CN115580248B - 一种输出共模可调的精密差分放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出共模可调的精密差分放大器，包括放大器，所述放大器采用基于桥电阻的电流放大结构，其工作原理为：输入信号VIP‑VIN经源跟随放大器放大后，输出电压VSP和VSN作用于桥电阻Rin两端，流经MP5的电流Ip和流经MP6的电流In经电流镜MP7、MP9复制后，分别经过负载Rop和Ron，产生输出电压VOP和VON；在基于桥电阻的电流放大结构基础上，增加两组电流源整列。本发明提供一种输出共模可调的精密差分放大器，基于桥电阻的电流放大结构，通过在放大器差分输出的负载上增加相同的额外电流，达到调节放大器差分输出共模电压的目的。

Description

一种输出共模可调的精密差分放大器
技术领域
本发明涉及差分放大器领域。
背景技术
近年来，随着人工智能技术的快速发展，自动驾驶技术成为近年来汽车行业最受关注的技术之一。自动驾驶技术使用大量的传感器来采集车辆周围的信息，为了保证驾驶安全，汽车必须能够基于汽车和目标之间的距离精确测量快速进行响应，并对数据进行处理，而目标检测应用通常需要高精度模拟数字转换器(ADC)。目前主流的高精度ADC采用两级结构，而在两级ADC之间，需要使用增益固定的精密差分放大器。同时，由于采集到的信息用处不同，处理后的数据往往需要不同的共模电压，因此需要能够调节输出共模电压的精密放大器。
传统的共模可调放大器通常会在放大器输出端增加输出共模调节电路，缺陷是电路复杂，且会引入offset，造成放大器增益误差。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种输出共模可调的精密差分放大器，基于桥电阻的电流放大结构，通过在放大器差分输出的负载上增加相同的额外电流，达到调节放大器差分输出共模电压的目的。
技术方案：为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种输出共模可调的精密差分放大器，包括放大器，所述放大器采用基于桥电阻的电流放大结构，其工作原理为：
输入信号VIP-VIN经源跟随放大器放大后，输出电压VSP和VSN作用于桥电阻Rin两端，流经MP5的电流Ip和流经MP6的电流In经电流镜MP7、MP9复制后，分别经过负载Rop和Ron，产生输出电压VOP和VON；
在基于桥电阻的电流放大结构基础上，增加两组电流源整列。
进一步的，基于桥电阻的电流放大结构电路中，VIP增大时，VL_P减小，造成MP12支路流经的电流减小，造成VH_P降低，造成电流镜MP7支路复制的电流减小，形成负反馈通路，使得放大器拥有固定的增益。
进一步的，放大器的增益大小可通过调整VL_P和VL_N的大小进行调节。
进一步的，桥电阻上流经的电流大小为：
流经MP5支路和MP6支路的电流则分别为：
Ip＝I0+Iin In＝I0-iin。
进一步的，增加的两组电流源整列为I_ARRAY_P和I_ARRAY_N；控制模块与电流源整列I_ARRAY_P输入端连接，电流源整列I_ARRAY_P输出端与负载Rop连接；控制模块与电流源整列I_ARRAY_N输入端连接，电流源整列I_ARRAY_N输出端与负载Ron连接。
进一步的，两组电流源阵列I_ARRAY_P和I_ARRAY_N在控制模块的控制下，向负载Rop、Ron注入相同大小的电流I_trim_p和I_trim_n，在不改变放大器增益的基础上，改变了输出电压的共模。
有益效果：本发明中基于桥电阻的电流放大结构电路的控制电路简单，额外电路面积很小，且不引入额外的offset，保证了放大器的增益稳定。通过在放大器差分输出的负载上增加相同的额外电流，在不改变放大器增益的基础上，改变了输出电压的共模；达到调节放大器差分输出共模电压的目的。
附图说明
附图1为增益固定的精密差分放大器原理图；
附图2为输出共模可调的增益固定的差分放大器原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1-2：一种输出共模可调的精密差分放大器，包括放大器，所述放大器采用基于桥电阻的电流放大结构，其工作原理为：
输入信号VIP-VIN经源跟随放大器放大后，输出电压VSP和VSN作用于桥电阻Rin两端，则桥电阻上流经的电流大小为：
流经MP5支路和MP6支路的电流则分别为：
Ip＝I0+Iin In＝I0-iin
Ip和In经电流镜MP7、MP9复制后，分别经过负载Rop和Ron，产生输出电压VOP和VON；
在基于桥电阻的电流放大结构基础上，增加两组电流源整列。
基于桥电阻的电流放大结构电路中，VIP增大时，VL_P减小，造成MP12支路流经的电流减小，造成VH_P降低，造成电流镜MP7支路复制的电流减小，形成负反馈通路，使得放大器拥有固定的增益，VL_N通路对VL_P通路的负反馈作用与上述负反馈原理相同。放大器的增益大小可通过调整VL_P和VL_N的大小进行调节。基于桥电阻的电流放大结构电路的控制电路简单，额外电路面积很小，且不引入额外的offset，保证了放大器的增益稳定。
增加的两组电流源整列为I_ARRAY_P和I_ARRAY_N；控制模块与电流源整列I_ARRAY_P输入端连接，电流源整列I_ARRAY_P输出端与负载Rop连接；控制模块与电流源整列I_ARRAY_N输入端连接，电流源整列I_ARRAY_N输出端与负载Ron连接。两组电流源阵列I_ARRAY_P和I_ARRAY_N在控制模块的控制下，向负载Rop、Ron注入相同大小的电流I_trim_p和I_trim_n，在不改变放大器增益的基础上，改变了输出电压的共模。通过在放大器差分输出的负载上增加相同的额外电流，达到调节放大器差分输出共模电压的目的。在电流源整列为I_ARRAY_P和I_ARRAY_N的输出端各增加一个电阻。注入的电流I_trim_p和I_trim_n分别先通过电阻，然后再注入到负载Rop、Ron中，能预先对电流起到缓冲的作用。也可以是串联一个放大器，对于非常低的输入偏置电流，用作缓冲器，将另一个放大器级联到负反馈通路中起到一定的增益合并的效果，从而增加了差分放大器整体的性能。
以上仅为本发明的优选实施方案，并不用以限制本发明，相对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明上述原理的情况下，还能做出若干改进和改变，这些改进和改变也同样视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种输出共模可调的精密差分放大器，其特征在于：包括放大器，所述放大器采用基于桥电阻的电流放大结构，其工作原理为：
输入信号VIP-VIN经源跟随放大器放大后，输出电压VSP和VSN作用于桥电阻Rin两端，流经MP5的电流Ip和流经MP6的电流In经电流镜MP7、MP9复制后，分别经过负载Rop和Ron，产生输出电压VOP和VON；
在基于桥电阻的电流放大结构基础上，增加两组电流源整列；
基于桥电阻的电流放大结构电路中，VIP电压增大时，VL_P电压减小，造成MP12支路流经的电流减小，造成VH_P电压降低，造成电流镜MP7支路复制的电流减小，形成负反馈通路，使得放大器拥有固定的增益；
所述电流镜MP7的栅极输出VH_P电压到功率管MP5的栅极，电流镜MP7的集电极输出信号到功率管MP8的发射极，电流镜MP7的栅极输出VH_P电压到电流镜MP7的发射极形成负反馈；所述电流镜MP7支路为电流镜MP7栅极输出VH_P电压到功率管MP5栅极的线路；
所述功率管MP12的栅极输出VL_P电压到功率管MN1的发射极，功率管MP12的发射极接收MP11集电极输出的信号，功率管MP12的集电极与电路中的总线连接；所述功率管MP12支路为功率管MP12的栅极输出VL_P电压到功率管MN1发射极的线路。
2.根据权利要求1所述的一种输出共模可调的精密差分放大器，其特征在于：放大器的增益大小可通过调整VL_P电压和VL_N电压的大小进行调节。
3.根据权利要求2所述的一种输出共模可调的精密差分放大器，其特征在于：桥电阻上流经的电流大小为：流经MP5支路和MP6支路的电流则分别为：/>。
4.根据权利要求3所述的一种输出共模可调的精密差分放大器，其特征在于：增加的两组电流源整列为I_ARRAY_P和I_ARRAY_N；控制模块与电流源整列I_ARRAY_P输入端连接，电流源整列I_ARRAY_P输出端与负载Rop连接；控制模块与电流源整列I_ARRAY_N输入端连接，电流源整列I_ARRAY_N输出端与负载Ron连接。
5.根据权利要求4所述的一种输出共模可调的精密差分放大器，其特征在于：两组电流源阵列I_ARRAY_P和I_ARRAY_N在控制模块的控制下，向负载Rop、Ron注入相同大小的电流I_trim_p和I_trim_n，在不改变放大器增益的基础上，改变了输出电压的共模。
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