CN1574646A - 电平移动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度和高性能的电平移动电路，运算放大器所具有的偏移误差以及信号源的数/模转换器的输出动态范围不会对其产生不利影响。由于连接在差分输出端之间的两组电阻器4o和4p有相同的电阻值，并且提供了运算放大器4r用于执行电平移动控制，以下述方式执行反馈运算，即使差分输出4i和4m的每一个的平均电压持续等于DC参考电压4q，而与输出目的运算放大器的偏移误差无关，并实现具有小误差的电平移动功能。同时，由于电阻器4h和另一个电阻器4l串联在数/模转换器4a的一个差分输出端和电平移动电路之间，电压可以在数/模转换器4a的输出动态范围之外输出。

Description

电平移动电路
技术领域
本发明涉及一种模拟接口电路。进一步说，本发明涉及到一种有效应用于所述模拟接口电路中的技术，该接口电路被制造在半导体集成电路中。例如，一种在称为调制器、语音编解码器等通讯装置中应用的技术。
背景技术
例如，如图3中所示，在日本已公开的专利申请第Hei-9-238078的第6页中，传统电平移动电路包括差分运算放大器和单相运算放大器，电流加法型数模转换器的正相输出端和负相输出端分别与该差分运算放大器的两个输入端连接。并且，差分运算放大器的两个输入端之间的电势差被单相运算放大器放大，然后被放大的电势差被反馈给电流加法型数模转换器，电流加法型数模转换器的正相输出端和负相输出端的输出电流被微调，差分运算放大器的第一输出端和第二输出端的偏移电压被微调，从而减少了偏移误差。
然而，传统技术中所描述的电路布置中，并未提供差分运算放大器本身拥有的用于检测和校正偏移误差的装置，这就增加了偏移误差。本发明已经被用来解决上述问题，因此本发明的目标是提供一种可以校正整个系统的偏移误差的电平移动电路(level shift circuit)，该偏移误差也包括由运算放大器本身造成的偏移误差。
发明内容
要解决这个问题，根据本发明，提供了一种电平移动电压输出装置，包括：具有两个相等电阻值的电阻器，用于连续地检测运算放大器的两个差分信号输出之间的中间点电压；以及运算放大器，用于放大该中间点电压和第三输入电压之间的电势差，并且向运算放大器的输入信号或正相输入端反馈放大后的电势差。
附图说明
图1是示出了通过现有技术实现的电平移动电路的布线图。
图2是示出了根据本发明实施例1的电平移动电路的布线图。
图3是示出了根据本发明实施例2的电平移动电路的布线图。
图4是示出了根据本发明实施例3的电平移动电路的布线图。
图5是示出了根据本发明实施例4的电平移动电路的布线图。
具体实施方式
图1是示出了通过现有技术实现的电平移动电路的布线图。图1中所示电路具有电流加法型数模转换器1a、第一运算放大器1e、第一电阻器1g、第二电阻器1i、第二运算放大器1l、以及第三运算放大器1n。电流加法型数/模转换器1a由“n”个电流源1a(1)到1a(n)和多个开关组成，其中电流源通过每个比特分别被加权，多个开关中的任何一个响应于n比特数字输入值1b而被接通，并且该电流加法型数/模转换器1a具有正相输出端1c和负相输出端1d。第一运算放大器1e具有差分输出端，并且其两个输入端连接到正相输出端1c和负相输出端1d。第一电阻器1g连接到第一运算放大器的第一输出端1f和正相输出端1c之间。第二电阻器1i连接到第一运算放大器1e的第二输出端1h和负相输出端1d之间。第二运算放大器1l放大正相输出端1c和DC参考电压1j之间的差值，并且把放大后的电势差反馈给第一校正电流源1k。第三运算放大器1n放大负相输出端1d和DC参考电压1j之间的差值，并且把放大后的电势差反馈给第二校正电流源1m。
在电流加法型数/模转换(D/A)器1a中，因为获得该D/A转换器1a的输出作为电流值，正相输出端1c和负相输出端1d之间的每个电压可以取任意的电压值。
使用反馈运算，第一运算放大器1e将第一输出端1f的电压改变成这样的电压，即该电压是通过将正相输出端1c的电压减去经过第一电阻器1g所得到的电压降而定义的。同样，第一运算放大器1e将第二输出端1h的电压改变成这样的电压，即该电压是通过将负相输出端1d的电压减去经过第二电阻器1i所得到的电压降而定义的。进一步地，第二运算放大器1l控制第一校正电流源1k，使正相输出端1c的电压与DC参考电压1j相等。第三运算放大器1n控制第二校正电流源1m，使负相输出端1d的电压与DC参考电压1j相等。
基于上述运算，因为正相输出端1c的电压和负相输出端1d的电压都和DC参考电压1j相等，第一输出端1f的电压和第二输出端1h的电压可能分别组成了差分输出，而DC参考电压1j被定义为最大电压。
如上所述，在图1所示电路中，电路组成部件“1e”到“1n”可以作为关于电流加法型D/A转换器1a的正相输出端1c和负相输出端1d的电平移动电路。
然而，在上述电路的配置中，没有用于检测第一运算放大器1e自身所具有的偏移误差、并校正所检测的偏移误差的装置。因而，第一运算放大器1e自身所拥有的偏移误差被施加到第一输出端1f和第二输出端1h上，使得不能高精度地制造该电平移动电路。
为了解决上述问题，需要一种装置，用来检测并校正第一输出端1f和第二输出端1h的偏移误差。
图2示出了如本发明的权利要求1中所述的电平移动电路的第一实施例。
图2中的电路包括：电流加法型数/模转换器2a，第一运算放大器2e，第一电阻器2g，第二电阻器2i，第三电阻器2j，第四电阻器2k，和第二运算放大器2o。电流加法型数/模转换器2a由“n”个电流源2a(1)到2a(n)和多个开关组成，其中电流源每个比特分别被加权，开关中的任何一个被接通以便响应n比特数字输入值2b，并且该电流加法型数/模转换器2a具有正相输出端2c和负相输出端2d。第一运算放大器2e具有差分输出端，并且其两个输入端连接到正相输出端2c和负相输出端2d。第一电阻器2g连接在第一运算放大器2e的第一输出端2f和正相输出端2c之间。第二电阻器2i连接在第一运算放大器2e的第二输出端2h和负相输出端2d之间。第三电阻器2j和第四电阻器2k串联在第一输出端2f和第二输出端2h之间，并且第三电阻器2j和第四电阻器2k的电阻值相等。第二运算放大器2o放大DC参考电压2l与第一输出端2f和第二输出端2h之间的中间点的电压之间的差值，第一输出端2f和第二输出端2h之间的中间点的电压产生于第三电阻器2j和第四电阻器2k之间的连接点。然后，第二运算放大器2o把放大后的电势差反馈给第一校正电流源1m和第二校正电流源1n。
在电流加法型数/模(D/A)转换器2a中，由于获得该D/A转换器2a的输出作为电流值，因此正相输出端2c和负相输出端2d的每个电压可以取任意的电压值。
使用反馈运算，第一运算放大器2e将第一输出端2f的电压改变成这样的电压，即该电压通过将正相输出端2c的电压减去经过第一电阻器2g所得到的电压降而定义。此外，第一运算放大器2e将第二输出端2h的电压改变成这样的电压，即该电压通过从负相输出端2d的电压减去经过第二电阻器2i所得到的电压降而定义。同样，第一输出端2f和第二输出端2h之间的中间电压通过电阻值彼此相同的第三电阻器2j和第四电阻器2k来产生。该中间电压成为第一输出端2f和第二输出端2h之间的平均电压，其等于一个差分信号。第二运算放大器2o通过使第一输出端2f的平均电压和第二输出端2h的平均电压与DC参考电压2l相等，来控制第一校正电流源2m和第二校正电流源2n。
如上所述，在图2所示的电路中，由“2e”到“2o”所指示的电路部件可以作为关于电流加法型D/A转换器2a的正相输出端2c和负相输出端2d的电平移动电路。同样，第一输出端2f的平均电压和第二输出端2h的平均电压均不依赖于第一运算放大器2e的偏移误差，而是一直等于DC参考电压2l。
如上所述，如果本发明如权利要求1所述的电平移动电路被实施，即使第一运算放大器2e有偏移误差，也能够实现具有高精度的电平移动电路，第一输出端2f和第二输出端2h中不出现偏移误差。
图3示出了本发明如权利要求2中所述的电平移动电路的第二实施例。
图3中所示电路和图2中所示电路相似。该电路与图2中电路的不同之处在于：电流加法型数/模转换器3a的正相输出端3c和负相输出端3d不是直接与具有差分输出端的第一运算放大器3e连接，而是经过第五电阻器3p和第六电阻器3q相互连接。此外，正相输出端3c和负相输出端3d通过第七电阻器3r和第八电阻器3s分别与地连接。
如果使用图3中的电路配置，那么可以借助第五电阻器3p和第六电阻器3q，在第一运算放大器3e的两个输入电压和电流加法型数/模转换器3a的正相输出端3c和负相输出端3d之间设置任意的电势差。
同样，甚至当从第一输出端3f和第二输出端3h所得到的输出电压被持续地限定在超过电流加法型数/模转换器3a的输出动态范围的电压范围时，也将正相输出端3c和负相输出端3d经由第七电阻器3r和第八电阻器3s连接到零电压，使得正相输出端3c的输出和负相输出端3d的输出均可以被设定为有关输出动态范围的电压范围内的电压。
由于能够获得上述效果，即使在电平移动运算执行之后、来自第一输出端3f和第二输出端3h的输出电压持续地出现在超过电流加法型数/模转换器3a的输出动态范围的电压范围内，该输出电压也可以从第一输出端3f和第二输出端3h得出，而没有任何偏移误差。
如上所述，在图3所示的电路中，电路部件“3e”到“3s”可以作为电流加法型数/模转换器3a的正相输出端3c和负相输出端3d的电平移动电路。同样，第一输出端3f的平均电压和第二输出端3h的平均电压均不依赖于电流加法型数/模转换器3a的输出动态范围和第一运算放大器2e的偏移误差，而是一直等于DC参考电压3l。
如上所述，如果使用本发明的权利要求2所述的电平移动电路，即使第一运算放大器3e有偏移误差，该偏移误差也不会出现在第一运算放大器3e的第一输出端3f和第二输出端3h中，更进一步说，可以实现高精度的电平移动电路，其不依赖于电流加法型数/模转换器3a的输出动态范围。
图4示出了如本发明权利要求3所述的电平移动电路的第三实施例。
图4中的电路具有：电流加法型数模转换器4a，第一电阻器4e，第二电阻器4f，第一运算放大器4g，第三电阻器4h，第四电阻器4j，第二运算放大器4k，第五电阻器4l，第六电阻器4n，第七电阻器4o，第八电阻器4p，以及第三运算放大器4r。电流加法型数/模转换器4a由“n”个电流源4a(1)到4a(n)和多个开关组成，其中电流源每个比特分别被加权，多个开关中的任何一个由n比特数字输入值4b接通，以及还包括正相输出端4c和负相输出端4d。第一电阻器4e连接在正相输出端4c与地电位之间。第二电阻器4f连接在负相输出端4d与地电位之间。第三电阻器4h连接在正相输出端4c和第一运算放大器4g的倒相输入(inverting input)端之间。第四电阻器4j连接在第一输出端4i和第一运算放大器4g的倒相输入端之间。第六电阻器4n连接在第二输出端4m和第二运算放大器4k的倒相输入端之间。第七电阻器4o和第八电阻器4p有相同的电阻值，并且串联在第一输出端4i和第二输出端4m之间。在第三运算放大器4r中，DC参考电压4q连接到其正相输入端；第七电阻器4o和第八电阻器4p之间的连接点连接到其倒相输入端；同样，其输出公共连接在第一运算放大器4g的正相输入端和第二运算放大器4k的正相输入端。
电流加法型数/模转换器4a经由第一电阻器4e和第二电阻器4f从正相输出端4c和负相输出端4d输出差分电压信号。并且，第一运算放大器4g、第三电阻器4h和第四电阻器4j组成了第一倒相放大电路，而第二运算放大器4j、第五电阻器4l和第六电阻器4m组成了第二倒相放大电路。第一倒相放大电路和第二倒相放大电路执行倒相放大运算，而第三运算放大器4r的输出电压被用作公共参考电压。
在该电路中，第三运算放大器4r的输出电压构成了对应于第一倒相放大电路的输出的第一输出端4i和对应于第二倒相放大电路的输出的第二输出端4m之间的中间电压。也就是，通过放大每个差分输出信号电压的平均电压和DC参考电压4g之间的差值所得到的电压。第三运算放大器4r的输出、第一倒相放大电路以及第二倒相放大电路组成了反馈环。该反馈环沿相同方向增加和减小第一输出端4i的每个输出电压和第二输出端4m的每个输出电压。因此，该反馈环以使第一输出端4i和第二输出端4m之间的中间点的电压，即每个差分输出信号的平均电压与DC参考电压4g相等的方式来执行反馈操作。
如上所述，在图4所示的电路中，电路部件“4e”到“4s”可以作为关于电流加法型数/模转换器4a的正相输出端4c和负相输出端4d的电平移动电路。同样，第一输出端4i的平均电压和第二输出端4m的平均电压均一直等于DC参考电压4q，而不依赖于电流加法型数/模转换器4a的输出动态范围、第一运算放大器4q的偏移误差以及第二运算放大器4k的偏移误差。
如上所述，如果使用本发明的权利要求3所述的电平移动电路，甚至当第一运算放大器4q和第二运算放大器4k中有偏移误差时，该偏移误差也不会出现在第一运算放大器4q以及第二运算放大器4k的第一输出端4i和第二输出端4m中，更进一步说，可以实现具有高精度的高性能电平移动电路，其不依赖于电流加法型数/模转换器4a的输出动态范围。
图5示出了如本发明权利要求2所述的电平移动电路的第四实施例。
图5中所示电路和图4中所示电路相似。该电路与图4中电路的不同之处在于：第一电容器5s与第四电阻器5j并联，第二电容器5t与第六电阻器5n并联。
在图5所示的电路中，第一运算放大器5g、第三电阻器5h和第四电阻器5j组成了第一倒相放大电路，而第二运算放大器5j、第五电阻器51和第六电阻器5m组成了第二倒相放大电路。结果，通过增加电容器，可以关于第一倒相放大电路和第二倒相放大电路的部分附加地提供滤波功能。在本实施例的情况中，由于另外使用了第一电容器5s和第二电容器5t，因此第一倒相放大电路和第二倒相放大电路都具有初级有效LPF(低通滤波器)的功能。同样，由于这样的滤波功能可以很容易地被增加，很明显可以预见，可以通过进一步组合高阶LPF和HPF(高通滤波器)来布置复杂的滤波器电路。
如上所述，如果使用如本发明权利要求4所述的电平移动电路，甚至当第一运算放大器5g和第二运算放大器5k中有偏移误差时，这些偏移误差也不会出现在第一运算放大器5g和第二运算放大器5k的第一输出端5i和第二输出端5m中，另外，除了滤波功能外，可以实现高精度的高性能电平移动电路，其不依赖于电流加法型数/模转换器5a的输出动态范围。
根据本发明，由于提供了具有相同阻值的两个电阻以及运算放大器，以执行公共模式电压反馈以及用于输出差分信号的运算放大器，可以通过小规模的电路配置来实现可以自己纠正用于输出差分信号的运算放大器本身具有的偏移误差的电平移动电路。此外，如果使用本发明的电平移动电路，那么该电平移动电路可以通过增加滤波功能等等，能够被容易地、高性能地制造，从而可以高精度地实现小规模、高性能的模拟接口电路。

Claims (4)

1.一种具有电平移动功能的电平移动电路，其中由于电平移动电路连接到电流加法型数/模转换器，任意电压被加到该电流加法型数/模转换器的模拟输出电压上以被输出，该电流加法型数/模转换器由多个通过比特加权的恒定电流源组成，并具有诸如正相输出端和负相输出端的两个差分输出端，该电平移动电路包括：
第一运算放大器；
第二运算放大器；
第一电阻器，连接在电流加法型数/模转换器的正相输出端和所述第一运算放大器的倒相输入端之间；
第二电阻器，连接在所述第一运算放大器的倒相输入端和其正相输出端之间；
第三电阻器，连接在电流加法型数/模转换器的负相输出端和该第一运算放大器的正相输入端之间；
第四电阻器，连接在第一运算放大器的正相输入端和其倒相输出端之间；
第五电阻器，连接在第一运算放大器的正相输出端和第二运算放大器的正相输入端之间；
第六电阻器，与第五电阻器的阻值相同，连接在第一运算放大器的倒相输出端和所述第二运算放大器的正相输入端之间；
第一电压控制电流源，连接到电流加法型数/模转换器的正相输出端；和
第二电压控制电流源，连接到电流加法型数/模转换器的负相输出端；
其中第二运算放大器的倒相输入端连接到第三输入端，第二运算放大器的输出端连接到第一电压控制电流源和第二电压控制电流源。
2.一种具有电平移动功能的电平电路，其中由于该电平电路连接到电流加法型数/模转换器，任意电压被加到所述电流加法型数/模转换器的模拟输出电压上以被输出，所述电流加法型数/模转换器由多个通过比特加权的恒定电流源组成，并具有诸如正相输出端和负相输出端的两个差分输出端，该电平移动电路包括：
第一运算放大器；
第二运算放大器；
第一电阻器，连接在电流加法型数/模转换器的正相输出端和第一运算放大器的倒相输入端之间；
第二电阻器，连接在第一运算放大器的倒相输入端和其正相输出端之间；
第三电阻器，连接在电流加法型数/模转换器的负相输出端和第一运算放大器的正相输入端之间；
第四电阻器，连接在第一运算放大器的正相输入端和其倒相输出端之间；
第五电阻器，连接在第一运算放大器的正相输出端和第二运算放大器的正相输入端；
第六电阻器，具有和第五电阻器相同的阻值，连接在所述第一运算放大器的倒相输出端和第二运算放大器的正相输入端之间；
第一电压控制电流源，连接到电流加法型数/模转换器的正相输出端；和
第二电压控制电流源，连接到电流加法型数/模转换器的负相输出端；
其中第二运算放大器的倒相输入端连接到第三输入端；并且第二运算放大器的输出端连接到第一电压控制电流源和第二电压控制电流源。
3.一种具有电平移动功能的电平电路，其中由于该电平电路连接到电流加法型数/模转换器，任意电压被加到所述电流加法型数/模转换器的模拟输出电压上以被输出，所述电流加法型数/模转换器由多个通过比特加权的恒定电流源组成，并具有诸如正相输出端和负相输出端的两个差分输出端，该电平移动电路包括：
第一运算放大器；
第二运算放大器；
第三运算放大器；
第一电阻器，连接在电流加法型数/模转换器的正相输出端和第一运算放大器的倒相输入端之间；
第二电阻器，连接在第一运算放大器的倒相输入端和其第一输出端之间；
第三电阻器，连接在电流加法型数/模转换器的负相输出端和第二运算放大器的倒相输入端之间；
第四电阻器，连接在第二运算放大器的倒相输入端和第二输出端之间；
第五电阻器，连接在第三运算放大器的倒相输入端和第一输出端之间；以及
第六电阻器，具有和第五电阻器相同的阻值，连接在第三运算放大器的倒相输入端和第二输出端之间；
其中第三运算放大器的正相输入端连接到第三输入端；并且所述第三运算放大器的输出端连接到第一运算放大器的正相输入端和第二运算放大器的正相输入端。
4.如权利要求2或3所述的电平移动电路，其中第一电容器并联于第二电阻器；以及第二电容器并联于第四电阻器。
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