CN1275384C - 运算放大器装置 - Google Patents
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Abstract
包含一个运算放大器(A)和一个输入失调控制电路(IOCS)的运算放大器装置(OA)的特征在于上述运算放大器装置还包含一个适于测量和比较上述运算放大器的一个输出级(OS)的串联输出分支上的相应输出电流的电流检测和比较设备(CSCD)，上述电流检测和比较设备(CSCD)被连接在上述运算放大器的上述输出级(OS)和上述输入失调控制电路(IOCS)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一个运算放大器装置，该装置适于控制一个运算放大器的输入失调电压。
背景技术
这种运算放大器在本领域中是已知的，例如美国专利6066986号所述的运算放大器。其中描述了一个集成运算放大器设备，该设备包含一个运算放大器和一个输入失调控制电路，该电路包含与这个运算放大器相连以便提供无交流电的正电可调输入失调电压和负电可调输入失调电压中的至少一个的装置。一个外部编程设备被连接到一个用户输入调整终端，而被包含在输入失调控制电路内并且被连接在这个外部编程设备和运算放大器之间的其它设备保证为放大器的一个具体偏压电路提供能够得到期望输出电压的电压。
然而该专利中没有提到如何确定被输入到外部编程设备的可调输入失调电压。也没有提到一个检测到的输出电压与被输入到外部编程设备以便传送给放大器的偏压电路的输入信号之间的关系。
因此，已知的失调控制电路均需要对运算放大器的输出电压的测量并且将测量的电压与一个已知参考电压相比较，例如在有关模拟电路设计的教学手册，比如B.Razavi的“模拟CMOS集成电路设计”，471-476页中描述的那样。
然而这些现有的解决方案均不适于满足比如现有技术的xDSL线路驱动器的精度要求。这些驱动器可以承受较低的电阻负载，例如仅仅5-6欧姆。对于这些应用，小的输出失调电压会迅速导致大的失调负载电流，从而不必要地增加了功耗和这些输出驱动器的畸变程度。
发明内容
因此本发明的一个目标是提供了一个具有上述类型但可以获取非常高的精度的运算放大器装置，从而允许这些运算放大器被用于驱动小负载。
根据本发明，通过彼此比较所述的放大器输出级的两个串联分支中的两个单独输出电流来实现这个目标。
本发明提供了一种包含一个运算放大器和一个输入失调控制电路的运算放大器装置，其特征在于上述运算放大器装置还包含一个适于测量和比较上述运算放大器的一个输出级的串联输出分支上的相应输出电流的电流检测和比较设备，上述电流检测和比较设备被连接在上述运算放大器的上述输出级和上述输入失调控制电路之间。
这样，不仅比较输出电流和预定参考值，而且相互比较输出电流，另外还调整运算放大器的输入偏压电压以便这些测量的输出电流相等，从而得到非常高的精度。
在本发明的放大器装置中，上述输入失调控制电路包含控制逻辑设备，其中上述控制逻辑设备的一个输入端被连接到上述电流检测和比较设备的一个输出端，而上述控制逻辑设备的一个输出端被连接到上述电流检测和比较设备的一个D/A转换器。
在本发明的放大器装置中，上述D/A转换器被连接到上述运算放大器的一个输入端并且适于向上述输入端提供一个电压，使得上述运算放大器的上述串联输出分支上的上述相应输出电流相等。
因而输入失调控制电路包括一个控制逻辑电路和一个D/A转换器。与使用电容器存储电荷以便调节失调电压的现有技术相比，本解决方案不使用任何电容器。由于存在泄漏这一先天缺陷，实际需要刷新电容器上存储的电荷。本发明也克服了这个问题。
附图说明
参照下面结合附图对一个实施例进行的描述可以更清晰和更好地理解本发明的上述和其它目标、特征以及本发明自身，其中：
图1是有关本发明的运算放大器装置AA的示意图，
图2提供了图1的电流检测和比较设备CSCD的晶体管级实施例。
具体实施方式
图1示出了本发明的一个运算放大器装置AA。这个装置具有一个输入端IN和一个输出端OUT，其中输出端OUT通过一个反馈电路Rfb被连接到输入端IN，并且还被连接到一个外部负载Rload。AA基本上包含一个运算放大器AMP，一个电流检测和比较设备CSCD，和一个输入失调控制电路IOCS。电流检测和比较设备适于检测运算放大器的两个输出级串联分支的输出电流。在图1所示的实施例中，这个输出级OS包括一个标准AB类输出级，其中包含一个与nMOS晶体管N1串联的pMOS晶体管P1。因而两个串联分支仅仅包括这些晶体管P1和N1的漏极-源极路径。然而本发明适用于任何包含两个串联分支的输出级。
在CSCD内检测通过P1和N1的电流。在图2所示的实施例中，这个设备仅仅包括一个反相器，该反相器与一个放大器相连。这个反相器包含一个镜像P晶体管Pmir和一个镜像N晶体管Nmir，其中镜像P晶体管Pmir的栅被连接到输出晶体管P1的栅。分别通过Pmir和Nmir的电流与通过P1和N1的电流成比例，这种特性分别是由P1/N1和Pmir/Nmir之间的尺寸均衡性造成的。并且CSCD的放大器被连接到Pmir和Nmir之间的交叉点上。放大器的操作使得在通过P1/Pmir的电流小于通过N1/Nmir的电流的情况下放大器的输出为低。类似地，在通过P1/Pmir的电流大于通过N1/Nmir的电流的情况下放大器的输出为高。然而也可以使用其它在本领域众所周知的电流检测和比较技术。由于众所周知，这里不再对其进行描述。
在上述实施例中，CSCD的输出信号表明串联分支中的一个电流低于或高于另一个电流。然而其它实施例中可以提供更多数量的输出信号以表明两个电流之间的相对或绝对差值。
在各种情况下CSCM提供的信号总是充当输入失调控制电路IOCS的一个输入信号。在图1所示的实施例中，这个输入失调控制电路自身包含两个主要构造模块：一个控制逻辑模块CL和一个数模转换器D/A CONV。控制逻辑的功能是调整D/A转换器的电平或编码，使得所得到的被提供给放大器AMP的一个输入端的模拟电压在通过N1/P1的输出电流中产生适当的变化。如果通过P1的电流最初高于通过N1的电流，则控制逻辑设备CL会调整D/A转换器编码以便降低通过P1的电流并且增加通过N1的电流。根据CSCD和CL的具体实施例，CL可以按照最精细的粒度，即逐位地调整D/A转换器的编码，也可以适于选择用于调整编码的粒度。最终通过P1和N1的电流会等于D/A转换器的分辨率范围。
这个解决方案的另一个优点是可以通过离线方式，即当在运算放大器装置OA的输入端IN上没有输入信号时实现失调电压控制。因而可以在放大器装置启动期间，即在电源电压被连接到电源电压端但没有出现输入信号时完成对两个电流的测量。当在启动期间通过Pmir的电流，即通过P1的电流的镜像电流大于通过Nmir的电流，即通过N1的电流的镜像电流时，放大器的输出电压过高，并且D/A电压将被降低，从而导致输出电压的降低。反之，放大器装置OA的输出电压过低，并且会增加D/A转换器电压以便提高输出电压。在两种情况下，D/A转换器编码会分别被逐步减少和增加，直到CSCM的放大器的值分别从高变低或从低变高。
应当注意，尽管针对一个单端运算放大器装置描述了本发明，但本发明也适用于差动，双差动和其它放大器装置结构。
虽然前面结合具体装置描述了本发明的原理，但是显然可以理解这种描述只是为了举例说明，并不能被视作对本发明如所附权利要求书定义的范围的限制。
Claims (3)
1.包含一个运算放大器(A)和一个输入失调控制电路(IOCS)的运算放大器装置(OA)
其特征在于
上述运算放大器装置还包含一个适于测量和比较上述运算放大器的一个输出级(OS)的串联输出分支上的相应输出电流的电流检测和比较设备(CSCD)，上述电流检测和比较设备(CSCD)被连接在上述运算放大器的上述输出级(OS)和上述输入失调控制电路(IOCS)之间。
2.如权利要求1所述的运算放大器装置(OA)
其特征在于
上述输入失调控制电路(IOCS)包含控制逻辑设备(CL)，其中上述控制逻辑设备(CL)的一个输入端被连接到上述电流检测和比较设备(CSCD)的一个输出端，而上述控制逻辑设备(CL)的一个输出端被连接到上述电流检测和比较设备(CSCD)的一个D/A转换器(D/A conv)。
3.如权利要求2所述的运算放大器装置(OA)
其特征在于
上述D/A转换器被连接到上述运算放大器的一个输入端并且适于向上述输入端提供一个电压，使得上述运算放大器的上述串联输出分支上的上述相应输出电流相等。
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