CN101471627A - 一种反馈增益可调的反馈电阻网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供的反馈增益可调的反馈电阻网络，在反馈电阻R_f的一端和放大器的一输出端V_o之间串联n个电阻R_n，其中n为整数，且n≥1；所述放大器的一输入端与所述反馈电阻R_f的另一端连接，并与输入端连接；所述n个电阻R_n各分别并联一个开关SW_n，所述n个开关SW_n的一端与所述输出端V_o连接于同一个节点。本发明提供的反馈增益可调的反馈电阻网络克服了在低电源下MOS开关不能够完全导通的问题。

Description

一种反馈增益可调的反馈电阻网络

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种可在低压工作的反馈增益可调的反馈电阻网络。

背景技术

随着现在社会的发展，节能低功耗已成为当前和今后的目标，集成电路从而也要朝低功耗低电源的发展，这样就要求在集成电路设计中，晶体管也要能在低电源下工作，这个除了要从晶体管制造方面着手解决工艺等问题外，还要从电路设计的角度出发，改善电路的设计从而达到低功耗同时能在低电源下工作。

在低电源下工作的D类放大器中存在着各种线性和非线性失真，失真成分主要为输入信号的谐波成分和高频成分。在设计中通常采用电阻负反馈网络有效的抑制输入信号的载波，并获得精确的二级增益系数G。

图2为现有技术的反馈电阻网络结构组成的闭环结构的原理图。闭环结构输出为：

$V_{\mathrm{out}}=\frac{{\mathrm{HK}}_m{V}_1}{1+{\mathrm{HK}}_{m}G}+\frac{\underset{n\≠1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{V}_n}{1+{\mathrm{HK}}_{m}G}$

当1+HK_mG远大于1时， $V_{\mathrm{out}}\≈\frac{V_1}{G},$ G是反馈网络的增益系数。式中H表示传输函数，Km表示增益因子，V_n表示为失调和噪声。

总谐波失真

${\mathrm{THD}}_{\mathrm{close}}=\frac{\sqrt{\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\left(V_n\right)}^2}}{V_1\mathrm{HKm}}$

闭环控制时的THD(总谐波失真，Total Harmonic Distortion)为1/V₁HKm，即闭环控制改善了放大器的THD。

由于工艺的偏差，为了使设计的电路满足系统仿真的结果，需要在电阻反馈网络中使用TRIM的逻辑控制来调节电阻大小，精确控制反馈增益系数G的大小。

常用的电阻反馈网络的实现方法如图1所示，从图中的电阻反馈网络可推导出：

反馈增益系数 $G=(R_f+\underset{i=1}{\overset{x}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i)/(R_{\mathrm{in}}+\underset{i=x+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i).$

在设计中可以通过控制MOS开关SW_n，以改变反馈增益系数G。

在这种结构中，由于其输入电阻R_in与反馈电阻R_f的阻值相对来说比较大，这样前级模块的输出电压V_oplout为V_DD/2，而输出反馈电压的V_o为V_DD，这样到开关控制电压V_s(V_s为MOS开关SW_n一端接电阻R_i的电压)一般会比V_DD/2稍大，对于MOS开关来说，栅源电压V_gs大约为V_DD/2。这样当使用CMOS N阱工艺时，由于NMOS衬底接地(V_bs≠0，V_bs表示NMOS衬底b端到NMOS的源端S的电压)，当MOS管尺寸较小，衬偏效应比较明显，V_th，n就比较大。而PMOS的阈值电压V_th，p也比较大的时候，在低电压工作的条件下V_DD＝2.5V，无论NMOS，PMOS都不能进入线性区域，在饱和状态下相对R_i不能忽略导通电阻r_ds。这样影响图中放大器OP2模块的输入端电位，即V_IN1和V_IN2，与反馈增益系数G的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可在低压工作的反馈增益可调的反馈电阻网络。

本发明提供的反馈增益可调的反馈电阻网络，在反馈电阻R_f的一端和放大器的一输出端V_o之间串联n个电阻R_n，其中n为整数，且n≥1；

所述放大器的一输入端与所述反馈电阻R_f的另一端连接，并与外输入端连接；

所述n个电阻R_n各分别并联一个开关SW_n，所述n个开关SW_n的一端与所述输出端V_o连接于同一个节点。

进一步地，在所述节点和所述输出端V_o之间串联一电阻R_esd。

进一步地，在第n个电阻R_n和所述节点之间串联一开关SW_n+1。

本发明提供的反馈电阻网络的反馈增益系数为：

$G=(R_{\mathrm{esd}}+R_f+\underset{i=1}{\overset{x}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i)/R_{\mathrm{in}}$

这样通过合闭开关SW_n，使其一部分电阻被短接，来调节反馈增益系数G。这样开关MOS管一端接电阻R_i的电压V_s由于输入电阻R_in和反馈电阻R_f的阻值比较大，因此V_s≈V_DD，这样PMOS管、NMOS管就很容易进入线性区，克服了在低电源下MOS开关不能够完全导通的问题。

附图说明

图1为现有技术中的反馈电阻网络结构。

图2为图1的反馈电阻网络结构组成的闭环结构的原理图。

图3为根据本发明一优选实施方式的可在低压下工作的反馈增益可调的反馈电阻网络结构。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施作进一步的详细说明。

图3表示根据本发明一优选的实施方式的可在低压下工作的反馈增益可调的反馈电阻网络结构，如图所示，在第一级的输入信号V_oplout+和放大器OP2的输出端V_o+之间依次串联反馈电阻R_f和电阻R₁至R_n，n为整数，且n≥1，本优选的实施方式中选用15个电阻，该15个电阻各分别并联一个开关，该并联的15个开关SW₁，SW₂，...，SW₁₅不与电阻连接的一端连接于同一个节点A，即，在反馈电阻R_f和电阻R₁之间的节点连接开关SW₁，开关SW₁的另一端连接于节点A；在电阻R₁和电阻R₂之间的节点连接开关SW₂，开关SW₂的另一端连接于节点A；在电阻R₂和电阻R₃之间的节点连接开关SW₃，开关SW₃的另一端连接于节点A，...，依此类推，各个电阻R_n各并联一开关SW_n。在节点A和放大器OP2的输出端V_o+之间较佳串联一电阻R_esd，R_esd主要起到保护开关的作用。在电阻R₁₅和节点A之间较佳串联一开关SW₁₆，当闭合SW₁₆时，反馈电阻网络中的电阻R₁至R_n都起作用。当然第一级输入电路具有固有的输入电阻R_in，将放大器的一输入端V_IN1连接于输入电阻R_in和反馈电阻R_f之间的节点，这样就构成本发明优选实施方式的反馈电阻网络。在放大器OP2的另一输入端V_IN2和另一输出端V_o-之间接入与上述反馈电阻网络相同或相似的反馈电阻网络。本发明优选实施方式构成的反馈电阻网络的反馈增益系数为：

$G=(R_{\mathrm{esd}}+R_f+\underset{i=1}{\overset{x}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i)/R_{\mathrm{in}}$

其中，1≤x≤n。

可以通过闭合开关SW_n，使其一部分电阻R_n被短接，从而调节反馈增益系数G。

当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1、一种反馈增益可调的反馈电阻网络，其特征在于，在反馈电阻R_f的一端和放大器的一输出端V_o之间串联n个电阻R_n，其中n为整数，且n≥1；

所述放大器的一输入端与所述反馈电阻R_f的另一端连接，并与外输入端连接；

所述n个电阻R_n各分别并联一个开关SW_n，所述n个开关SW_n的一端与所述输出端V_o连接于同一个节点。

2、根据权利要求1所述的反馈增益可调的反馈电阻网络，其特征在于，在所述节点和所述输出端V_o之间串联一电阻R_esd。

3、根据权利要求1所述的反馈增益可调的反馈电阻网络，其特征在于，在第n个电阻R_n和所述节点之间串联一开关SW_n+1。

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