CN110858762A - 受箝制受控延迟运算放大器、控制电路及选择性控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及受箝制受控延迟运算放大器、控制电路及选择性控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法。本发明描述了用于箝制运算放大器的输出电压、同时使箝制后恢复延迟最小化的设备、系统和方法。控制两种操作模式之间的转换的电路可包括用于将输出电压与箝制电压进行比较并且输出第一模式信号的第一比较器、用于将输入电压与参考电压进行比较并且输出第二模式信号的第二比较器。第一逻辑部件可接收所述模式信号，执行逻辑操作，并且输出逻辑信号。基于所述逻辑信号的值，双工输出可输出跟踪信号和反向对应的保持信号，此类跟踪信号和保持信号由运算放大器电路用来配置调节块，所述调节块用于在模式转换期间控制瞬变。

Description

受箝制受控延迟运算放大器、控制电路及选择性控制从运算 放大器电路的箝制恢复的方法

技术领域

本文所述的技术整体涉及运算放大器。更具体地讲，本文所述的技术整体涉及用于准确地箝制运算放大器的输出的设备和方法。

背景技术

如通常已知和理解的，运算放大器(“op-amp”)积分器电路(诸如图1A所示的电路100)通常形成有阻容式(RC)反馈回路。如图所示，此类运算放大器电路通常包括运算放大器(A)101，该运算放大器具有连接到提供参考电压信号VREF的参考电压信号源104的非反相(+)输入102，以及连接到由具有第一电阻R1的电阻器103形成的RC电路的反相(-)输入106，该电阻器连接到提供输入电压信号VIN的输入电压信号源108。反相输入106还与具有第一电容C1的第一电容器105并联连接，该第一电容器连接到提供运算放大器101的输出电压信号VOUT的输出电压节点110。

如通常已知的，在操作期间，运算放大器电路常常会饱和，从而导致RC反馈回路失调。从饱和恢复通常需要时间，因为运算放大器通常包括需要适当偏置的米勒电容器。此外，电容器的重新偏置通常缓慢发生，使得运算放大器电路100自身可能恢复得很缓慢。由于需要运算放大器101退出箝制并且重新偏置自身，因此通常出现运算放大器101的线性操作的延迟。在输入电压信号VIN返回到参考电压信号VREF的值时发生重新偏置。由第一电阻R1和第一电容C1形成的RC时间常数通常决定运算放大器101线性地恢复操作所需的时间量。如本文所用，可根据RC时间常数的乘积来确定从饱和和/或受箝制输出情况恢复时运算放大器电路的响应。基本上小于RC时间常数的恢复在本文中被定义为小于RC时间常数的一定百分比(20％)的恢复，并且这种响应在本文中被进一步定义为“快速”响应。

如图1B所示，用于尝试防止运算放大器电路100的饱和的一种常用解决方案是使用“箝制”电路111，其中运算放大器电路111的输出电压VOUT被箝制在最大输出电压。如图所示，通常，包括设备

的缓冲器112连接到提供箝制电压信号VCLAMP的箝制电压信号源114。缓冲器112进一步以最大限制器配置连接到运算放大器101的正供电电压端子116，其中负供电电压端子118连接到低电压电位N，诸如接地电压电位。VCLAMP通常被设定在预定义的值处以防止运算放大器101被驱动到过高或过低的输出电压VOUT。

如图1C所示，该方法通常使得运算放大器101产生电压响应，这将引起在已达到箝制电压信号VCLAMP的指定值之后降低输出电压VOUT时延迟tdelay。之所以出现该延迟是因为虽然输出电压被箝制，但负供电电压N下的电位将向下漂移，直到接收到下一个输入电压信号VIN。此外，由于需要通过使负输入供电电压N等于参考电压VREF来重新偏置运算放大器101A，因此发生延迟tdelay。

类似地，通过使用箝制或其他方式防止运算放大器积分电路的饱和的其他已知方法也经受箝制后恢复延迟。因此，需要促进运算放大器(诸如运算放大器积分电路)的输出电压的箝制、同时使箝制后恢复延迟最小化的设备、电路和方法。本公开的各种实施方案满足这些和其他需求。

发明内容

本公开的各种实施方案整体涉及用于使箝制运算放大器电路的恢复延迟最小化的设备、系统和方法。根据本公开的至少一个实施方案，受箝制受控延迟运算放大器可包括第一电路，该第一电路包括运算放大器；和第二电路，该第二电路被配置为将第一电路调节成第一操作模式和第二操作模式中的一种操作模式。对于至少一个实施方案而言，基于从第一电路的输出电压与箝制电压的第一比较以及输入电压和参考电压的第二比较产生的结果而将第一电路配置成这两种模式中的一种模式。

对于至少一个实施方案而言，用于受箝制受控延迟运算放大器的第一电路可包括运算放大器、第一开关、第一调节块和第二调节块。第一开关可将运算放大器与第一调节块和第二调节块中的每一者选择性地耦接和去耦。此类耦接和/或去耦可取决于当前操作模式是处于第一操作模式、第二操作模式还是转换模式。对于至少一个实施方案而言，运算放大器可包括第一增益级和第二增益级。

对于至少一个实施方案而言，运算放大器可包括第一开关，该第一开关可包括具有输入节点、第一开关跟踪轨道、第一开关保持轨道的第一开关。对于至少一个实施方案而言，第一开关保持轨道可耦接到第一调节块。对于至少一个实施方案而言，第一开关跟踪轨道可经由第二节点耦接到第二调节块和第二增益级中的每一者。对于至少一个实施方案而言，第二调节块可在电路的第二节点和第三节点之间与第二增益级并联耦接，从而形成受箝制受控延迟运算放大器。对于至少一个实施方案而言，第二增益级可包括米勒补偿放大器，该米勒补偿放大器由与第二增益级并联耦接的第二电容器补偿。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第一开关，该第一开关在第一操作模式期间将第一增益级耦接到第一调节块。该第一开关可还在第二操作模式期间将第一增益级耦接到第二增益级。第一操作模式可包括保持或箝制模式，而第二操作模式可包括跟踪或稳态(例如，非饱和)操作模式。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第二电路，该第二电路包括被配置为将输出电压与箝制电压进行比较的第一比较器。第一比较器可基于此类比较的结果来输出第一模式信号。同样，受箝制受控延迟运算放大器可包括第二电路，该第二电路可还包括被配置为将输入电压与参考电压进行比较的第二比较器。第二比较器可基于此类比较的结果来输出第二模式信号。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第一逻辑部件，该第一逻辑部件被配置为接收第一模式信号和第二模式信号，执行至少一个逻辑操作，以及输出逻辑信号。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括双工输出部件，该双工输出部件被配置为接收逻辑信号，并且基于逻辑信号的值，诸如该值是正值还是负值，输出对应的跟踪信号和反向对应的保持信号中的每一者。对于至少一个实施方案而言，跟踪信号和保持信号可具有不同电压电位。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括控制电路，该控制电路在运算放大器的输出电压大于或等于运算放大器的箝制电压时生成第一模式信号。对于至少一个实施方案而言，模式信号可具有正值。对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括控制电路，该控制电路在至运算放大器的输入电压小于参考电压时生成可具有正值的第二模式信号。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括控制电路，该控制电路在第一模式信号和第二模式信号中的每一者具有正值时生成可具有负值的第一逻辑信号。对于至少一个实施方案而言，当第一模式信号和第二模式信号中的至少一者具有负值时，第二逻辑信号可具有正值。对于至少一个实施方案而言，双工输出部件可被配置为输出正值，该正值将运算放大器配置成第二操作模式。对于至少一个实施方案而言，双工输出部件可被配置为输出负值，该负值将运算放大器配置成第一操作模式。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第一增益级和第二增益级。对于至少一个实施方案而言，第二增益级可生成提供给第三节点的输出电压。对于至少一个实施方案而言，第一增益级可例如由第一开关和第二节点选择性地耦接到第二增益级。对于至少一个实施方案而言，第一开关可被配置为接收跟踪信号和保持信号中的至少一者。对于至少一个实施方案而言，基于跟踪信号和保持信号中的至少一者的接收，第一开关可将第一增益级与第二增益级选择性地耦接和去耦。对于至少一个实施方案而言，在第一操作模式期间，第一增益级[204]可与第二增益级去耦。对于至少一个实施方案而言，在第二操作模式期间，第一增益级可耦接到第二增益级。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括具有第一开关保持轨道的第一开关。第一调节块在第一操作模式期间可由第一开关选择性地耦接到第一增益级。对于至少一个实施方案而言，第一调节块可包括耦接到第一开关保持轨道的第四节点，以及耦接在第四节点和第四开关之间的第三电容器。对于至少一个实施方案而言，第四节点可耦接到第一开关。第四开关可包括可耦接到第三电容器的第四开关输入节点、可耦接到提供参考电压[VREF]的参考电压节点的第四开关跟踪轨道、以及可耦接到第五节点的第四开关保持轨道。对于至少一个实施方案而言，第二开关可包括可耦接到第五节点的第二开关输入节点、可耦接到第四节点的第二开关跟踪轨道、以及可耦接到运算放大器的第二开关保持轨道。对于至少一个实施方案而言，第四增益级可包括可耦接到第四节点的第四增益级输入节点；以及可耦接到第五节点的第四增益级输出节点。对于至少一个实施方案而言，第二开关可被配置为基于是跟踪信号还是保持信号具有正值而通过分别拉到第二开关跟踪轨道和第四开关保持轨道中的一者来将第四增益级选择性地耦接到第四节点或运算放大器中的一者。对于至少一个实施方案而言，第四开关可被配置为基于是跟踪信号还是保持信号具有正值而通过分别拉到第四开关跟踪轨道和第四开关保持轨道中的一者来将第三电容器选择性地耦接到参考电压节点或第五节点中的一者。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第二调节块，该第二调节块由第一开关和第二节点耦接到第一增益级；和第二调节块，该第二调节块耦接到第三节点并且以与第二增益级和第二电容器的并联配置来配置。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第二调节块，该第二调节块包括第三开关，该第三开关具有第三开关输入、可耦接到接地端的第三开关跟踪轨道以及可耦接到第二节点的第三开关保持轨道。此外，第三增益级可耦接到第二增益级并且耦接到第三开关输入。第三开关可被配置为基于跟踪信号和保持信号的值(诸如此类值是否为正)而通过分别拉到第三开关跟踪轨道和第三开关保持轨道中的一者来将第三增益级选择性地耦接到接地端或第二节点中的一者。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第一增益级，该第一增益级具有非反相输入节点、可耦接到参考电压源的反相输入节点、以及可耦接到第一开关的输出节点。对于至少一个实施方案而言，第一电路可包括第一电阻器，该第一电阻器可在第一节点处且在输入电压源和非反相输入节点之间耦接到第一电路；和第一电容器，该第一电容器可耦接到第一节点并且耦接到第三节点。

对于至少一个实施方案而言，受箝制受控延迟运算放大器可包括第二电容器。第二电容器可为米勒补偿电容器。对于至少一个实施方案而言，积分受箝制受控延迟运算放大器可由RC电路形成，该RC电路由第一电路、第一电阻器和第一电容器形成。对于至少一个实施方案而言，可基于与第一比较器和第二比较器中的至少一者相关联的响应时间而产生受控延迟。

对于至少一个实施方案而言，可预先确定受箝制受控延迟运算放大器、由此使用的箝制电压和参考电压中的至少一者。

用于控制运算放大器电路的第一操作模式和第二操作模式之间的转换的控制电路可包括第一比较器，该第一比较器被配置为将输出电压与箝制电压进行比较并且输出第一模式信号。对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括第二比较器，该第二比较器被配置为将输入电压与参考电压进行比较并且输出第二模式信号。对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括第一逻辑部件，该第一逻辑部件被配置为接收第一模式信号和第二模式信号，执行至少一个逻辑操作，并且输出逻辑信号。对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括双工输出部件，该双工输出部件被配置为接收逻辑信号，并且基于逻辑信号包括的是正值还是负值，输出对应的跟踪信号和反向对应的保持信号中的每一者。对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括具有不同电压电位的跟踪信号[T]和保持信号[H]的使用。

对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括由第一开关使用跟踪信号和保持信号来将运算放大器的第一增益级与运算放大器的第二增益级选择性地耦接和去耦。

对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括由第一调节块使用跟踪信号和保持信号来提供运算放大器在从箝制模式转换为跟踪模式时所产生的快速响应。

对于至少一个实施方案而言，控制电路可包括由第二调节块使用跟踪信号和保持信号来使运算放大器在两种不同操作模式之间转换时出现的瞬变最小化。对于至少一个实施方案而言，两种不同操作模式中的第一操作模式是箝制模式，并且两种不同操作模式中的第二操作模式是跟踪模式。

对于本公开的至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括在第一操作模式期间将第三电容器耦接到参考电压；以及当运算放大器电路从第一操作模式转换为第二操作模式时，通过使第三电容器放电来用参考电压偏置运算放大器电路的输入电压。

对于本公开的至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括在选择性地耦接到运算放大器电路的第一调节块中出现的第三电容器的使用。对于被配置为与用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法一起使用的至少一个实施方案而言，第一运算放大器电路可包括第一增益级。对于该方法的至少一个实施方案而言，在第一操作模式期间，第一开关可被配置为经由第四节点将第一增益级与第三电容器耦接。

对于至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括具有第四开关的第一调节块的使用。在该方法期间，第三电容器可耦接在第四节点和第四开关之间。对于至少一个实施方案而言，第四开关可包括可耦接到第三电容器的第四开关输入节点、可耦接到提供参考电压的参考电压节点的第四开关跟踪轨道、以及可耦接到第五节点的第四开关保持轨道。

对于至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括第二开关的使用，该第二开关包括可耦接到第五节点的第二开关输入节点、可耦接到第四节点的第二开关跟踪轨道、以及可耦接到第一电路的第二开关保持轨道。

对于至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括第四增益级的使用，该第四增益级包括可耦接到第四节点的第四增益级输入节点、以及可耦接到第五节点的第四增益级输出节点。

对于至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括第二开关的使用，该第二开关被配置为基于所接收到的跟踪信号[T]或所接收到的保持信号[H]的值和/或极性而通过分别拉到第二开关跟踪轨道和第四开关保持轨道中的一者来将第四增益级选择性地耦接到第四节点或运算放大器中的一者。对于至少一个实施方案而言，在跟踪信号和保持信号中的一者具有正值时出现选择性耦接。

对于至少一个实施方案而言，用于选择性地控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法可包括第四开关的使用，该第四开关被配置为基于所接收到的跟踪信号[T]或所接收到的保持信号的值和/或极性而通过分别拉到第四开关跟踪轨道和第四开关保持轨道中的一者来将第三电容器选择性地耦接到参考电压节点或第五节点中的一者。对于至少一个实施方案而言，在跟踪信号和保持信号中的一者具有正值时出现选择性耦接。

附图说明

本文针对以下描述和附图中的至少一者进一步公开了由本公开的各种实施方案提供的设备、系统和方法的特征、方面、优点、功能、模块和部件。

图1A是现有技术积分运算放大器电路的示意图。

图1B是现有技术箝制积分运算放大器电路的示意图。

图1C是示出图1B的现有技术电路的电压随时间的响应的图表。

图2是示出用于受箝制受控延迟运算放大器中的第一电路的示意图，该第一电路被配置为根据本公开的至少一个实施方案使用。

图3是示出用于受箝制受控延迟运算放大器中的第二电路的示意图，该第二电路被配置为根据本公开的至少一个实施方案使用。

图4是示出用于受箝制受控延迟运算放大器中的第三电路的示意图，该第三电路被配置用于根据本公开的至少一个实施方案以保持操作模式操作图2的第一电路。

图5是示出用于受箝制受控延迟运算放大器中的第四电路的示意图，该第四电路被配置用于根据本公开的至少一个实施方案以跟踪操作模式操作图2的第一电路。

图6是示出根据本公开的至少一个实施方案配置的受箝制受控延迟运算放大器的电压随时间的响应的图表。

具体实施方式

本文所述的各种实施方案涉及促进运算放大器(诸如运算放大器积分电路)的输出电压的箝制、同时使箝制后恢复延迟最小化的设备、电路、系统和方法。本公开的各种实施方案满足这些和其他需求。

如图2所示，根据本公开的至少一个实施方案的提供运算放大器输出电压的箝制、同时使箝制后恢复延迟最小化的受箝制受控延迟运算放大器电路的实施方案的第一电路200包括运算放大器202，该运算放大器具有第一增益级204、第二增益级206以及具有第二电容C2的第二电容器208。对于至少一个实施方案而言，运算放大器202是米勒补偿运算放大器，其中第二电容器208跨第二增益级输入节点209和第二增益级输出207并联连接。米勒补偿运算放大器的特性和配置是本领域熟知的。对于至少一个实施方案而言，第一增益级、第二增益级以及下文将描述的第三增益级和第四增益级可使用运算跨导放大器(OTA)，这些运算跨导放大器在图2和图4至图5中由符号A1、A2、A3和A4示出。

第一增益级204被适当地配置为在相应非反相节点201和反相输入节点203处接收输入电压信号VIN和参考电压信号VREF。非反相输入节点201连接到第一节点211处。第一增益级204还适当地经由RC电路连接到输入电压源108，该RC电路由第一电阻器103和第一电容器105形成于第一节点211处。

电路200还包括第一开关(S1)210，该第一开关适当地连接在第一增益级输出205与第二增益级输入209之间。第二增益级206被适当地配置为在第二增益级输出207处输出输出电压信号VOUT。

如图进一步所示，对于至少一个实施方案而言，第一开关210可被配置为双掷式开关。应当理解，在本公开的其他实施方案中，其他类型的开关可用于本文所述的任何开关。第一开关输入节点213耦接到第一增益级输出205的输出。第一开关210在第一保持节点214处存在保持信号H时将第一增益级输出205耦接到第一开关210的顶部轨道212，并且在第一跟踪节点218处存在跟踪信号T时将该第一增益级输出耦接到第一开关210的底部轨道216。如下文进一步描述，在任何给定时间，保持信号H或跟踪信号T在任何给定时间都只有其中一个信号是有源的。保持信号H在有源时将该电路配置用于保持操作模式，并且跟踪信号T在有源时将该电路配置用于跟踪操作模式。有源信号可由正电压、极性或其他方面表示。

电路200可还包括第一调节块220。第一调节块220适当地连接到第一开关保持轨道212。如下文进一步讨论，当保持信号H有源时，将在第一开关保持轨道212上产生第二内部电压V2。第一调节块220被进一步配置为在第二保持节点222处接收保持信号H，在第二跟踪节点224处接收跟踪信号T，以及在参考电压源226处接收参考电压信号VREF。第一调节块220还经由第一节点211连接到第一电阻器103和第一电容器105。

电路200还包括第二调节块228。第二调节块228经由第二节点229和第三节点231来与第二增益级206和第二电容器208适当地并联连接。如下文进一步讨论，当第一开关210被配置成跟踪位置(应当理解，这在跟踪信号T有源时发生)时，将在第二节点229处产生第一内部电压V1。第二调节块228被进一步配置为在第三保持节点230处接收保持信号H，在第三跟踪节点232处接收跟踪信号T，以及从箝制源234接收箝制电压信号VCLAMP。

应当理解，在第一增益级204与第一调节块220的第一组合以及第二增益级206与第二调节块228的第二组合中，每个调节块220和228充当相应电压缓冲器。这些缓冲器约束第一节点211处的第三内部电压V3和第三节点231处的输出电压VOUT中的每一者，使得第三内部电压V3遵循参考电压信号VREF并且输出电压信号VOUT遵循箝制电压信号VCLAMP，同时提供第一内部电压V2以保持被适当偏置。

如图3所示，根据本公开的至少一个实施方案的受箝制受控延迟运算放大器电路的第二电路300包括第一比较器(“Comp1”)302、第二比较器(“Comp2”)304，这些比较器中的每一者都适当地连接到第一逻辑部件306，该第一逻辑部件连接到双工输出部件308。在至少一个实施方案中，第一逻辑部件306输出从所需逻辑操作的执行产生的信号，该信号在本文中被指定为逻辑信号L1。对于至少一个实施方案而言，第一逻辑部件306可被配置为与非门。然而，应当理解，可根据本公开的任何给定实施方案的需要，利用其他形式的逻辑部件。此外，对于至少一个实施方案而言，双工输出部件308是非重叠的双工输出部件，其提供具有相反值(例如，“高”对“低”、“有源”对“无源”或其他)的两个输出信号。

如图3进一步所示，第一比较器302被配置为接收输出电压信号VOUT和箝制电压信号VCLAMP。基于这些信号的比较，当输出电压信号小于箝制电压信号时，第一比较器302将输出负(例如，“0”值)第一模式信号M1；否则，第一比较器302将输出正(例如，“1”值)第一模式信号M1，其中正第一模式信号指示可需要输出电压箝制。

类似地，第二比较器304被配置为接收参考电压信号VREF和输入电压信号VIN。基于这些信号的比较，当输入电压信号VIN小于参考电压信号VREF时，第二比较器将输出正(例如，“1”值)第二模式信号M2。应当理解，当第一模式信号M1和第二模式信号M2均为正时，第二电路300经由正保持信号H指示第一电路200执行输出电压VOUT的箝制。

此外，第一逻辑部件306被配置为基于第一模式信号M1和第二模式信号M2的值来确定要输出第一(例如，高或正)还是第二(例如，低或负)逻辑信号L1。应当理解，“高”/“正”和“低”/“负”或其他命名约定可用于指定逻辑信号L1的第一值和第二值。对于至少一个实施方案而言，高逻辑信号L1对应于高跟踪信号T。此外，基于逻辑信号L1的值，第二电路300将向第一电路200输出高保持信号H或高跟踪信号T。如图3的实施方案中所示，当逻辑与非操作的求逆输出负结果时，保持信号H将为“高”或正。相反，当逻辑与非操作输出正结果时，跟踪信号T将为“高”或正。如上文参考图2所示，跟踪信号T和保持信号H配置第一开关210的操作，并且如下文相对于图4和图5所讨论，配置第一调节块220和第二调节块228的操作。

如对于本公开的至少一个实施方案在图4和图5中所示，跟踪模式电路401和保持模式电路500包括第一调节块220，该第一调节块被进一步配置为包括第四增益级402。对于至少一个实施方案而言，第四增益级402在第四增益级输出420处提供反相输出信号。第一调节块220可被配置为包括第二开关406(也被标识为“S2”)、具有第三电容C3的第三电容器404以及第四开关410(也被标识为“S1”)。

第二开关406和第四开关410中的每一者可为双掷式开关，它们具有相应输入430和432、被配置用于促进跟踪操作模式的跟踪轨道422和426、以及被配置用于促进保持操作模式的保持轨道424和428。第二开关跟踪轨道422可在第四节点438处连接到第三电容器404的第一端子和第四增益级输入节点418。第二开关保持轨道424可还连接到第一节点211。第二开关输入430可在第五节点440处连接到第四增益级输出节点420，该第五节点还连接第四开关保持轨道428。第四开关输入432可连接到第三电容器404的第二端子。第四开关跟踪轨道426可连接到参考电压源226，在此处提供参考电压VREF。第二开关406和第四开关410中的每一者的配置由相反的保持信号H和跟踪信号T控制，这些信号由第二电路300输出并且在图4和图5中示出为在相应节点222’、222”、224’和224”处接收到。

如对于本公开的至少一个实施方案在图4和图5中进一步所示，第二调节块228被进一步配置为包括第三增益级400。对于至少一个实施方案而言，第三增益级400被配置为经由第三节点231在第三增益级非反相输入412处接收输出电压信号VOUT，并且在第三增益级反相输入414处接收箝制电压信号VCLAMP。第三增益级输出416连接到第三开关输入431。依据至少一个实施方案，第三开关408是双掷式开关，其被配置用于基于保持信号H和跟踪信号T中的哪一个信号在任何给定时间是有源的，而在保持模式与跟踪模式之间操作。第三保持节点230和第三跟踪节点232可分别被配置为接收第二电路300所输出的保持信号H和跟踪信号T，从而配置第三开关408。第三开关408可被配置为包括经由接地节点442来适当接地的第三开关跟踪轨道436，以及连接到第二节点229的第三开关保持轨道434。

鉴于图2至图5的电路配置，本公开的至少一个实施方案的操作原理如下。

跟踪操作模式

在跟踪模式期间，第一电路200、第一调节块220和第二调节块228被配置为提供第三电路401。如相对于第三电路401实施方案在图4中所示，输出电压信号VOUT小于箝制电压信号VCLAMP。这使得第一模式信号M1具有低值(例如，零)，从而使得跟踪信号T具有高值(例如，一)。更具体地讲，在跟踪模式期间，第一增益级204经由第一开关210来驱动第二增益级206。此外，第二开关406和第四开关410向其相应跟踪轨道422和426上的配置使得第三增益级400与主电路隔离。同样，第三开关408向第三开关跟踪轨道436上的配置使得第三增益级400被有效地转出到接地端。

此外，对于至少一个实施方案而言，第四增益级402的特征在理想情况下与第二增益级206的特征基本上相同。此外，在跟踪模式期间，第三电容器404被充电到参考电压信号VREF与第二内部电压V2之间出现的值。应当理解，如果第四增益级402被配置为在第四增益级输入节点418处生成与在第二增益级输入209处生成的直流(DC)操作点类似的DC操作点，则第一内部电压V1和第二内部电压V2将大约相同。此外，应当理解，当启动保持模式时，接地节点442可有利地被偏置以便几乎匹配第二增益级输入209处的DC操作点并且使得在用第三增益级400所输出的信号稳定第二增益级206时将遇到最小延迟。

保持操作模式

在保持模式期间，第一电路200、第一调节块220和第二调节块228被配置为提供第四电路401。如相对于第四电路501实施方案在图5中所示，输出电压信号VOUT大于或等于箝制电压信号VCLAMP。此外，输入电压信号VIN小于参考电压信号VREF。依据图3，这些条件使得M1和M2均具有高值并且跟踪信号T具有低值，同时保持信号H具有高值。这使得这些开关分别依据图5来配置。

更具体地讲，如图5所示，在保持操作模式期间，第一开关210将第一增益级204与第二增益级206隔离。此外，第三增益级400和第四增益级402现在连接到主电路。此外，第三电容器404经由第四开关410连接到第五节点440–如上所述，该第五节点连接到第四增益级输出420。该配置使得第三电容器404有效地充当第四增益级402的米勒电容器。此外，第四增益级402随后经由第一增益级204(A1)和第四增益级402(A4)的布置来作为另一个(“第二”)第二增益级操作。此外，由于第三电容器404已在跟踪模式期间基本上预充电，因此在第一节点211处产生的第三内部电压V3中发生不显著和/或最小的干扰。应当理解，有效产生的A1-A4组合的放大器相对于第一节点211而言作为由参考电压信号VREF驱动的第一电压跟随器放大器操作。类似地，如图5所示的第一开关210和第三开关408的配置有效地产生第二增益级206(A2)和第三增益级400(A3)，这些增益级也有效地作为第二节点229处的第二电压跟随器放大器操作，且箝制电压信号VCLAMP充当第二输入电压信号。

转换模式

在转换模式期间，第一电路200在保持操作模式和跟踪操作模式之间转换。对于至少一个实施方案而言，在图5的第四/保持模式电路501和图4的第三/跟踪模式电路401之间发生此类转换。此外，应当理解，依据图2、图4和图5所示的实施方案，在输入电压信号VIN大于参考电压信号VREF时发生此类转换。依据图3的第二电路300，该条件使得M2具有低值，从而使得跟踪信号T具有高值并且保持信号H具有低值。应当理解，由于在每个操作模式期间第三增益级400和第四增益级402与第三电容器404一起被偏置以便使任何稳定瞬变最小化，因此可发生箝制模式和跟踪模式之间的转换以便提供快速响应–如上所定义。此外，应当理解，当第三增益级400和第四增益级402被适当偏置(本领域的普通技术人员能够完成这样的操作)时，稳定时间将主要取决于与第一比较器302和第二比较器304相关联的响应时间。

在图6中，示出了根据本公开的至少一个实施方案配置的电路的操作响应。如图所示，比较器延迟时间tCD决定在从保持模式到跟踪模式的转换之间出现的延迟量。

应当理解，如本文相对于本公开的至少一个实施方案所用，“保持”模式对应于第一操作模式，其中对于第一电路200和/或第四/保持模式电路501的至少一个实施方案而言，输出电压信号VOUT被箝制在箝制电压信号VCLAMP所指定的电压电位。相反，“跟踪”模式对应于第二操作模式，其中对于至少第一电路200和/或第三/跟踪模式电路401的实施方案而言，该系统以稳态方式操作，其中输出电压信号VOUT基于输入电压信号VIN存在与否来相应地增加或减小(同时针对至少一个实施方案执行积分功能)，并且按照受箝制操作模式对第一增益级204的重新偏置所需的时间基本上不取决于RC时间常数，而是基本上主要取决于基于第二电路300的第一比较器302和/或第二比较器304的操作约束而出现的任何延迟。

虽然上文已经以一定程度的特殊性或者参考一个或多个单独实施方案描述了受权利要求书保护的本发明的各种实施方案，但是本领域技术人员可在不脱离受权利要求书保护的本发明的实质或范围的情况下对所公开的实施方案进行许多改变。术语“约”、“大约”或“基本上”的使用意指元件的值具有预期接近陈述值或位置的参数。然而，如本领域所熟知，可存在妨碍值恰好等于陈述值的微小变化。因此，预期差异诸如10％差值是本领域普通技术人员将预计和获知的合理差异，并且相对于本公开的一个或多个实施方案的陈述或理想目标而言是可接受的。还应当理解，术语“顶部”和“底部”、“左”和“右”、“上”和“下”、“第一”、“第二”、“之前”、“之后”和其他类似术语仅用于描述和便于参考的目的，并非旨在限于本公开的各种实施方案的任何元件的任何取向或构型或者或操作的任何序列。此外，术语“和”和“或”并非旨在以限制或扩展性质使用，并且覆盖本公开的实施方案的元件和操作的组合的任何可能范围。因此可以设想到其他实施方案。意图在于，包含在以上描述中并且在附图中示出的所有内容应被解释为仅是对实施方案的说明而非限制。在不脱离如所附权利要求书中定义的本发明的基本要素的情况下，可以进行细节或结构的改变。

对于至少一个实施方案而言，用于受控延迟运算放大器的第一调节块[220]可包括耦接到第一开关保持轨道[212]的第四节点[438]；耦接在第四节点[438]与第四开关[432]之间的第三电容器[404]；其中第四节点[438]耦接到第一开关[210]；其中第四开关[410]包括：耦接到第三电容器[404]的第四开关输入节点[432]；耦接到提供参考电压[VREF]的参考电压节点[226]的第四开关跟踪轨道[426]；以及耦接到第五节点[440]的第四开关保持轨道[428]；第二开关[406]，该第二开关包括：耦接到第五节点[440]的第二开关输入节点[430]；耦接到第四节点[438]的第二开关跟踪轨道[422]；以及耦接到运算放大器[202]的第二开关保持轨道[424]；第四增益级[402]，该第四增益级包括：耦接到第四节点[438]的第四增益级输入节点[418]；以及耦接到第五节点[440]的第四增益级输出节点[420]；其中第二开关[406]基于是跟踪信号[T]还是保持信号[H]具有正值而通过分别拉到第二开关跟踪轨道[422]和第四开关保持轨道[424]中的一者来将第四增益级[402]选择性地耦接到第四节点[438]或运算放大器[202]中的一者；并且其中第四开关[410]基于是跟踪信号[T]还是保持信号[H]具有正值而通过分别拉到第四开关跟踪轨道[426]和第四开关保持轨道[428]中的一者来将第三电容器[404]选择性地耦接到参考电压节点[226]或第五节点[440]中的一者。

对于至少一个实施方案而言，用于受控延迟运算放大器的第二调节块[228]可包括：第三开关[408]，该第三开关包括：第三开关输入[431]；耦接到接地端[442]的第三开关跟踪轨道[436]；以及耦接到第二节点[229]的第三开关保持轨道[434]；以及耦接到第二增益级[206]并且耦接到第三开关输入[431]的第三增益级[400]；其中第三开关[408]基于是跟踪信号[T]还是保持信号[H]具有正值而通过分别拉到第三开关跟踪轨道[436]和第三开关保持轨道[434]中的一者来将第三增益级[400]选择性地耦接到接地端[442]或第二节点[229]中的一者。

对于至少一个实施方案而言，用于受箝制受控延迟运算放大器的第一增益级[204]可包括：非反相输入节点[201]；耦接到参考电压[VREF]源[226]的反相输入节点[203]；以及耦接到第一开关[210]的输出节点[205]。

对于至少一个实施方案而言，用于受控延迟运算放大器的第一电路[200]可包括在第一节点[211]处耦接在输入电压[VIN]源与非反相输入节点[201]之间的第一电阻器[103]；以及耦接到第一节点[211]和第三节点[231]的第一电容器[105]。

对于受箝制受控延迟运算放大器的至少一个实施方案而言，所使用的第二电容器[208]可为米勒补偿电容器；并且积分受箝制受控延迟运算放大器可由RC电路形成，该RC电路由第一电路[202]、第一电阻器[203]和第一电容器[105]形成；并且可基于与比较器[302]和第二比较器[304]中的至少一者相关联的响应时间而产生受控延迟。

对于根据权利要求12所述的受箝制受控延迟运算放大器的至少一个实施方案而言，可预先确定与之一起使用的箝制电压和参考电压中的每一者。

对于使用受箝制受控延迟运算放大器的方法的至少一个实施方案而言，其中受箝制受控延迟运算放大器包括：第一调节块[220]，该第一调节块包括：第四开关[410]，该第四开关具有耦接到第三电容器[404]的第四开关输入节点[432]、耦接到提供参考电压[VREF]的参考电压节点[226]的第四开关跟踪轨道[426]、耦接到第五节点[440]的第四开关保持轨道[428]；其中第三电容器[404]耦接在第四节点[438]与第四开关[432]之间；第二开关[406]，该第二开关具有耦接到第五节点[440]的第二开关输入节点[430]、耦接到第四节点[438]的第二开关跟踪轨道[422]、以及耦接到第一电路[202]的第二开关保持轨道[424]；第四增益级[402]，该第四增益级具有耦接到第四节点[438]的第四增益级输入节点[418]，以及耦接到第五节点[440]的第四增益级输出节点[420]；其中第二开关[406]基于是跟踪信号[T]还是保持信号[H]具有正值而通过分别拉到第二开关跟踪轨道[422]和第四开关保持轨道[424]中的一者来将第四增益级[402]选择性地耦接到第四节点[438]或运算放大器[202]中的一者；并且其中第四开关[410]基于是跟踪信号[T]还是保持信号[H]具有正值而通过分别拉到第四开关跟踪轨道[426]和第四开关保持轨道[428]中的一者来将第三电容器[404]选择性地耦接到参考电压节点[226]或第五节点[440]中的一者。

Claims (10)

1.一种受箝制受控延迟运算放大器，包括：

第一电路，所述第一电路包括运算放大器；和

第二电路，所述第二电路被配置为所述第一电路的输出电压与箝制电压的第一比较以及输入电压与参考电压的第二比较，将所述第一电路调节成第一操作模式和第二操作模式中的一者。

2.根据权利要求1所述的受箝制受控延迟运算放大器，

其中所述第一电路还包括：

第一调节块；

第二调节块；

运算放大器；和

第一开关，

所述运算放大器包括：第一增益级和第二增益级；

所述第一开关包括：

第一开关输入节点；

第一开关跟踪轨道，所述第一开关跟踪轨道经由第二节点耦接到所述第二调节块和所述第二增益级中的每一者；和

第一开关保持轨道，所述第一开关保持轨道耦接到所述第一调节块；

其中所述第二调节块与所述第二增益级并联耦接在所述第二节点与第三节点之间；

其中所述第二增益级是米勒补偿放大器；

其中第二电容器与所述第二增益级和所述第二调节块并联耦接；

其中所述第一开关根据当前操作模式是否为所述第一操作模式、所述第二操作模式和转换模式中的一者而将所述运算放大器与所述第一调节块和所述第二调节块中的每一者选择性地耦接和去耦。

3.根据权利要求2所述的受箝制受控延迟运算放大器，

其中所述第一开关在所述第一操作模式期间将所述第一增益级耦接到所述第一调节块；并且

其中所述第一开关在所述第二操作模式期间将所述第一增益级耦接到所述第二增益级。

4.根据权利要求1所述的受箝制受控延迟运算放大器，其中所述第二电路包括：

第一比较器，所述第一比较器被配置为将所述输出电压与所述箝制电压进行比较并且输出第一模式信号；

第二比较器，所述第二比较器被配置为将所述输入电压与所述参考电压进行比较并且输出第二模式信号；

第一逻辑部件，所述第一逻辑部件被配置为接收所述第一模式信号和所述第二模式信号，执行至少一个逻辑操作，并且输出逻辑信号；和

双工输出部件，所述双工输出部件被配置为接收所述逻辑信号，并且基于所述逻辑信号的当前值，输出对应的跟踪信号和反向对应的保持信号中的每一者；

其中所述跟踪信号和所述保持信号具有不同电压电位。

5.根据权利要求4所述的受箝制受控延迟运算放大器，

其中当所述输出电压大于或等于所述箝制电压时，所述第一模式信号具有正值；

其中当所述输入电压小于所述参考电压时，所述第二模式信号具有正值；

其中当所述第一模式信号和所述第二模式信号均具有正值时，所述逻辑信号的所述当前值为负；

其中当所述第一模式信号和所述第二模式信号中的至少一者具有负值时，所述逻辑信号的所述当前值为正；

其中在所述双工输出部件输出正值时，所述第一电路被配置成所述第二操作模式；并且

其中在所述双工输出部件输出负值时，所述第一电路被配置成所述第一操作模式。

6.根据权利要求5所述的受箝制受控延迟运算放大器，

其中所述第一操作模式是保持模式并且所述第二操作模式是跟踪模式；

其中所述运算放大器包括：

第一增益级；和

第二增益级，所述第二增益级具有在此将所述输出电压提供给第三节点的第二增益级输出；

其中所述第一增益级通过第一开关和第二节点选择性地耦接到所述第二增益级；

所述受控延迟运算放大器还包括：

第一调节块，所述第一调节块在所述第一操作模式期间由所述第一开关选择性地耦接到所述第一增益级；和

第二调节块，所述第二调节块以与所述第二增益级的并联配置耦接到所述第二节点并且耦接到所述第三节点；

其中所述第一开关被配置为接收所述跟踪信号和所述保持信号中的至少一者；

其中基于所述跟踪信号和所述保持信号中的至少一者的接收，所述第一开关将所述第一增益级与所述第二增益级选择性地耦接和去耦；

其中在所述第一操作模式期间，所述第一增益级与所述第二增益级去耦；并且

其中在所述第二操作模式期间，所述第一增益级耦接到所述第二增益级。

7.一种控制电路，用于控制受控延迟运算放大器电路在第一操作模式与第二操作模式之间的转换，所述控制电路包括：

第一比较器，所述第一比较器被配置为将输出电压与箝制电压进行比较并且输出第一模式信号；

第二比较器，所述第二比较器被配置为将输入电压与参考电压进行比较并且输出第二模式信号；

第一逻辑部件，所述第一逻辑部件被配置为接收所述第一模式信号和所述第二模式信号，执行至少一个逻辑操作，并且输出逻辑信号；和

双工输出部件，所述双工输出部件被配置为接收所述逻辑信号，并且基于所述逻辑信号包括的是正值还是负值，输出对应的跟踪信号和反向对应的保持信号中的每一者；

其中所述跟踪信号和所述保持信号具有不同电压电位，并且由第一开关用来将运算放大器的第一增益级与所述运算放大器的第二增益级选择性地耦接和去耦。

8.根据权利要求7所述的控制电路，

其中所述跟踪信号和所述保持信号由第一调节块用来提供所述运算放大器在从箝制模式转换为跟踪模式时所产生的快速响应；

其中所述跟踪信号和所述保持信号由第二调节块用来使所述运算放大器在两种不同操作模式之间转换时出现的瞬变最小化；并且

其中所述两种不同操作模式中的第一操作模式是所述箝制模式，并且所述两种不同操作模式中的第二操作模式是所述跟踪模式。

9.一种用于选择性控制从运算放大器电路的箝制恢复的方法，包括：

在第一操作模式期间将运算放大器电路中提供的电容器耦接到参考电压；以及

当所述运算放大器电路从第一操作模式转换为第二操作模式时，通过使所述电容器放电来用所述参考电压偏置所述运算放大器电路的输入电压。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中所述电容器在第一调节块中提供并且选择性地耦接到所述运算放大器电路中提供的第一运算放大器；

其中所述第一运算放大器包括第一增益级和第一开关；并且

其中在所述第一操作模式期间，第一开关将所述第一增益级与所述电容器耦接。

Images