CN105278604B - 一种全电压范围多基准电压同步调整电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全电压范围多基准电压同步调整电路，包括运算放大器和电压同步调整单元，运算放大器的正输入端接基准电压，电压同步调整单元上设有m位Ctrl控制信号、2m个MOS开关管和k个控制电阻，其中m是大于等于2的正整数，k等于2m‑1，所有Ctrl控制信号直接连接至其中的m个MOS开关管上，同时，所有Ctrl控制信号还通过反相器连接至剩余的m个MOS开关管上；所述运算放大器的负输入端连接在从第一位Ctrl控制信号所连接的两个MOS开关管的串联干路上所引出的支路上，控制电阻Rm与连接在第一位Ctrl控制信号上的两个MOS开关管并联连接运算放大器的输出端连接输出参考电压Voh1~Vohn和Vol1~Voln。本电路能实现2ⁿ位的电压调整档位，可输出全电压范围高精度多基准参考电压。

Description

一种全电压范围多基准电压同步调整电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种模拟电压同步调整电路，具体地说是一种全电压范围的多基准电压的模拟电压同步调整电路。

背景技术

传统的模拟电压同步调整电路结构如附图1所示，在调整输出参考电压时不能达到全电压范围调整。当Vol1，Vol2，… ，Voln中任何一个输出参考电压调整到位时，仅Vol1，Vol2，… ，Voln输出参考电压调整到位，而输出参考电压Voh1，Voh2，… ，Vohn并不能得到调整，反而误差范围会比未调整前更大。在当Voh1，Voh2，… ，Vohn中任何一个输出参考电压调整到位时，其余电压均不能得到调整。因此，迫切的需要一种能够真正实现全电压范围同步调整的模拟电压同步调整电路来解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种全电压范围多基准电压同步调整电路，该电路能够保证所有输出参考电压Vol1~Voln以及Voh1~Vohn在进行电压调整过程中获得高精度同步调整，并且在电路中设置了n（n是大于等于1的正整数）位Ctrl控制信号，进而可实现2ⁿ位的电压调整档位。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种全电压范围多基准电压同步调整电路，包括运算放大器和全电压范围的电压同步调整单元，所述运算放大器的正输入端接基准电压，所述电压同步调整单元上设有m位Ctrl控制信号、2m个MOS开关管和k个控制电阻，其中m是大于或等于2的正整数，k等于2m-1，所有MOS开关管串联连接，所有控制电阻串联连接，所有Ctrl控制信号直接连接至其中的m个MOS开关管上，同时，所有Ctrl控制信号还通过反相器连接至剩余的m个MOS开关管上；所述运算放大器的负输入端连接在从第一位Ctrl控制信号所连接的两个MOS开关管的串联干路上所引出的支路上，其中，控制电阻Rm与连接在第一位Ctrl控制信号上的两个MOS开关管并联连接，其余的控制电阻与剩余的MOS开关管一一并联连接；进而使得电压同步调整单元具有2^m位的电压调整档位，运算放大器的输出端直接连接输出参考电压Voh1，输出参考电压Voh1与Voh2之间串联分压电阻R_h1，而输出参考电压Voh2与Voh3之间串联分压电阻R_h2，依此类推可得输出参考电压Voha-1与Voha之间串联分压电阻R_ha-1，其中2≤a≤n；分压电阻R_hn的一端连接输出参考电压Vohn，另一端连接电压同步调整单元反向输出端上的控制电阻，电压同步调整单元正向输出端的控制电阻连接输出参考电压Vol1，输出参考电压Vol1与Vol2之间串联分压电阻R_l1，而输出参考电压Vol2与Vol3之间串联分压电阻R_l2，依此类推可得输出参考电压Vola-1与Vola之间串联分压电阻R _la-1，其中2≤a≤n；分压电阻R_ln的一端连接输出参考电压Voln，另一端接地。

作为本发明的一种改进， 所有MOS开关管选用N型MOS开关管，所有Ctrl控制信号直接连接至其中的m个N型MOS开关管的栅极上，反相器的输出端连接至剩余的m个N型MOS开关管的栅极上，所有N型MOS开关管采用前一个N型MOS开关管的源极连接下一个N型MOS开关管的漏极的串联方式进行串联连接，所述控制电阻并联在N型MOS开关管的漏极和源极之间。

作为本发明的一种改进， 连接在同一个Ctrl控制信号上的两个MOS开关管上并联的控制电阻的阻值相同。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）本电路通过电压同步调整单元能够实现2ⁿ位的电压调整档位，且调整档位的步长相等，便于调试的同时，也有效保证了所有输出参考电压Voh1~Vohn和Vol1~Voln的同步高精度多基准调整；2）该电路整体结构设计巧妙，将控制电阻Rm与连接在第一位Ctrl控制信号上的两个MOS开关管并联连接；通过这两个MOS开关管共同控制控制电阻Rm，减少了一个与Rm大小相同的电阻，减小了电路尺寸，节约了电路版图面积，在同等性能指标条件下电路所用器件少、尺寸小且版图面积小；3）连接在第一位Ctrl控制信号上的两个MOS开关管仅起到了选择反馈点的作用，其导通电阻不会影响串联的分压电阻的分压，因此仅需要取最小尺寸，在电路中除了上述两个MOS开关管之外的其他MOS开关管作为开关管使用，它们的导通电阻随控制电阻对应变化，从而保证调整档位步长的一致性，并且分压电阻R_h1，R_h2，… ，R_hn和R_l1，R_l2，… ，R_ln的取值可根据实际需求电压根据电阻分压原理设置，并保证所有电阻匹配的一致性；4）通过运算放大器与串联分压电阻构成负反馈系统，使得电阻反馈点电压与基准电压保持一致，并通过Ctrl控制信号控制MOS开关管的导通与关闭，保证了2m个MOS开关管中始终只有一半的MOS开关管导通，从而保证了运算放大器输出端的整个串联电阻阻值不变，在当由于工艺波动所带来的基准电压不同时，Ctrl控制信号控制MOS开关管选择对应的分压点作为反馈信号来调整所需的输出参考电压Voh1、Voh2、… 、Vohn和Vol1、Vol2、… 、Voln，当其中任意一个输出参考电压调整到位时，所有输出参考电压均能调整到位；5）该电路输出的输出参考电压不随工艺变化而变化，也不随环境温度变化而变化，有效保证了输出参考电压的调整精准度。

附图说明

图1为传统的模拟电压同步调整电路结构图。

图2为本发明实施例中具有4位Ctrl控制信号的全电压范围多基准电压同步调整电路的结构图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

实施例：

如图2所示，一种具有4位Ctrl控制信号的全电压范围多基准电压同步调整电路，包括运算放大器OPA和全电压范围的电压同步调整单元，所述运算放大器OPA的正输入端接基准电压Vref，所述电压同步调整单元上设有4位Ctrl控制信号、8个MOS开关管和7个控制电阻。4位Ctrl控制信号分别为Ctrl1、Ctrl2、Ctrl3和Ctrl4，8个MOS开关管分别为M1~M8，7个控制电阻分别为R1~R7。所有MOS开关管M1~M8依次串联连接，所有控制电阻R1~R7依次串联连接。Ctrl1控制信号直接连接至MOS开关管M5上，Ctrl2控制信号直接连接至MOS开关管M6上，Ctrl3控制信号直接连接至MOS开关管M7上，Ctrl4控制信号直接连接至MOS开关管M8上。此外，Ctrl1控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M4上，Ctrl2控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M3上，Ctrl3控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M2上，Ctrl4控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M1上。所述运算放大器OPA的负输入端连接在从第一位Ctrl1控制信号所连接的MOS开关管M4和M5的串联干路上所引出的支路上，其中，控制电阻R4与连接在第一位Ctrl1控制信号上的MOS开关管M4和M5并联连接。控制电阻R1与MOS开关管M1并联连接，控制电阻R2与MOS开关管M2并联连接，控制电阻R3与MOS开关管M3并联连接，控制电阻R5与MOS开关管M6并联连接，控制电阻R6与MOS开关管M7并联连接，控制电阻R7与MOS开关管M8并联连接。进而使得电压同步调整单元具有8位的电压调整档位。运算放大器OPA的输出端直接连接输出参考电压Voh1，输出参考电压Voh1与Voh2之间串联分压电阻R_h1，而输出参考电压Voh2与Voh3之间串联分压电阻R_h2，依此类推可得输出参考电压Voha-1与Voha之间串联分压电阻R_ha-1，其中2≤a≤n。分压电阻R_hn的一端连接输出参考电压Vohn，另一端连接电压同步调整单元反向输出端上的控制电阻R1。电压同步调整单元正向输出端的控制电阻R7连接输出参考电压Vol1，输出参考电压Vol1与Vol2之间串联分压电阻R_l1，而输出参考电压Vol2与Vol3之间串联分压电阻R_l2，依此类推可得输出参考电压Vola-1与Vola之间串联分压电阻R _la-1，其中2≤a≤n；分压电阻R_ln的一端连接输出参考电压Voln，另一端接地。

优选地是，所有MOS开关管选用N型MOS开关管，Ctrl1控制信号直接连接至MOS开关管M5的栅极上，Ctrl2控制信号直接连接至MOS开关管M6的栅极上，Ctrl3控制信号直接连接至MOS开关管M7的栅极上，Ctrl4控制信号直接连接至MOS开关管M8的栅极上。此外，Ctrl1控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M4的栅极上，Ctrl2控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M3的栅极上，Ctrl3控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M2的栅极上，Ctrl4控制信号还通过反相器连接至MOS开关管M1的栅极上。所有N型MOS开关管采用前一个N型MOS开关管的源极连接下一个N型MOS开关管的漏极的串联方式进行串联连接，所述控制电阻并联在N型MOS开关管的漏极和源极之间。

更进一步优选地是，控制电阻R1=R7=8*R4，控制电阻R2=R6=4*R4，并且控制电阻R3=R5=2*R4。

在上述电路中，作为开关的N型MOS开关管M1、M2、M3、M6、M7和M8的导通电阻随控制电阻对应变化，即有R_M1=R_M8=2*R_M2=2*R_M7=4*R_M3=4*R_M6，从而保证了档位步长的一致。另外，电路中通过N型MOS开关管M4和M5共同控制控制电阻R4，减少了一个与R4大小相同的电阻，又减小了M4和M5的尺寸，从而节约了版图面积。M4和M5仅起到了选择反馈点的作用，它们的导通电阻不会影响串联电阻的分压，所以仅需要取最小尺寸。并且分压电阻R_h1，R_h2，… ，R_hn和R_l1，R_l2，… ，R_ln的取值可根据实际需求电压根据电阻分压原理设置，并保证所有电阻匹配的一致性。

通过运算放大器OPA与串联分压电阻构成负反馈系统，使得电阻反馈点电压V(net1)=V(ref)；Ctrl信号控制M5，M6，M7，M8的导通与关闭，同时Ctrl信号通过反相器输出的反向信号控制相对称的M1，M2，M3，M4的导通与关闭，保证了M1和M8，M2和M7，M3和M6，M4和M5两两之间只有一个NMOS导通，保证了运算放大器OPA输出端的整个串联电阻阻值不变。在当由于工艺波动带来的Vref不同时，Ctrl信号控制开关MOS开关管选择对应的分压点作为反馈信号来调整所需的输出参考电压Voh1，Voh2，… ，Vohn和Vol1，Vol2，… ，Voln。当其中任何一输出参考电压调整到位时，所有输出参考电压均调整到位。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (4)

1.一种全电压范围多基准电压同步调整电路，其特征在于：包括运算放大器和电压同步调整单元，所述运算放大器的正输入端接基准电压，所述电压同步调整单元上设有m位Ctrl控制信号、m个反相器、2m个MOS开关管和k个控制电阻，其中m是大于或等于2的正整数，k等于2m-1；所有MOS开关管串联连接，所有控制电阻串联连接，所有Ctrl控制信号直接连接至其中的m个MOS开关管上，同时，所有Ctrl控制信号还通过反相器连接至剩余的m个MOS开关管上；所述运算放大器的负输入端连接在从第一位Ctrl控制信号所连接的两个MOS开关管的串联干路上所引出的支路上，控制电阻Rm与连接在第一位Ctrl控制信号上的两个MOS开关管并联连接；运算放大器的输出端直接连接输出参考电压Voh1，输出参考电压Voha-1与Voha之间串联分压电阻R_ha-1，其中2≤a≤n；分压电阻R_hn的一端连接输出参考电压Vohn，另一端连接电压同步调整单元的反向输出端上的控制电阻，电压同步调整单元的正向输出端的控制电阻连接输出参考电压Vol1，输出参考电压Vola-1与Vola之间串联分压电阻R _la-1，其中2≤a≤n；分压电阻R_ln的一端连接输出参考电压Voln，另一端接地。

2.如权利要求1所述的一种全电压范围多基准电压同步调整电路，其特征在于，除控制电阻Rm之外的其余的控制电阻与除连接在第一位Ctrl控制信号所连接的两个MOS开关管之外的剩余的MOS开关管进行一一并联连接。

3.如权利要求2所述的一种全电压范围多基准电压同步调整电路，其特征在于，所有MOS开关管选用N型MOS开关管，所有Ctrl控制信号直接连接至其中的m个N型MOS开关管的栅极上，反相器的输出端连接至剩余的m个N型MOS开关管的栅极上，所有N型MOS开关管采用前一个N型MOS开关管的源极连接下一个N型MOS开关管的漏极的串联方式进行串联连接，所述控制电阻并联在N型MOS开关管的漏极和源极之间。

4.如权利要求2或3所述的一种全电压范围多基准电压同步调整电路，其特征在于，连接在同一个Ctrl控制信号上的两个MOS开关管上并联的控制电阻的阻值相同。