CN111026213A - 一种电流转电压电路和电流转电压电路的供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流转电压电路,包括:电流源电路、电流优化装置、跨阻放大器TIA、其他电路;其中,所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;所述电流优化装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。本发明还公开了一种电流转电压电路的供电方法。
Description
技术领域
本发明涉及电流转电压技术,尤其涉及一种电流转电压电路和电流转电压电路的供电方法。
背景技术
在把电流转换成电压的应用中,通常会在电流的输出端加一个带有运放的跨阻放大器(TIA,Trans-Impedance Amplifier)。所述TIA的输出要连接到后面的其他装置上,所以运放的输出电压的共模电压必须适应其他装置的输入电压的共模值需求限制,也会受到运放自己的电路结构的限制。TIA的输入受到自己的电路结构限制,输入共模电压也只能在很小的一个范围内选择。传统的设计中,这个运放的输入共模电压和输出共模电压是相等的,这使得运放的设计不够灵活,对偏置电流,偏置电压的要求很高。
对于使用PMOS作为运放输入对管的运放来说,比二分之一电源电压稍低一些的输入共模更实用一些;而对于输出共模电压较低的应用来说,输入共模电压通常高于输出共模电压。对于上述情况,如何保证运放的输入共模电压和输出共模电压的灵活调节,是当前需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种电流转电压电路和电流转电压电路的供电方法。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:本发明实施例提供了一种电流转电压电路,所述电路包括:电流源电路,所述电路还包括:电流优化装置、跨阻放大器TIA、其他电路;其中,所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;所述电流优化装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
可选的,所述电流优化装置与所述跨阻放大器的输入端连接;所述跨阻放大器包括:两个电阻和运算放大器;所述电流优化装置,包括:电流抽取装置和/或电流补充装置;其中,所述电流补充装置,用于通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;所述电流抽取装置,用于通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
可选的,所述电流抽取装置,包括:第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管;其中,所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅G极相连;所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源S极相连并接地;所述第三NMOS管的G极连接第四NMOS管的G极和D极,并且连接第一电源端;所述第四NMOS管的S极接地。
可选的,所述电流抽取装置,包括:第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管;其中,所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅G极相连;所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源S极相连并接地;所述第三NMOS管的G极连接运算放大器的输出端;所述运算放大器的第一输入端连接所述跨阻放大器的两个输入端。
可选的,所述电流补充装置,包括:第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管;其中,所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅G极相连;所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一PMOS管、所述第二PMOS管的源S极相连并连接所述第三NMOS管的D极,所述第三PMOS管的S极连接第二电源端。
可选的,所述电流补充装置,包括:第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管;其中,所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅G极相连;所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一PMOS管、所述第二PMOS管的源S极相连并连接所述第三NMOS管的D极,所述第三PMOS管的S极连接第二电源端;所述点PMOS管的G极连接运算放大器的第一输出端,所述运算放大器的第一输入端连接所述跨阻放大器的两个输入端。
本发明实施例提供了一种电流转电压电路的供电方法,所述电流转电压电路采用上述的电路;所述方法包括:电流源电路为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;电流优化装置为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;跨阻放大器根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
可选的,所述电流优化装置,包括:电流抽取装置、电流补充装置;其中,所述电流优化装置为所述跨阻放大器补充电流,包括:所述电流补充装置通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;所述电流优化装置从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,包括:所述电流抽取装置通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
可选的,所述电流抽取装置通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压之前,所述方法还包括:获取所述跨阻放大器的输入共模电压和所需的输出共模电压;结合所述跨阻放大器的电阻的阻值,按下式(1)确定需抽取的电流值Iy1;VINCM=VOUTCM-Iy1*R (1)式中,VINCM表征输入共模电压,VOUTCM表征输出共模电压,R表征跨阻放大器的电阻的阻值。
可选的,所述电流补充装置通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压之前,所述方法还包括:获取所述跨阻放大器的输入共模电压和所需的输出共模电压,结合所述跨阻放大器的电阻的阻值,按下式(2)确定需补充的电流值Iy2;VINCM=VOUTCM+Iy2*R (2)式中,VINCM表征输入共模电压,VOUTCM表征输出共模电压,R表征跨阻放大器的电阻的阻值。
本发明实施例所提供的电流转电压电路和电流转电压电路的供电方法,电流转电压电路,包括:电流源电路、电流优化装置、跨阻放大器、其他电路;其中,所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;所述电流优化装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。本发明实施例,通过电流优化装置抽取电流或补充电流,即可保证任何情况下跨阻放大器的输入共模电压和输出共模电压相等,设计灵活,实现方便。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电流转电压电路的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的另一种电流转电压电路的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种电流抽取装置的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的另一种电流抽取装置的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的一种电流补充装置的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的另一种电流补充装置的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的再一种电流转电压电路的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的一种电流转电压电路的供电方法的流程示意图。
具体实施方式
在本发明的各种实施例中,电流转电压电路,包括:电流源电路、电流优化装置、跨阻放大器、其他电路;其中,所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;所述电流优化装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
下面结合实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种电流转电压电路的结构示意图;如图1所示,所述电流转电压电路,包括:电流源电路、电流优化装置、跨阻放大器、其他电路;其中,
所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;
所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电流提供符合电压共模要求的电压。
本实施例中,所述电流优化装置具体为电流抽取装置,所述电流抽取装置,用于从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
本实施例中,所述电流优化装置、这里为电路抽取装置与所述跨阻放大器的输入端连接;所述跨阻放大器包括:两个电阻和运算放大器。
所述电流抽取装置,用于通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
具体地,所述电流抽取装置可以采用以下结构。
图3为本发明实施例提供的一种电流抽取装置的结构示意图;如图3所示,所述电流抽取装置,包括:第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管;其中,所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅G极相连;所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源S极相连并接地;
所述第三NMOS管的G极连接第四NMOS管的G极和D极,并且连接第一电源端;所述第四NMOS管的S极接地。
图中,Vb1和Vb0分别表征两个不同的电压源提供的电压值。
图4为本发明实施例提供的另一种电流抽取装置的结构示意图;如图4所示,所述电流抽取装置,也可以如图3所示包括:第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管;且连接关系相似。具体来说,所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅G极相连;所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源S极相连并接地;
所述第三NMOS管的G极连接运算放大器的输出端;所述运算放大器的第一输入端连接所述跨阻放大器的两个输入端。
图中,Vb1指电压源给出的电压值,VINCM指输入共模电压;VINN、VINP即图1或2中的跨阻放大器输入侧的两个电压。
在现有的电流转电压电路设计基础上,增加了上述图3和图4所示的电流抽取装置;该装置设置在跨阻放大器的运算放大器的输入端,通过跨阻放大器的电阻,从运算放大器的输出端VOUTP和VOUTN抽取相同的电流Iy,具体来说,运算放大器输出电流Iy,该电流经过跨阻R、即跨阻放大器的电阻R,流进优化装置(即电流抽取装置),形成回路,从而使得运算放大器的输入共模电压(VINCM)等于运算放大器的输出共模电压(VOUTCM)减去Iy与R的乘积,即VINCM=VOUTCM-Iy*R。
通过上述方案,在VINCM小于VOUTCM的时候,可以灵活地选择Iy,来达到理想的性能。
图2为本发明实施例提供的另一种电流转电压电路的结构示意图;如图2所示,所述电流转电压电路,包括:电流源电路、电流优化装置、跨阻放大器、其他电路;其中,
所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;
所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电流提供符合电压共模要求的电压。
本实施例中,所述电流优化装置具体为电流补充装置,所述电流补充装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压。
这里,所述电流优化装置、即所述电流补充装置与所述跨阻放大器的输入端连接;所述跨阻放大器包括:两个电阻和运算放大器。
所述电流补充装置,用于通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压。
具体地,所述电流补充装置可以采用以下结构。
图5为本发明实施例提供的一种电流补充装置的结构示意图;如图5所示,所述电流补充装置,包括:第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管;其中,
所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅G极相连;
所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;
所述第一PMOS管、所述第二PMOS管的源S极相连并连接所述第三NMOS管的D极,所述第三PMOS管的S极连接第二电源端。
Vb1和Vb0分别表征两个不同的电压源提供的电压值。
图6为本发明实施例提供的另一种电流补充装置的结构示意图;如图6所示,所述电流补充装置,包括:第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管;且连接关系与图5所示相似,具体来说,所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅G极相连;
所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;
所述第一PMOS管、所述第二PMOS管的源S极相连并连接所述第三NMOS管的D极,所述第三PMOS管的S极连接第二电源端;
所述点PMOS管的G极连接运算放大器的第一输出端,所述运算放大器的第一输入端连接所述跨阻放大器的两个输入端。
在现有的传统的电流转电压电路设计基础上,增加了上述图5和图6提供的电流补充装置,所述电流补充装置设置在跨阻放大器的输入端,通过跨阻放大器的电阻,为跨阻放大器中的运算放大器的输出端、即图中的VOUTP和VOUTN补充相同的电流、记做Iy;从而可以使得运算放大器的输入共模电压(VINCM)等于运算放大器的输出共模电压(VOUTCM)增加Iy与R的乘积,即VINCM=VOUTCM+Iy*R。
通过上述方案,在VINCM大于VOUTCM的时候,只需灵活地选择Iy,即可达到理想的性能。
图7为本发明实施例提供的再一种电流转电压电路的结构示意图;如图7所示,所述电流转电压电路,包括:电流源电路、电流优化装置、跨阻放大器、其他电路;其中,
所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;
所述电流优化装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;
所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
所述电流优化装置可以具体为电流补充装置或电流抽取装置,分别如图1或2所示,这里不再赘述。
针对不同的应用,由开发人员选择采用电流补充装置或电流抽取装置,实现补充或抽取流量。举例来说,所述其他电路需要输入信号的共模、即所需的跨阻放大器的输出共模电压是200mV,而跨阻放大器的输入共模电压是500mV,则采用补充电流的方式来实现,具体补充电流Iy值根据VINCM=VOUTCM+Iy*R确定,其中R为已知参数。
图8为本发明实施例提供的一种电流转电压电路的供电方法的流程示意图;如图8所示,所述电流转电压电路的供电方法,具体应用于上述电流转电压电路;所述方法包括:
步骤801、电流源电路为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;
步骤802、电流优化装置为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;
步骤803、跨阻放大器根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
具体地,所述电流优化装置,包括:电流抽取装置、电流补充装置;其中,
所述电流优化装置为所述跨阻放大器补充电流,包括:
所述电流补充装置通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;
所述电流优化装置从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,包括:
所述电流抽取装置通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
具体地,所述电流抽取装置通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压之前,所述方法还包括:
获取所述跨阻放大器的输入共模电压和所需的输出共模电压;
结合所述跨阻放大器的电阻的阻值,按下式(1)确定需抽取的电流值Iy1;
VINCM=VOUTCM-Iy1*R (1)
式中,VINCM表征输入共模电压,VOUTCM表征输出共模电压,R表征跨阻放大器的电阻的阻值。
具体地,所述电流补充装置通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压之前,所述方法还包括:
获取所述跨阻放大器的输入共模电压和所需的输出共模电压,结合所述跨阻放大器的电阻的阻值,按下式(2)确定需补充的电流值Iy2;
VINCM=VOUTCM+Iy2*R (2)
式中,VINCM表征输入共模电压,VOUTCM表征输出共模电压,R表征跨阻放大器的电阻的阻值。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电流转电压电路,所述电路包括:电流源电路,其特征在于,所述电路还包括:电流优化装置、跨阻放大器TIA、其他电路;其中,
所述电流源电路,用于为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;
所述电流优化装置,用于为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;
所述跨阻放大器,用于根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
2.根据权利要求1所述的电流转电压电路,其特征在于,所述电流优化装置与所述跨阻放大器的输入端连接;所述跨阻放大器包括:两个电阻和运算放大器;
所述电流优化装置,包括:电流抽取装置和/或电流补充装置;其中,
所述电流补充装置,用于通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;
所述电流抽取装置,用于通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
3.根据权利要求2所述的电流转电压电路,其特征在于,所述电流抽取装置,包括:第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管;其中,所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅G极相连;所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源S极相连并接地;
所述第三NMOS管的G极连接第四NMOS管的G极和D极,并且连接第一电源端;所述第四NMOS管的S极接地。
4.根据权利要求2所述的电流转电压电路,其特征在于,所述电流抽取装置,包括:第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管;其中,所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅G极相连;所述第一NMOS管和第二NMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;所述第一NMOS管、所述第二NMOS管和所述第三NMOS管的源S极相连并接地;
所述第三NMOS管的G极连接运算放大器的输出端;所述运算放大器的第一输入端连接所述跨阻放大器的两个输入端。
5.根据权利要求2所述的电流转电压电路,其特征在于,所述电流补充装置,包括:第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管;其中,
所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅G极相连;
所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;
所述第一PMOS管、所述第二PMOS管的源S极相连并连接所述第三NMOS管的D极,所述第三PMOS管的S极连接第二电源端。
6.根据权利要求2所述的电流转电压电路,其特征在于,所述电流补充装置,包括:第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管;其中,
所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅G极相连;
所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏D极分别连接所述跨阻放大器的两个输入端;
所述第一PMOS管、所述第二PMOS管的源S极相连并连接所述第三NMOS管的D极,所述第三PMOS管的S极连接第二电源端;
所述点PMOS管的G极连接运算放大器的第一输出端,所述运算放大器的第一输入端连接所述跨阻放大器的两个输入端。
7.一种电流转电压电路的供电方法,其特征在于,所述电流转电压电路采用上述权利要求1-6任意一项所述的电路;所述方法包括:
电流源电路为所述电流转电压电路提供为提供稳定的电流;
电流优化装置为所述跨阻放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;或者,从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压;
跨阻放大器根据接收的所述电流优化装置输出的电流,为所述其他电路提供符合电压共模要求的电压。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述电流优化装置,包括:电流抽取装置、电流补充装置;其中,
所述电流优化装置为所述跨阻放大器补充电流,包括:
所述电流补充装置通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压;
所述电流优化装置从所述跨阻放大器的输出端抽取电流,包括:
所述电流抽取装置通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述电流抽取装置通过所述两个电阻从所述运算放大器的输出端抽取电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压低于输出共模电压之前,所述方法还包括:
获取所述跨阻放大器的输入共模电压和所需的输出共模电压;
结合所述跨阻放大器的电阻的阻值,按下式(1)确定需抽取的电流值Iy1;
VINCM=VOUTCM-Iy1*R (1)
式中,VINCM表征输入共模电压,VOUTCM表征输出共模电压,R表征跨阻放大器的电阻的阻值。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述电流补充装置通过所述两个电阻为所述运算放大器补充电流,以使所述跨阻放大器的输入共模电压高于输出共模电压之前,所述方法还包括:
获取所述跨阻放大器的输入共模电压和所需的输出共模电压,结合所述跨阻放大器的电阻的阻值,按下式(2)确定需补充的电流值Iy2;
VINCM=VOUTCM+Iy2*R (2)
式中,VINCM表征输入共模电压,VOUTCM表征输出共模电压,R表征跨阻放大器的电阻的阻值。
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2019
- 2019-11-07 CN CN201911084586.3A patent/CN111026213A/zh not_active Withdrawn
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