CN114924608A - 参考电压产生电路 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供一种参考电压产生电路。参考电压产生电路包括：比较器、调压电路、以及失调电压补偿电路。其中，比较器的第一输入端耦接失调电压补偿电路的输出端。比较器的第二输入端耦接调压电路的输出端。比较器被配置为根据失调电压补偿电路输出的补偿电压与调压电路输出的参考电压生成比较电压。调压电路被配置为根据比较电压来调节参考电压以使得参考电压与补偿电压相等，并向输出电压端提供参考电压。失调电压补偿电路被配置为根据来自输入电压端的输入电压和参考电压来生成补偿电压。

Description

参考电压产生电路

技术领域

本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地，涉及参考电压产生电路。

背景技术

比较器是模拟集成电路中的一个常见模块，也常被应用在参考电压产生电路中。比较器的性能很大程度上影响着系统的性能，但是比较器的性能受到了其失调电压的严重制约，特别是随着CMOS工艺特征尺寸的逐步减小，由于阈值电压、面积因子以及寄生电容的失配引起的比较器电路的失调逐渐增大。比较器电路失调的存在对于小信号的精密比较来说影响很大，因此需要采用电路技术进行补偿或者消除，以达到精确比较和信号处理的目的。

发明内容

本文中描述的实施例提供了一种参考电压产生电路。

根据本公开的第一方面，提供了一种参考电压产生电路。参考电压产生电路包括：比较器、调压电路、以及失调电压补偿电路。其中，比较器的第一输入端耦接失调电压补偿电路的输出端。比较器的第二输入端耦接调压电路的输出端。比较器被配置为根据失调电压补偿电路输出的补偿电压与调压电路输出的参考电压生成比较电压。调压电路被配置为根据比较电压来调节参考电压以使得参考电压与补偿电压相等，并向输出电压端提供参考电压。失调电压补偿电路被配置为根据来自输入电压端的输入电压和参考电压来生成补偿电压。

在本公开的一些实施例中，失调电压补偿电路包括：失调电压反馈电路、以及补偿电压产生电路。其中，失调电压反馈电路被配置为根据输入电压和参考电压生成失调反馈电流。补偿电压产生电路被配置为根据失调反馈电流和输入电压生成补偿电压。

在本公开的一些实施例中，补偿电压产生电路包括：运算放大器、以及电阻器。其中，运算放大器的第一输入端耦接输入电压端。运算放大器的第二输入端耦接电阻器的第一端和补偿电压产生电路的第一输入端。运算放大器的输出端耦接电阻器的第二端和比较器的第一输入端。

在本公开的一些实施例中，运算放大器的第一输入端是同相输入端。运算放大器的第二输入端是反相输入端。

在本公开的一些实施例中，失调电压反馈电路包括：跨导放大器。其中，跨导放大器的第一输入端耦接输出电压端。跨导放大器的第二输入端耦接输入电压端。跨导放大器的输出端耦接补偿电压产生电路的第一输入端。

在本公开的一些实施例中，跨导放大器的第一输入端是同相输入端，跨导放大器的第二输入端是反相输入端。

在本公开的一些实施例中，在参考电压高于输入电压的情况下，失调反馈电流从跨导放大器向外流出。在参考电压低于输入电压的情况下，失调反馈电流流向跨导放大器。在参考电压等于输入电压的情况下，失调反馈电流为零。

在本公开的一些实施例中，比较器的第一输入端是同相输入端。比较器的第二输入端是反相输入端。

在本公开的一些实施例中，比较电压包括失调电压。

根据本公开的第二方面，提供了一种参考电压产生电路。参考电压产生电路包括：比较器、调压电路、运算放大器、电阻器、以及跨导放大器。其中，比较器的第一输入端耦接电阻器的第二端。比较器的第二输入端耦接调压电路的输出端。比较器的输出端耦接调压电路的输入端。调压电路被配置为根据比较器输出的比较电压来调节调压电路输出的参考电压以使得参考电压与比较器的第一输入端的电压相等，并向输出电压端提供参考电压。运算放大器的第一输入端耦接输入电压端。运算放大器的第二输入端耦接电阻器的第一端和跨导放大器的输出端。运算放大器的输出端耦接电阻器的第二端和比较器的第一输入端。跨导放大器的第一输入端耦接调压电路的输出端。跨导放大器的第二输入端耦接输入电压端。

附图说明

为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制，其中：

图1是一种参考电压产生电路的示例性电路图；

图2是根据本公开的实施例的参考电压产生电路的示意性框图；

图3是根据本公开的实施例的参考电压产生电路的另一示意性框图；以及

图4是根据本公开的实施例的参考电压产生电路的示例性电路图。

在附图中，最后两位数字相同的标记对应于相同的元素。需要注意的是，附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。

具体实施方式

为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。

图1示出了一种参考电压产生电路100的示例性电路图。如图1所示，参考电压产生电路100可包括：比较器COMP、以及调压电路110。其中，比较器COMP的同相输入端耦接输入电压端V1。比较器COMP的反相输入端耦接调压电路110的输出端。比较器COMP的输出端耦接调压电路110的输入端。在图1的示例中，电阻器R和电容器C是负载。

比较器COMP根据输入电压端V1的输入电压V1和调压电路110输出的参考电压Vo生成比较电压Vs，并将比较电压Vs提供给调压电路110的输入端。调压电路110根据比较电压Vs生成参考电压Vo，并将参考电压Vo反馈给比较器COMP的反相输入端。其中，参考电压Vo具有驱动能力，可以驱动负载。在图1的示例中，该参考电压Vo可以驱动电阻器R。当电阻器R的电阻值减小时，参考电压Vo减小。当参考电压Vo小于输入电压V1时，比较电压Vs增大，调压电路110会向上调节参考电压Vo，使参考电压Vo保持和输入电压V1相等。当电阻器R的电阻值增大时，参考电压Vo增大。当参考电压Vo大于输入电压V1时，比较电压Vs减小，调压电路110会向下调节参考电压Vo，使参考电压Vo保持和输入电压V1相等。这样参考电压产生电路100可实现稳压。针对图1所示的参考电压产生电路100，如果要提高比较器COMP的响应速度，就要减小比较器COMP内部mos管的尺寸，因此比较器COMP的同相输入端的电压和反相输入端的电压之间的失调电压(在上下文中可由Vos来表示)会相应变大。失调电压Vos会被直接叠加到参考电压Vo上，使得Vo＝V1-Vos或者Vo＝V1+Vos。这将导致参考电压Vo不准。

本公开的实施例提出了一种参考电压产生电路。图2示出了根据本公开的实施例的参考电压产生电路200的示意性框图。如图2所示，参考电压产生电路200可包括：比较器COMP、调压电路210、以及失调电压补偿电路220。在图2的示例中，电阻器R和电容器C是负载。

其中，比较器COMP的同相输入端耦接失调电压补偿电路220的输出端。比较器COMP的反相输入端耦接调压电路210的输出端。比较器COMP的输出端耦接调压电路210的输入端。比较器COMP被配置为根据失调电压补偿电路220输出的补偿电压V2与调压电路210输出的参考电压Vo生成比较电压Vs。

调压电路210可耦接比较器COMP的输出端、以及输出电压端Vo。调压电路210被配置为根据比较电压Vs来调节参考电压Vo以使得参考电压Vo与补偿电压V2相等，并向输出电压端Vo提供参考电压Vo。

失调电压补偿电路220可耦接输入电压端V1、比较器COMP的反相输入端、以及调压电路210的输出端。失调电压补偿电路220被配置为根据来自输入电压端V1的输入电压V1和参考电压Vo来生成补偿电压V2。由于补偿电压V2是根据参考电压Vo生成的，因此补偿电压V2能够向比较器的同相输入端反馈失调电压Vos，从而补偿比较器的失调电压Vos。

图3进一步示出了如图2所示的失调电压补偿电路220的结构框图。如图3所示，失调电压补偿电路220可包括：失调电压反馈电路222、以及补偿电压产生电路221。在图3的示例中，电阻器R和电容器C是负载。

其中，失调电压反馈电路222可耦接比较器COMP的反相输入端、调压电路210的输出端、输入电压端V1、以及补偿电压产生电路221。失调电压反馈电路222被配置为根据输入电压V1和参考电压Vo生成失调反馈电流。当参考电压Vo大于输入电压V1时，电压反馈电路222输出失调反馈电流I1。当参考电压Vo小于输入电压V1时，失调电压反馈电路222输出失调反馈电流I2。当参考电压Vo等于输入电压V1时，电压反馈电路222输出的失调反馈电流为零。

补偿电压产生电路221可耦接输入电压端V1、失调电压反馈电路222、以及比较器COMP的同相输入端。补偿电压产生电路221被配置为根据失调反馈电流和输入电压V1生成补偿电压V2。

在图3的示例中，当Vo<V1时，失调电压反馈电路222输出失调反馈电流I2并将失调反馈电流I2提供给补偿电压产生电路221。补偿电压产生电路221根据失调反馈电流I2和输入电压V1生成补偿电压V2并将补偿电压V2提供给比较器COMP的同相输入端。比较器COMP根据补偿电压V2与调压电路210输出的参考电压Vo生成比较电压Vs。调压电路210根据比较电压Vs来调节参考电压Vo以使得参考电压Vo与补偿电压V2相等，并向输出电压端Vo提供参考电压Vo。比较器COMP的同相输入端的电压和反相输入端的电压相等，比较器COMP的失调电压Vos减小。

当Vo>V1时,失调电压反馈电路222输出失调反馈电流I1并将失调反馈电流I1提供给补偿电压产生电路221。补偿电压产生电路221根据失调反馈电流I1和输入电压V1生成补偿电压V2并将补偿电压V2提供给比较器COMP的同相输入端。比较器COMP根据补偿电压V2与调压电路210输出的参考电压Vo生成比较电压Vs。调压电路210根据比较电压Vs来调节参考电压Vo以使得参考电压Vo与补偿电压V2相等，并向输出电压端Vo提供参考电压Vo。比较器COMP的同相输入端的电压和反相输入端的电压相等，比较器COMP的失调电压Vos减小。

图4示出了根据本公开的实施例的参考电压产生电路200的示例性电路图。补偿电压产生电路221可包括运算放大器OPA和电阻器R1。失调电压反馈电路222可包括跨导放大器OTA。在图4的示例中，电阻器R和电容器C是负载。

其中，比较器COMP的同相输入端耦接电阻器R1的第二端。比较器COMP的反相输入端耦接调压电路210的输出端。比较器COMP的输出端耦接调压电路210的输入端。运算放大器OPA的同相输入端耦接输入电压端V1。运算放大器OPA的反相输入端耦接电阻器R1的第一端和跨导放大器OTA的输出端。运算放大器OPA的输出端耦接电阻器R1的第二端和比较器COMP的同相输入端。跨导放大器OTA的同相输入端耦接调压电路210的输出端。跨导放大器OTA的反相输入端耦接输入电压端V1。

下面结合图4的示例来说明根据本公开的实施例的参考电压产生电路200的工作过程。

在比较器COMP存在失调电压Vos的情况下，Vo＝V2+Vos或者Vo＝V2-Vos。其中，Vo表示参考电压，V2表示补偿电压，Vos表示比较器COMP的失调电压。

当Vo＝V2-Vos(1)时，由于Vo<V1，跨导放大器OTA输出失调反馈电流I2。如图4所示，失调反馈电流I2流向跨导放大器OTA。在本实施例中，跨导放大器OTA的跨导被表示为gm，则失调反馈电流I2＝gm×(V1-Vo)(2)。根据运算放大器OPA的虚短原理，运算放大器OPA的反相输入端的电压V3等于同相输入端的电压V1，即V3＝V1。因此，补偿电压V2＝V3+R1×I2＝V1+R1×I2(3)。由式(2)和式(3)可得：V2＝V1+gm×(V1-Vo)×R1(4)。由式(1)和式(4)可得：Vo＝V1+gm×(V1-Vo)×R1-Vos(5)。从式(5)可得Vo＝V1-Vos/(1+gm×R1)(6)。由式(6)可以看出，相比于图1的示例，比较器COMP的失调电压Vos被减小到了1/(1+gm×R1)倍。因此，失调电压Vos明显减小了。

当Vo＝V2+Vos(7)时，由于Vo>V1,跨导放大器OTA输出失调反馈电流I1。如图4所示，失调反馈电流I1从跨导放大器OTA向外流出。跨导放大器OTA的跨导被表示为gm，则失调反馈电流I1＝gm×(Vo-V1)(8)。根据运算放大器OPA的虚短原理，运算放大器OPA的反相输入端的电压V3等于同相输入端的电压V1，即V3＝V1。因此V2＝V3-R1×I1＝V1-R1×I1(9)。由公式(8)和(9)可得V2＝V1-gm×(Vo-V1)×R1(10)。由式(7)和式(10)可得：Vo＝V1+gm×(V1-Vo)×R1+Vos(11)。从式(11)可得Vo＝V1+Vos/(1+gm×R1)(12)。由式(12)可以看出，相比于图1的示例，比较器COMP的失调电压Vos被减小到了1/(1+gm×R1)倍。因此，失调电压Vos明显减小了。

本领域技术人员应理解，基于上述发明构思对图2至图4所示的电路进行的变型也应落入本公开的保护范围之内。在该变型中，上述比较器和放大器的同相输入端和反相输入端也可以具有与图2至图4所示的示例不同的设置。

综上所述，根据本公开的实施例的参考电压产生电路可通过向比较器的两个输入端都反馈失调电压来补偿比较器的失调电压，从而实现稳压。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种参考电压产生电路，包括：比较器、调压电路、以及失调电压补偿电路，

其中，所述比较器的第一输入端耦接所述失调电压补偿电路的输出端，所述比较器的第二输入端耦接所述调压电路的输出端，所述比较器被配置为根据所述失调电压补偿电路输出的补偿电压与所述调压电路输出的参考电压生成比较电压；

所述调压电路被配置为根据所述比较电压来调节所述参考电压以使得所述参考电压与所述补偿电压相等，并向输出电压端提供所述参考电压；

所述失调电压补偿电路被配置为根据来自输入电压端的输入电压和所述参考电压来生成所述补偿电压。

2.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其中，所述失调电压补偿电路包括：失调电压反馈电路、以及补偿电压产生电路，

其中，所述失调电压反馈电路被配置为根据所述输入电压和所述参考电压生成失调反馈电流；

补偿电压产生电路被配置为根据所述失调反馈电流和所述输入电压生成所述补偿电压。

3.根据权利要求2所述的参考电压产生电路，其中，所述补偿电压产生电路包括：运算放大器、以及电阻器，

其中，所述运算放大器的第一输入端耦接所述输入电压端，所述运算放大器的第二输入端耦接所述电阻器的第一端和所述补偿电压产生电路的第一输入端，所述运算放大器的输出端耦接所述电阻器的第二端和所述比较器的所述第一输入端。

4.根据权利要求3所述的参考电压产生电路，其中，所述运算放大器的所述第一输入端是同相输入端，所述运算放大器的所述第二输入端是反相输入端。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的参考电压产生电路，其中，所述失调电压反馈电路包括：跨导放大器，

其中，所述跨导放大器的第一输入端耦接所述输出电压端，所述跨导放大器的第二输入端耦接所述输入电压端，所述跨导放大器的输出端耦接所述补偿电压产生电路的第一输入端。

6.根据权利要求5所述的参考电压产生电路，其中，所述跨导放大器的所述第一输入端是同相输入端，所述跨导放大器的所述第二输入端是反相输入端。

7.根据权利要求6所述的参考电压产生电路，其中，在所述参考电压高于所述输入电压的情况下，所述失调反馈电流从所述跨导放大器向外流出；

在所述参考电压低于所述输入电压的情况下，所述失调反馈电流流向所述跨导放大器；

在所述参考电压等于所述输入电压的情况下，所述失调反馈电流为零。

8.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其中，所述比较器的所述第一输入端是同相输入端，所述比较器的所述第二输入端是反相输入端。

9.根据权利要求1所述的参考电压产生电路，其中，所述比较电压包括失调电压。

10.一种参考电压产生电路，包括：比较器、调压电路、运算放大器、电阻器、以及跨导放大器，

其中，所述比较器的第一输入端耦接所述电阻器的第二端，所述比较器的第二输入端耦接所述调压电路的输出端，所述比较器的输出端耦接所述调压电路的输入端；

所述调压电路被配置为根据所述比较器输出的比较电压来调节所述调压电路输出的参考电压以使得所述参考电压与所述比较器的第一输入端的电压相等，并向输出电压端提供所述参考电压；

所述运算放大器的第一输入端耦接输入电压端，所述运算放大器的第二输入端耦接所述电阻器的第一端和所述跨导放大器的输出端，所述运算放大器的输出端耦接所述电阻器的所述第二端和所述比较器的所述第一输入端；

所述跨导放大器的第一输入端耦接所述调压电路的所述输出端，所述跨导放大器的第二输入端耦接所述输入电压端。

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