CN103163924A - SoC芯片及其运放失调电压的补偿方法和补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SoC芯片及其运放失调电压的补偿方法和补偿装置，该补偿方法包括：获取SoC芯片中运算放大器的失调电压误差；将所述失调电压误差预置于所述SoC芯片中；以及用所述失调电压误差修正所述运算放大器放大后的信号。该补偿装置包括设置于该SoC芯片中的存储单元，用于预置所述运算放大器的失调电压误差；用所述失调电压误差实现修正运算的修正单元；以及处理单元，用于采样所述运算放大器放大后的信号和调用所述修正单元修正采样值。该SoC芯片包括上述补偿装置。本发明补偿方法和补偿装置能够以较低的成本消除因SoC芯片中运算放大器的输入失调电压引起的误差。

Description

SoC芯片及其运放失调电压的补偿方法和补偿装置

技术领域

    本发明涉及SoC（System on Chip）芯片，特别涉及SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿方法和补偿装置，并涉及采用这种补偿装置的SoC芯片。

背景技术

工业控制电路中经常会使用运算放大器（AMP）把小信号放大，然后将放大的信号进行模拟/数字转换（ADC），把转换后的数字信号送微处理器（MCU）运算使用，通常还会把这些器件集成到一个芯片中，加上控制软件形成SoC芯片，如图1所示为一种典型的SoC芯片。

在实际制造中，因为成本的原因，运算放大器的输入总是存在一个失调电压，这个电压叠加在输入信号上，就给整个电路运算带来了误差。例如：假设运算放大器的放大倍数为K，输入信号的电压为Vin，理论计算经过运算放大后的输出电压值应该为K×Vin，但是，当运算放大器存在输入失调电压Vos，该输入失调电压会叠加到输入信号上，这时运算放大器的实际输出电压值Vout为：Vout=K×（Vin+Vos）=K×Vin + K×Vos，也就是信号被放大后多出了一个误差值，该误差值的大小为K×Vos = Vout- K×Vin 。

为减小因运算放大器的输入失调电压引起的误差，通常的做法是：在制造中尽量改进生产，提高精度，以减少运算放大器的输入失调电压，但是随着精度的提高芯片的成本会升高，考虑到成本压力，实际的做法是在可容忍的误差和成本范围中进行权衡，大部分的产品都遗留了一些误差。

发明内容

本发明旨在提供一种SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿方法，以较低的成本消除因SoC芯片中运算放大器的输入失调电压引起的误差。

本发明SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿方法，包括：

获取SoC芯片中运算放大器的失调电压误差；

将所述失调电压误差预置于所述SoC芯片中；以及

用所述失调电压误差修正所述运算放大器放大后的信号。

优选地，所述失调电压误差为数字失调电压误差，对应地，实现所述修正的方法为减法运算。

优选地，所述数字失调电压误差的获取方法包括：

设定所述运算放大器的放大倍数并接入输入信号，测量该运算放大器此时的实际输出电压值，并计算理论输出电压值；

计算所述实际输出电压值和所述理论输出电压值的差值D；以及

通过公式ADos=2ⁿ×(D/b)得到数字失调电压误差，其中，ADos表示数字失调电压误差，n和b分别为SoC芯片中连接在MCU和所述运算放大器之间的模数转换器的转换精度和参考电压。

优选地，所述修正由所述SoC芯片自身的MCU完成。

本发明还提供了一种SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿装置，该补偿装置包括设置于该SoC芯片中的

存储单元，用于预置所述运算放大器的失调电压误差； 

用所述失调电压误差实现修正运算的修正单元；以及

处理单元，用于采样所述运算放大器放大后的信号和调用所述修正单元修正采样值。

优选地，所述处理单元为所述SoC芯片自身的MCU。

优选地，所述存储单元为所述MCU的内部存储单元。

优选地，所述修正单元设置于所述MCU内。

优选地，所述失调电压误差为数字失调电压误差，对应地，所述修正运算为减法运算。

本发明还提供了一种SoC芯片，该SoC芯片包括运算放大器，其特征在于：该SoC芯片还包括上述任意一种补偿装置。

与现有技术相比，本发明补偿方法和补偿装置，用预置的失调电压误差和修正运算消除因SoC芯片中运算放大器的输入失调电压引起的误差，能够有效提高SoC芯片的处理精度，而且不会导致SoC芯片的制造成本有较大升高。

附图说明

图1为一种典型的SoC芯片的原理框图。

图2为本发明一些实施例中的SoC芯片的原理框图。

图3为本发明一些实施例中构造的获取失调电压误差的电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

 如图2示出了本发明一些实施例中的SoC芯片的原理框图。如图2所示，本SoC芯片包括MCU1、运算放大器2和连接于MCU1和运算放大器2之间的模数转换器3，输入信号经过运算放大器2放大后，再经过模数转换器3转换成数字信号，MCU1对该数字信号采样，然后进行相应的处理。本SoC芯片还包括运算放大器2失调电压的补偿装置，该补偿装置包括设置于该SoC芯片中的存储单元4、修正单元5和处理单元。

存储单元4为MCU1的内部存储单元，存储单元4内预置了运算放大器2的失调电压误差。可以理解地，存储单元4也可以设置在MCU1的外部，并与MCU1连接，以供MCU1读取其内的失调电压误差。

修正单元 5设置于MCU1内，该修正单元 5能够用预置在存储单元4内的失调电压误差实现修正运算。可以理解地，修正单元 5可以用相应的程序存储于ROM、EEPROM等存储器中实现，这些存储器可以是MCU1的内部存储器或外部存储器，即，修正单元 5也可以设置在MCU1的外部；此外，修正单元 5也可以用硬件电路实现。 

处理单元采用MCU1，该处理单元能够实现以下功能：采样运算放大器2放大后的信号，调用修正单元5修正采样值。可以理解地，处理单元也可以是一个独立于MCU1的处理单元。

因为，MCU1对运算放大器2放大后的信号的采样，是在经过模数转换器3处理以后才进行的，采样的是数字信号。因此，为简化修正算法，优选在存储单元4内预置数字失调电压误差，这样修正运算可以通过简单的减法运算（采样值减去该数字失调电压误差）完成。但并不限于此，可以理解地，也可以将模拟失调电压误差预置于存储单元4内，在进行修正运算时，先通过模数转换算法将该模拟失调电压误差转换成数字失调电压误差，再通过减法运算进行修正。

本发明一些实施例还提供了SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿方法，该方法包括：获取SoC芯片中运算放大器2的失调电压误差；将该失调电压误差预置于SoC芯片中的存储单元4；用存储单元4内的失调电压误差修正运算放大器2放大后的信号。

当存储单元4内预置的失调电压误差为数字失调电压误差时，可以通过减法运算方便地实现所述修正。

图3示出了本发明一些实施例中构造的获取失调电压误差的电路。下面结合该电路说明失调电压误差的获取方法：如图3所示，根据SoC芯片具体应用中需要的放大倍数，选择电阻Rf和Ri，构造电路以设定运算放大器2的放大倍数K，然后接入输入信号Vin，测量运算放大器2此时的实际输出电压值Vout，再根据运算放大器定则K=Rf/Ri 和Vout= K×Vin，计算出输入信号Vin经运算放大器2放大后的理论输出电压值Vout-1，用实际输出电压值Vout减去理论输出电压值Vout-1得到差值D，该差值D即为运算放大器2的模拟失调电压误差。由于运算放大器2输出的电压要经过模拟/数字转换后，才被MCU1采样进而进行处理，为了方便调用，简化修正运算，通过公式（1）将模拟失调电压误差（即所述差值D）转换成数字失调电压误差，

ADos=2ⁿ×(D/b)   …………………（1）

其中ADos表示数字失调电压误差，n和b分别为模数转换器3的转换精度和参考电压。假设：模数转换器3的转换精度为10位的，其参考电压为5V，则具体的转换公式为：ADos=2¹⁰×(D/5)。

本发明中的修正运算可以由SoC芯片自身的MCU完成，也可以由一个独立的处理单元完成。

本发明补偿装置和补偿方法可以应用于所有包括运算放大器的SoC芯片，例如，可用于电磁感应加热SoC芯片。

本发明通过在SoC芯片内设置补偿装置，可以在SoC芯片生产出厂检验测试时，将SoC芯片内部的运算放大器在制造中遗留的失调电压误差测试出来，并把该失调电压误差存入SoC芯片中，SoC芯片在以后的实际工作中，通过内置的补偿装置自动用该失调电压误差进行误差修正运算，从而能够提高SoC芯片的处理精度，更好地满足工业控制需要。一些实施例中，其处理单元采用SoC芯片自身的MCU，存储单元采用SoC芯片自身的存储单元，修正单元采用程序实现，基本上不需为修正失调电压误差而额外增加成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿方法，其特征在于，包括：

获取SoC芯片中运算放大器的失调电压误差；

将所述失调电压误差预置于所述SoC芯片中；以及

用所述失调电压误差修正所述运算放大器放大后的信号。

2.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于：所述失调电压误差为数字失调电压误差，对应地，实现所述修正的方法为减法运算。

3.根据权利要求2所述的补偿方法，其特征在于，所述数字失调电压误差的获取方法包括：

设定所述运算放大器的放大倍数并接入输入信号，测量该运算放大器此时的实际输出电压值，并计算理论输出电压值；

计算所述实际输出电压值和所述理论输出电压值的差值D；以及

通过公式ADos=2ⁿ×(D/b)得到数字失调电压误差，其中，ADos表示数字失调电压误差，n和b分别为SoC芯片中连接在MCU和所述运算放大器之间的模数转换器的转换精度和参考电压。

4.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于：所述修正由所述SoC芯片自身的MCU完成。

5.一种SoC芯片中运算放大器失调电压的补偿装置，其特征在于：包括设置于该SoC芯片中的

存储单元，用于预置所述运算放大器的失调电压误差； 

用所述失调电压误差实现修正运算的修正单元；以及

处理单元，用于采样所述运算放大器放大后的信号和调用所述修正单元修正采样值。

6.根据权利要求5所述的补偿装置，其特征在于：所述处理单元为所述SoC芯片自身的MCU。

7.根据权利要求6所述的补偿装置，其特征在于：所述存储单元为所述MCU的内部存储单元。

8.根据权利要求6所述的补偿装置，其特征在于：所述修正单元设置于所述MCU内。

9.根据权利要求5所述的补偿装置，其特征在于：所述失调电压误差为数字失调电压误差，对应地，所述修正运算为减法运算。

10.一种SoC芯片，包括运算放大器，其特征在于：该SoC芯片还包括权利要求5-9任一项所述的补偿装置。

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