CN101217263B - 放大器直流失调电压的补偿方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种放大器的直流失调电压的补偿方法，该方法包括以下步骤：在放大器无信号输入的状态下，比较两个输出端极性；根据极性，调整所述放大器的输入端电流；反复循环，直至达到停止循环的要求。本发明还提供了一种放大器的直流失调电压的补偿装置，该补偿装置包括比较器、寄存器与解码模块以及电流补偿模块。本发明结构简单，成本低，功耗小，既可以用于单一的放大器，又可以用于放大器系统，并可以将失调电压限制在很小的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种补偿放大器的直流失调电压的方法与装置。
背景技术
运算放大器无信号输入时，输出端存在一定的电压差，称为直流失调电压(DCoffset)。由于集成电路工业生产中的差异性，不对称和失配的存在，失调电压不可避免地存在。在具有一定增益的运算放大器中，较小的失配就可能造成输出级的较大的失调电压。
在功率放大器芯片中，如果直流失调电压太大，一方面会导致负载上流过的静态功耗较大，限制其在便携式产品中的应用，另一方面，过大的失调电压也可能影响芯片的其它性能，导致生产过程中良率太低。
现有的补偿直流失调电压的技术大多数集中于单一的运算放大器，如US6614301，US 6586990等中所揭示的。然而，在这些技术中，对在信号通路上的元器件不对称引起的最终输出级的失调电压则无法消除。
所以，需要一种既可以用于单一的放大器，又可以用于放大器系统的补偿直流失调电压的方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出一种能够补偿放大器的直流失调电压的方法及装置，不论失调电压是由输入级还是信号通路上的其它模块产生。
本发明的补偿放大器的直流失调电压的方法包括如下步骤：
a)在放大器无信号输入的状态下，比较两个输出端极性；
b)根据极性，调整放大器的输入端电流；
c)循环步骤a)、b)，直至达到停止循环的要求。
上述停止循环的要求是某次循环中得到的极性与上次循环中得到的极性相反。
将电流以电流源的形式叠加到放大器的输入端来实现对放大器的输入端电流的调整。
将电流以电流漏的形式叠加到放大器的输入端来实现对放大器的输入端电流的调整。
对所述放大器的输出进行低通滤波后再进行比较。
本发明的补偿放大器的直流失调电压的装置包括：比较器，以放大器的输出作为其输入；寄存器与解码模块，以比较器的输出作为其输入；电流补偿模块，根据寄存器与解码模块的输出来控制补偿电流，并将补偿电流反馈至放大器的输入端。
电流补偿模块由开关阵列及每个开关上的电流漏构成。
电流补偿模块由开关阵列及每个开关上的电流源构成。
该装置中还包括低通滤波器，其输入为所述放大器的输出，其输出提供给所述比较器作为输入。
这里的放大器，可以是单独的一个放大器，也可以是一个放大器系统，比如说整个class D功放系统。也就是说，不局限于纯模拟类放大器。中间也可能有数字调制部分。输出信号可以是纯模拟信号，也可以是数字调制的模拟信号。整个放大器可以是单端的，也可以是差分的。加法单元可以在放大器的输入端，也可以在系统的信号通路上的别的位置。
本发明的优点在于，结构简单，添加的电路规模很少，只需要比较器，寄存器和电流补偿模块，无额外的成本和功耗。另外，不需要D/A，电容等电路来精确评估失调电压Vos的大小。就可以有效地将失调电压Vos限制在很小的范围内。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的放大器直流失调电压补偿装置的框图。
图2为本发明第二实施方式的放大器直流失调电压补偿装置的框图。
图3为利用图1所示补偿装置进行直流失调电压补偿时的输出电压波形图。
图4为本发明的放大器直流失调电压补偿装置中采用的加法器单元的结构框图。
图5为本发明的放大器直流失调电压的补偿方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述按照本发明的具体实施方式。
本发明第一实施方式的放大器直流失调电压补偿装置如图1所示。在图1中，100表示放大器，这里该放大器是全差分放大器，它由加法器单元101和其它模块102组成。200表示失调电压补偿模块(Offset cancellation block)，它由比较器201(comparator)，寄存器和解码(registor&decoder)模块202以及电流补偿模块203(current compensation block)组成。如果放大器的输出信号不是纯模拟信号，可以在比较器201之前进一步插入低通滤波器(low passfilter)(这里未作图示)。
由于直流失调电压在有无输入信号的情况下都是不变的。因此，该方法在无信号输入时将输入失调电压补偿到运放的输入端，在补偿结束后或者放大器正常工作时，就可以不受输入失调电压的影响。无信号输入时，放大器输出端OUTN和OUTP的信号反映的就是直流失调电压。在运算放大器正常工作之前，芯片有一段准备时间。在这段时间内，将放大器输入端INP和INN短接。此时，比较器201工作，比较放大器输出端OUTN和OUTP的极性。然后通过电流补偿模块203，逐步(step bystep)对放大器的输入级进行补偿。
图4示出了电流补偿模块203的一种实现方式。在图4所示的电流补偿模块203中，将两个开关阵列301和302分别连接到加法器101的两个放大器输入端INP和INN，每一个开关阵列301、302的每个开关Q00～Q0n，Q10～Q1n上分别串联连接着电流漏S00～S0n、S10～S1n。
失调电压补偿模块200的具体工作步骤如图5所示。首先芯片上电，放大器处于静音(mute)状态时，电流补偿模块203未工作，开关阵列中所有的开关断开，比较输出信号(直流失调电压为Vos)，判断Vos的大小是否大于Vos，step，(其中Vos，step为每一次补偿后Vos的变化量)，如果Vos不大于Vos，step，则认为补偿步骤结束，即DC offset在允许范围之内，不需要补偿，寄存器保持当前状态，静音完成(这一步骤可以通过设置比较器的迟滞电压来实现，无须额外的判断装置)；如果Vos大于Vos，step，则判断比较输出是否等于”1”(即比较器201判断Vos是否为正)，如果比较输出等于”1”，闭合开关Q10，(将比较器201的输出经过寄存器和解码模块202，控制各电流漏通过开关阵列302，即Q10，Q11，Q12，...Q1n，的操作，从而控制对加法单元101的INN端的输出，得到的输出端的输出电压Voutput会由Vos减少到Vos-Vos，step)。经过一段时间后，再判断比较输出是否仍等于”1”(高电平)，如果等于”1”，表明补偿后offset电压仍然为正，就闭合开关阵列302的其它开关直到比较输出不等于”1”(比较器201输出为负)。补偿步骤结束，寄存器保持当前状态，静音完成。补偿期间得到的输出端波形如图3所示。
如果比较输出不等于”1”(既比较器201判断出Vos为负)，则闭合开关Q00。经过一段时间后，再判断比较输出是否等于”0”，如果等于”0”，就闭合开关阵列301的其它开关直到比较输出不等于”0”(比较器201输出为正)。补偿步骤结束，寄存器保持当前状态，静音完成。
根据本发明的另一方面，用电流源来实现电流补偿单元203。即将图4所示的电流补偿模块203中全部电流漏S00～S0n、S10～S1n替换为电流源，此时失调电压补偿模块200工作步骤如下：
首先芯片上电，放大器静音，然后比较输出信号(设直流失调电压为Vos)，判断Vos是否大于Vos，step，如果否，则认为补偿步骤结束，寄存器保持当前状态，静音完成；如果是，判断比较输出是否等于”1”，如果比较输出等于”1”，闭合开关Q00。经过一段时间后，再判断比较输出是否等于”1”，如果等于”1”，就闭合开关阵列301的其它开关直到比较输出不等于”1”。补偿步骤结束，寄存器保持当前状态，静音完成。
如果比较输出不等于”1”，闭合开关Q10。经过一段时间后，再判断比较输出是否等于”0”，如果等于”0”，就闭合开关阵列302的其它开关直到比较输出不等于”0”。补偿步骤结束，寄存器保持当前状态，静音完成。
本发明第二实施方式的放大器的直流失调电压补偿装置如图2所示。在第二实施方式中，放大器100’为单端放大器，这里，将地线理解为放大器的另一个输入端和另一个输出端，则对该系统的直流失调电压补偿与全差分放大器的直流失调电压补偿相似，这里的”地”是交流地。也就是说，运放的另一个输入和比较器的输入端可能是共模电压，运放另一个输出端是真实的”地”，其中放大器100’由加法器单元101’和其它模块102’组成，而失调电压补偿模块由比较器201，寄存器和解码模块202以及电流补偿模块203组成。
此时，电流补偿模块203由两个开关阵列组成，其中一个开关阵列的每个开关与电流源相串联，另一个开关阵列的每个开关与电流漏相串联，两个开关阵列都与放大器的单输入端相连。工作步骤与全差分放大器的失调电压补偿的工作步骤相似，此处省略说明。
Claims (4)
1.一种放大器直流失调电压的补偿装置，其特征在于，包括：
比较器，以所述放大器的输出作为其输入；
寄存器与解码模块，以所述比较器的输出作为其输入；
电流补偿模块，根据所述寄存器与解码模块的输出来控制补偿电流，并将所述补偿电流反馈至所述放大器的输入端；
其中，所述寄存器与解码模块根据比较器的输出控制所述电流补偿单元的工作状态，并在补偿完成后，存储此时的所述电流补偿单元的工作状态，
所述电流补偿模块具备：
加法器；以及
分别连接到所述加法器的的两个输入端的两个开关阵列。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关阵列由多个开关以及分别与每个开关串联的电流漏构成。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关阵列由多个开关以及分别与每个开关串联的电流源构成。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括低通滤波器，其输入为所述放大器的输出，其输出提供给所述比较器作为输入。
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