CN110471481A - 一种高精度调压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种高精度调压器，在一个实施例中，振荡器通过产生第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通与断路，通过产生第二时钟信号控制第三开关和第四开关的导通与断路。当第一时钟信号控制第一开关和第二开关导通，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关断路时，将运算放大器的第一输入端和第二输入端的电压差异采样到第二电容上；当第一时钟信号控制第一开关和第二开关断路，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关导通时，通过将存储在第二电容上的等效输入适配电压用于为运算放大器的第二输入端提供参考电压。使运算放大器的输入等效失调电压被消除，调压器的输出电压不依赖于运算放大器的失调电压，从而提高了调压器的输出电压精度。
Description
技术领域
本发明涉及调压器技术领域,尤其涉及一种高精度调压器。
背景技术
由于集成电路工艺在大批量生产时，会导致器件的失配，因此调压器的输出电压因此不够准确。另外器件也存在噪声，噪声也影响输出电压的精度。为了设计更高精度的调压器，有必要改进现有的调压器设计。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种高精度调压器
第一方面，本发明申请提供的一种高精度调压器，包括：参考电压电路、振荡器、运算放大器；
所述振荡器，通过产生第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通与断路，通过产生第二时钟信号控制第三开关和第四开关的导通与断路；当第一时钟信号控制第一开关和第二开关导通，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关断路时，将运算放大器的第一输入端与第二输入端的电压差异采样到第二电容上；
当第一时钟信号控制第一开关和第二开关断路，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关导通时，将存储在第二电容上的电压与参考电压电路产生的第一参考电压串联后，产生第二参考电压，所述第二参考电压为运算放大器第二输入端的参考电压。
可选地，所述第一时钟信号为第一逻辑电平时，控制第一开关和第二开关导通；所述第一时钟信号为第二逻辑电平时，控制第一开关和第二开关断路；
所述第二时钟信号为第一逻辑电平时，控制第三开关和第四开关导通；所述第二时钟信号为第二逻辑电平时，控制第三开关和第四开关断路。
可选地，所述第一开关和第三开关串联，第二开关和第四开关串联；所述第一开关和第二开关相连的一端通过第二电容与第二开关和第四开关相连的一端连接；
所述第一开关的另一端通过第一隔离电路与运算放大器的第二输入端相连，所述第三开关的另一端通过滤波器与运算放大器的第二输入端相连；
所述第四开关的另一端与参考电压电路相连，所述第二开关的另一端通过第二隔离电路与运算放大器的第一输入端相连；
所述运算放大器的第一输入端与分压电路连接，所述分压电路的一端接地，另一端与调压器的输出端连接。
所述运算放大器的输出端与功率晶体管的控制极连接，功率晶体管的第一连通极与调压器的输入端连接，功率晶体管的第二连通极与调压器的输出端连接。
可选地，所述第一隔离电路、第二隔离电路包括：第一电感和第三电容；
第一电感的一端连接隔离电路的输入端，另一端连接隔离电路的输出端；第三电容的一端连接隔离电路的输出端，另一端接地。
可选地，所述第一隔离电路、第二隔离电路包括：第四电阻和第四电容；
第四电阻的一端连接隔离电路的输入端，另一端连接隔离电路的输出端；第四电容的一端连接隔离电路的输出端，另一端接地。
可选地，所述分压电路包括：第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻和第二电阻串联连接，相连的一端与运算放大器的第一输入端相连。
第二方面，本发明申请提供的一种高精度调压器，包括：参考电压电路、振荡器、运算放大器；
所述振荡器，通过产生第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通与断路，通过产生第二时钟信号控制第三开关和第四开关的导通与断路；当第一时钟信号控制第一开关和第二开关导通，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关断路时，将运算放大器的第一输入端与参考电压电路产生的第四参考电压的差采样到第二电容上；
当第一时钟信号控制第一开关和第二开关断路，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关导通时，将存储在第二电容上的电压与参考电压电路产生的第一参考电压串联后，产生第二参考电压，所述第二参考电压为运算放大器第二输入端的参考电压；其中，第一参考电压和第四参考电压值相等。
可选地，所述第一时钟信号为第一逻辑电平时，控制第一开关和第二开关导通；所述第一时钟信号为第二逻辑电平时，控制第一开关和第二开关断路；
所述第二时钟信号为第一逻辑电平时，控制第三开关和第四开关导通；所述第二时钟信号为第二逻辑电平时，控制第三开关和第四开关断路。
可选地，所述第一开关和第三开关串联，第二开关和第四开关串联；所述第一开关和第二开关相连的一端通过第二电容与第二开关和第四开关相连的一端连接；
所述第一开关的另一端与参考电压电路相连，所述第三开关的另一端通过滤波器与运算放大器的第二输入端相连；
所述第四开关的另一端与参考电压电路连接，所述第二开关的另一端与第二分压电路连接；
所述放大器的第一输入端与第一分压电路连接；所述第一分压电路和第二分压电路并联连接；所述第一分压电路的一端、第二分压电路的一端均与调压器的输出端连接；所述第一分压电路的另一端、第二分压电路的另一端接地；
所述运算放大器的输出端与功率晶体管的控制极连接，功率晶体管的第一连通极与调压器的输入端连接，功率晶体管的第二连通极与调压器的输出端连接。
可选地，所述第一分压电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联连接，相连的一端与运算放大器的第一输出端连接；
所述第二分压电路包括：第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻串联连接，相连的一端与第二开关连接。
可选地，所述第一电阻和第二电阻的分压比例与第五电阻和第六电阻的分压比例相同。
本申请实施例提供的一种高精度调压器，在一个实施例中，通过将运算放大器的第一输入端和第二输入端的等效输入失配电压采样到第二电容上，然后将存储在第二电容上的等效输入适配电压用于为运算放大器的第二输入端提供参考电压。使得运算放大器的输入等效失调电压被消除，调压器的输出电压不依赖于运算放大器的失调电压，从而提高了调压器的输出电压精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明申请一种高精度调压器的原理图；
图2为本发明申请一种高精度调压器的隔离电路的原理图；
图3为本发明申请一种高精度调压器的隔离电路的又一原理图；
图4为本发明申请一种高精度调压器的又一原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
振荡器102产生不交叠第一时钟信号CK1和第二时钟信号CK2。第一时钟信号CK1用于控制第一开关SW1和第二开关SW2的导通与断路。第二时钟信号CK2用于控制第三开关SW3和第四开关SW4的导通与断路。当第一时钟信号CK1控制第一开关SW1和第二开关SW2导通，且第二时钟信号CK2控制第三开关SW3和第四开关SW4断路时，此时将运算放大器OP的第一输入端和第二输入端的电压差异采样到第二电容C2上，此电压即为运算放大器OP的等效输入失配电压。当第一时钟信号CK1控制第一开关SW1和第二开关SW2断路，且第二时钟信号CK2控制第三开关SW3和第四开关SW4导通时，将之前存储在第二电容C2上的电压串联在第一参考电压VR1上，产生第二参考电压VR2，第二参考电压VR2经过RC滤波器后，为运算放大器OP的第二输入端提供第三参考电压VR3。
在一个可能的实施例中，图1所示的调压器的工作原理如下：当第一时钟信号CK1为高电平时，第一开关SW1和第二开关SW2导通，此时第二时钟信号CK2为低电平，第三开关SW3和第四开关SW4断路，此时将运算放大器OP的正输入端和负输入端的电压差采样到电容C2上，此电压即为运算放大器OP的等效输入失配电压；当第一时钟信号CK1为低电平时，第一开关SW1和第二开关SW2断路，此时第二时钟信号CK2为高电平，第三开关SW3和第四开关SW4导通，将之前存储在电容C2上的电压串联在第一参考电压VR1上，产生第二参考电压VR2，VR2经过RC滤波器(第三电阻R3和第一电容C1组成的低通滤波器)后，为运算放大器OP的负输入端提供第三参考电压VR3。
假设运算放大器OP的正输入端比其负输入端高Vos(等效输入失配电压)，则经过存储误差电压后，第二电容C2两端电压差VC2P-VC2N＝Vos，其中VC2P为节点VC2P的电压值，VC2N为节点VC2N的电压值；当第一时钟信号CK1为低电平，第二时钟信号CK2为高电平时，VR2＝VR1-Vos，其中VR2为节点VR2的电压值，VR1为节点VR1的电压值，而VR3的平均电压值等于VR2的平均电压值，这样使得经过运算放大器OP控制的节点FB的电压VFB＝VR2+Vos，即VFB＝VR1-Vos+Vos＝VR1，根据运算放大器控制的负反馈机制，调压器的输出电压Vo＝VFB*(R1+R2)/R2＝VR1*(R1+R2)/R2，(其中，VFB为节点FB的电压值，R1为电阻R1的电阻值，R2为电阻R2的电阻值，VR1为节点VR1的电阻值)这样即实现了运算放大器OP的输入等效失调电压被消除，调压器的输出电压不依赖于运算放大器的失调电压，从而提高了调压器的输出电压精度。
图1为本发明申请一种高精度调压器的原理图，参见图1本发明申请的调压器包括：参考电压电路101、振荡器102、第一隔离电路103、第二隔离电路104、滤波器105、运算放大器OP、PMOS管。
参考电压电路101通过第四开关SW4和第二开关SW2与第二隔离电路104连接，第二隔离电路104与运算放大器OP的正输入端连接。进一步地，第四开关SW4和第二开关SW2串联连接。
第三开关SW3与第一开关SW1串联连接，第三开关SW3和第一开关SW1连接的端点通过第二电容C2与第四开关SW4和第二开关SW2连接的端点连接。第三开关SW3的另一端通过滤波器105与运算放大器OP的负输入端连接；第一开关SW1的另一端通过第一隔离电路103与运算放大器OP的正输入端连接。
运算放大器OP的输出端与功率晶体管的控制极相连，功率晶体管的第一连通极与调压器的电压输入端连接，第二连通极与调压器的输出端连接。
运算放大器的正输入端通过分压电路106与调压器的输出端连接。
在一个可能的实施例中，功率晶体管为PMOS管，PMOS管的G极为控制极，PMOS管的S极为第一连通极或者第二连通极；PMOS管的D极为第二连通极或者第一连通极。
在一个可能的实施例中，PMOS管的G极与运算放大器OP的输出端连接，PMOS管的S极与调压器的输入端连接，PMOS管的D极与调压器的输出端相连。
在一个可能的实施例中，分压电路106包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接。其中，第一电阻R1和第二电阻R2相连的一端与运算放大器OP的正输入端连接，第一电阻的另一端与调压器的输出端连接，第二电阻的另一端接地。
在一个可能的实施例中，滤波器105为低通滤波器，包括第三电阻R3和第一电容C1；第三电阻R3的一端与第三开关SW3连接，另一端连接到运算放大器OP的负输入端，第一电容C1的一端接地，另一端与第三电阻R3与算运算放大器OP的负输入端相连的一端连接。
在一个可能的实施例中，如图2所示：第一个隔离电路103、第二隔离电路104包括：第一电感L1、第三电容C3。第一电感L1的一端连接隔离电路的输入端，另一端连接隔离电路的输出端；第三电容C3的一端连接隔离电路的输出端，另一端接地。
在一个可能的实施例中，如图3所示：第一隔离电路103、第二隔离电路104包括：第四电阻R4和第四电容C4；第四电阻R4的一端连接隔离电路的输入端，另一端连接隔离电路的输出端；第四电容C4的一端连接隔离电路的输出端，另一端接地；
图4为本发明申请一种高精度调压器的另一原理图，参见图4本发明申请的调压器包括：参考电压电路201、振荡器202、滤波器205、运算放大器OP、PMOS管。
考电压电路201通过第四开关SW4、第二开关SW2与第二分压电路207连接。
第四开关SW4和第二开关SW2相连的一端通过第二电容C2与第三开关SW3和第一开关SW1相连的一端相连；第三开关SW3的另一端通过滤波器205与运算放大器OP的负输入端相连；第一开关SW1的另一端与参考电压电路201连接。
运算放大器OP的正输入端与第一分压电路206连接。第一分压电路206和第二分压电路207并联连接，其相连的一端与调压器的输出端连接。第一分压电路206、第二分压电路207的另一端接地。
运算放大器OP的输出端与功率晶体管的控制极相连，功率晶体管的第一连通极与调压器的电压输入端连接，第二连通极与调压器的输出端连接。
在一个可能的实施例中，功率晶体管为PMOS管，PMOS管的G极为控制极，PMOS管的S极为第一连通极或者第二连通极；PMOS管的D极为第二连通极或者第一连通极。
在一个可能的实施例中，PMOS管的G极与运算放大器OP的输出端连接，PMOS管的S极与调压器的输入端连接，PMOS管的D极与调压器的输出端相连。
在一个可能的实施例中，所述第一分压电路206包括：第一电阻和第二电阻；其中，第一电阻和第二电阻串联连接，相连的一端与运算放大器的第一输出端连接；
第二分压电路207包括：第五电阻和第六电阻；其中，第五电阻和第六电阻串联连接，相连的一端与第二开关连接；
在一个可能的实施例中，滤波器205为低通滤波器，包括第三电阻R3和第一电容C1；第三电阻R3的一端与第三开关SW3连接，另一端连接到运算放大器OP的负输入端，第一电容C1的一端接地，另一端与第三电阻R3与算运算放大器OP的负输入端相连的一端连接。
振荡器102产生不交叠第一时钟信号CK1和第二时钟信号CK2。第一时钟信号CK1用于控制第一开关SW1和第二开关SW2的导通与断路。第二时钟信号CK2用于控制第三开关SW3和第四开关SW4的导通与断路。
在一个可能的实施例中，当第一时钟信号CK1为高电平时，第一开关SW1和第二开关SW2导通，当第一时钟信号CK1为低电平时，第一开关SW1和第二开关SW2断路。当第二时钟信号CK2为高电平时，第三开关SW3和第四开关SW4导通，当第二时钟信号CK2为低电平时，第三开关SW3和第四开关SW4断路。
在一个可能的实施例中，当时钟信号CK1为高电平时，第一开关SW1和第二开关SW2导通，此时CK2为低电平，第三开关SW3和第四开关SW4断开。此时第二电容C2两端的电压差为VC2＝VC2P-VC2N(其中，其中VC2P为节点VC2P的电压值，VC2N为节点VC2N的电压值，VC2N的电压值为参考电压电路产生的第四参考电压值VR4，且第四参考电压值VR4等于第一参考电压值VR1)，由于第五电阻R5和第六电阻R6的分压比例与第一电阻R1和第二电阻R2的分压比例一样，所以VC2＝VC2P-VC2N＝VFB-VR1。当第一时钟信号CK1为低电平时，第一开关SW1和第二开关SW2断路，此时第二时钟信号CK2为高电平，第三开关SW3和第四开关SW4导通。第二参考电压VR2＝VR1-VC2＝2VR1-VFB，其中VR2为节点VR2的电压值，VR1为节点VR1的电压值，而VR3的平均电压值等于VR2的平均电压值，这样使得经过运算放大器OP控制的VFB＝VR2+VC2＝2VR2-VFB+VFB-VR1＝VR1。根据运算放大器控制的负反馈机制，调压器的输出电压Vo＝VFB*(R1+R2)/R2＝VR1*(R1+R2)/R2，(其中，VFB为节点FB的电压值，R1为电阻R1的电阻值，R2为电阻R2的电阻值，VR1为节点VR1的电阻值)这样即实现了运算放大器OP的输入等效失调电压被消除，调压器的输出电压不依赖于运算放大器的失调电压，从而提高了调压器的输出电压精度。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种高精度调压器，包括：参考电压电路、振荡器、运算放大器；
所述振荡器，通过产生第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通与断路，通过产生第二时钟信号控制第三开关和第四开关的导通与断路；当第一时钟信号控制第一开关和第二开关导通，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关断路时，将运算放大器的第一输入端与第二输入端的电压差异采样到第二电容上；
当第一时钟信号控制第一开关和第二开关断路，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关导通时，将存储在第二电容上的电压与参考电压电路产生的第一参考电压串联后，产生第二参考电压，所述第二参考电压为运算放大器第二输入端的参考电压。
2.根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，所述第一时钟信号为第一逻辑电平时，控制第一开关和第二开关导通；所述第一时钟信号为第二逻辑电平时，控制第一开关和第二开关断路；
所述第二时钟信号为第一逻辑电平时，控制第三开关和第四开关导通；所述第二时钟信号为第二逻辑电平时，控制第三开关和第四开关断路。
3.根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，所述第一开关和第三开关串联，第二开关和第四开关串联；所述第一开关和第二开关相连的一端通过第二电容与第二开关和第四开关相连的一端连接；
所述第一开关的另一端通过第一隔离电路与运算放大器的第二输入端相连，所述第三开关的另一端通过滤波器与运算放大器的第二输入端相连；
所述第四开关的另一端与参考电压电路相连，所述第二开关的另一端通过第二隔离电路与运算放大器的第一输入端相连；
所述运算放大器的第一输入端与分压电路连接，所述分压电路的一端接地，另一端与调压器的输出端连接；
所述运算放大器的输出端与功率晶体管的控制极连接，功率晶体管的第一连通极与调压器的输入端连接，功率晶体管的第二连通极与调压器的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的调压器，其特征在于，所述第一隔离电路、第二隔离电路包括：第一电感和第三电容；
第一电感的一端连接隔离电路的输入端，另一端连接隔离电路的输出端；第三电容的一端连接隔离电路的输出端，另一端接地。
5.根据权利要求3所述的调压器，其特征在于，所述第一隔离电路、第二隔离电路包括：第四电阻和第四电容；
第四电阻的一端连接隔离电路的输入端，另一端连接隔离电路的输出端；第四电容的一端连接隔离电路的输出端，另一端接地。
6.根据权利要求3所述的调压器，其特征在于，所述分压电路包括：第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻和第二电阻串联连接，相连的一端与运算放大器的第一输入端相连。
7.一种高精度调压器，包括：参考电压电路、振荡器、运算放大器；
所述振荡器，通过产生第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通与断路，通过产生第二时钟信号控制第三开关和第四开关的导通与断路；当第一时钟信号控制第一开关和第二开关导通，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关断路时，将运算放大器的第一输入端与参考电压电路产生的第四参考电压的差采样到第二电容上；
当第一时钟信号控制第一开关和第二开关断路，且第二时钟信号控制第三开关和第四开关导通时，将存储在第二电容上的电压与参考电压电路产生的第一参考电压串联后，产生第二参考电压，所述第二参考电压为运算放大器第二输入端的参考电压；其中，第一参考电压和第四参考电压值相等。
8.根据权利要求7所述的调压器，其特征在于，所述第一时钟信号为第一逻辑电平时，控制第一开关和第二开关导通；所述第一时钟信号为第二逻辑电平时，控制第一开关和第二开关断路；
所述第二时钟信号为第一逻辑电平时，控制第三开关和第四开关导通；所述第二时钟信号为第二逻辑电平时，控制第三开关和第四开关断路。
9.根据权利要求7所述的调压器，所述第一开关和第三开关串联，第二开关和第四开关串联；所述第一开关和第二开关相连的一端通过第二电容与第二开关和第四开关相连的一端连接；
所述第一开关的另一端与参考电压电路相连，所述第三开关的另一端通过滤波器与运算放大器的第二输入端相连；
所述第四开关的另一端与参考电压电路连接，所述第二开关的另一端与第二分压电路连接；
所述放大器的第一输入端与第一分压电路连接；所述第一分压电路和第二分压电路并联连接；所述第一分压电路的一端、第二分压电路的一端均与调压器的输出端连接；所述第一分压电路的另一端、第二分压电路的另一端接地；
所述运算放大器的输出端与功率晶体管的控制极连接，功率晶体管的第一连通极与调压器的输入端连接，功率晶体管的第二连通极与调压器的输出端连接。
10.根据权利要求9所述的调压器，其特征在于，所述第一分压电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联连接，相连的一端与运算放大器的第一输出端连接；
所述第二分压电路包括：第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻串联连接，相连的一端与第二开关连接。
11.根据权利要求10所述的调压器，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的分压比例与第五电阻和第六电阻的分压比例相同。
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