SW的計算與調(diào)節(jié)，包括步驟3a~3e;
[0010] 步驟3a，設(shè)置N位運放負(fù)阻單元控制信號SW的初始值為0 ;
[0011] 步驟3b，令第一電阻通過開關(guān)接V2電壓，通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器 分別檢測X點和Y點的電壓得到D_X_1、D_Y_1 ;
[0012] 步驟3c，切換開關(guān)，令第一電阻連接V3電壓，通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn) 換器分別檢測X點和Y點的電壓得到D_X_2、D_Y_2 ;
[001引步驟3d，根據(jù)所述片上運放增益檢測控制環(huán)路得到公式如下，其中Vos是運放運 放的輸入失調(diào)電壓，V_s0由開關(guān)控制與V2或者V3相等； (1) C3)
(4) (5； (6) Cf)
[00巧]數(shù)字處理模塊根據(jù)公式（7)計算得到運放實際增益Aop;
[00%] 步驟3e，如果運放實際增益Aop小于運放目標(biāo)增益A，則增加輸出N位運放負(fù)阻單 元控制信號SW中高電平位數(shù)；再次檢測運放增益，如果此時運放實際增益Aop大于運放目 標(biāo)增益A，則對N位運放負(fù)阻單元控制信號SW的計算結(jié)束；如果運放實際增益Aop仍然小 于運放目標(biāo)增益A，則再次增加N位運放負(fù)阻單元控制信號SW的高電平位數(shù)，循環(huán)直到運放 實際增益Aop大于運放目標(biāo)增益A。
[0027] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0028] 本發(fā)明在運放第一級的輸出端加入由多個交叉禪合NMOS差分對組成的負(fù)阻單 元，每對差分對由片上運放增益檢測控制環(huán)路產(chǎn)生的N位運放負(fù)阻單元控制信號SW控制 NMOS管源端是否接地，可W在忍片使用過程中根據(jù)具體情況控制負(fù)阻阻值大小，從而可W 在保證運放穩(wěn)定性的前提下達到目標(biāo)增益值。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)點將在下面【具體實施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中 變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0030] 圖1是現(xiàn)有的兩級運放結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 圖2是采用本發(fā)明的兩級運放結(jié)構(gòu)圖。
[0032] 圖3是本發(fā)明的負(fù)阻單元結(jié)構(gòu)圖。
[0033] 圖4是本發(fā)明的片上運放增益檢測控制環(huán)路結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 圖5是本發(fā)明的N位運放負(fù)阻單元控制信號SW計算過程圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0036] 如圖2所示是本發(fā)明的運放結(jié)構(gòu)圖。在運放第一級的輸出端，加入如圖3所示的 負(fù)阻單元。負(fù)阻單元包括一對NMOS管，交叉禪合構(gòu)成正反饋，于是輸出阻抗為負(fù)。假設(shè)運 放本身輸出阻抗是r。，負(fù)阻單元的輸出阻抗是-1/gm，那么加入負(fù)阻單元后的運放整體輸出 阻抗為：

則增加輸出N位運放負(fù)阻單元控制信號SW中高電平位數(shù)；再次檢測運放增益，如果運放實 際增益大于運放目標(biāo)增益，則N位運放負(fù)阻單元控制信號SW計算結(jié)束，如果Aop<A，則再次 增加N位運放負(fù)阻單元控制信號SW高電平位數(shù)，循環(huán)直到Aop〉A(chǔ)。
[0057]W上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于W上實施例?？蒞理解，本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進和變化， 均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種利用負(fù)阻提高運放增益的方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，設(shè)置負(fù)阻單元；所述負(fù)阻單元設(shè)置在運放第一級的輸出端，由多個交叉耦合的 NMOS差分對組成； 步驟2,構(gòu)建片上運放增益檢測控制環(huán)路；由所述片上運放增益檢測控制環(huán)路產(chǎn)生N位 運放負(fù)阻單元控制信號SW，對所述負(fù)阻單元的每對差分對的NMOS管的源端是否接地進行 控制； 所述片上運放增益檢測控制環(huán)路由運放（A_op)、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC1)、第二模數(shù)轉(zhuǎn) 換器（ADC2)、數(shù)字處理模塊（DSP)、開關(guān)（S0)、第一至第四電阻（R1~R4)組成；其中運放 (A_op)為電路中實際使用的運放的復(fù)制，第一電阻（R1) -端、第二電阻（R2) -端、第三電 阻（R3) -端、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC1)輸入端共接于X點，第二電阻（R2)另一端、運放（A_ 〇P)輸出端、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC2)輸入端共接于Y點，第三電阻（R3)另一端、第四電阻 (R4) -端、運放（A_op)反相輸入端共接于P點，第四電阻（R4)另一端、運放（A_op)同相輸 入端共接于VI電壓，第一電阻（R1)另一端通過開關(guān)（SO)接于V2電壓或V3電壓，第一模 數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC1)、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC2)的輸出端連接數(shù)字處理模塊（DSP)輸入端，數(shù)字 處理模塊（DSP)輸出N位運放負(fù)阻單元控制信號SW ; 步驟3, N位運放負(fù)阻單元控制信號SW的計算與調(diào)節(jié)，包括步驟3a~3e ; 步驟3a，設(shè)置N位運放負(fù)阻單元控制信號SW的初始值為0 ; 步驟3b，令第一電阻（R1)通過開關(guān)（SO)接V2電壓，通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC1)和第 二模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC2)分別檢測X點和Y點的電壓得到D_X_1、D_Y_1 ; 步驟3c，切換開關(guān)（S0)，令第一電阻（R1)連接V3電壓，通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC1) 和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC2)分別檢測X點和Y點的電壓得到D_X_2、D_Y_2 ; 步驟3d，根據(jù)所述片上運放增益檢測控制環(huán)路得到公式如下，其中Vos是運放運放（A_ 〇P)的輸入失調(diào)電壓，V_sO由開關(guān)（SO)控制與V2或者V3相等；公式（4)-公式（5)得到運放實際增益：VX與VY經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化得到：數(shù)字處理模塊（DSP)根據(jù)公式（7)計算得到運放實際增益Αορ ; 步驟3e，如果運放實際增益Αορ小于運放目標(biāo)增益A，則增加輸出N位運放負(fù)阻單元控 制信號SW中高電平位數(shù)；再次檢測運放增益，如果此時運放實際增益Αορ大于運放目標(biāo)增 益Α，則對Ν位運放負(fù)阻單元控制信號SW的計算結(jié)束；如果運放實際增益Αορ仍然小于運 放目標(biāo)增益Α，則再次增加 Ν位運放負(fù)阻單元控制信號SW的高電平位數(shù)，循環(huán)直到運放實際 增益Αορ大于運放目標(biāo)增益Α。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用負(fù)阻提高運放增益的方法，在運放第一級的輸出端加入由多個交叉耦合NMOS差分對組成的負(fù)阻單元，每對差分對由片上運放增益檢測控制環(huán)路產(chǎn)生的N位運放負(fù)阻單元控制信號SW控制NMOS管源端是否接地。這樣，就可以在芯片使用過程中根據(jù)具體情況控制負(fù)阻阻值大小，從而可以在保證運放穩(wěn)定性的前提下達到目標(biāo)增益值。本發(fā)明不額外增加功耗，對低功耗設(shè)計有重要意義。
【IPC分類】H03G3/20
【公開號】CN105337584
【申請?zhí)枴緾N201510862700
【發(fā)明人】丁洋, 任詠林
【申請人】無錫比迅科技有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年12月1日