CN1647095A - 运算放大器积分器 - Google Patents

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Abstract

一种积分器电路包括：具有晶体管级(1)的运算放大器，所述晶体管级(1)具有输入端(4)和输出端(3)；反馈电容器(2)，连接在输入端(4)和输出端(3)之间；和电阻器(5)，连接到输入端(4)，并且该积分器电路还包括附加电路支路(20)，该附加电路支路(20)包括相互串联连接的并连接在晶体管级(1)的输出端(3)和包括积分器电路的反相输入电压的电压之间的第二电容器(22)和第二电阻器(25)。优选地，提供两个附加电路支路(320，320’)。一个可以连接在晶体管级(1)的非反相或正输出端(33)与积分器的反相或负输入端之间。另一个电路可以连接在晶体管级(1)的负输出端(37)和积分器的正输入之间。这对于平衡放大器拓扑结构是尤其有用的。本发明发现了在sigma delta模拟－数字转换电路中的第一滤波器级(积分器)中的特殊应用，并提供改进的运算放大器积分器而且尤其有助于补偿右半平面零值。

Description

运算放大器积分器
技术领域
本发明涉及运算放大器(op amp)积分器。
背景技术
通过将电阻器连接到晶体管电路的输入并使用电容器作为反馈元件由op amp构建积分器电路是公知的。当所施加的信号的频率为零时，理想的积分器具有无穷大的增益并且只有单极。然而，当施加信号的频率等于反馈电容除以晶体管的跨导时，基于跨导级的实际积分器电路在右半平面(halfplane)中具有零值。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的运算放大器积分器并且尤其是补偿所述右半平面零值。
根据本发明，提供一种积分器电路，包括：
-晶体管级(transistor stage)；
-反馈电容器，连接在晶体管级的输入和输出之间；
-电阻器，连接到晶体管级的输入；
-其特征在于，附加电路支路，包括：
-相互串联连接并连接在晶体管级的输出和积分器电路的反相输入之间的第二电容器和第二电阻器。
优选地，提供两个附加电路支路：一个可以连接在所述晶体管级的正的输入和输出之间，而另一个连接在负的输入和输出之间。这对于平衡放大器拓扑结构是尤其有用的。所述晶体管是反相器，并因此正的输入电压提供负的输出电压，反之亦然。
本发明发现了在sigma delta(求和增量)模拟-数字转换电路中的第一滤波器级(积分器)中的特殊应用。该第一滤波器级非常难以设计。
附图说明
为了更好的理解本发明并且示出如何可以实现本发明，现在将参照附图，在附图中：
图1是常规的op amp积分器的电路图；
图2是根据本发明的op amp积分器的一个实施例的电路图；
图3是使用平衡放大器拓扑结构的根据本发明的op amp积分器的第二实施例的电路图；
图4是根据本发明的op amp积分器的第三实施例应用到sigmadelta模拟-数字转换器电路的电路图；
图5是应用于图1的公知电路的一系列等式；
图6是应用于图2所示的本发明的电路的一系列等式。
具体实施方式
在图1中示出了对于本领域的技术人员公知的现有技术的opamp积分器电路(跨导级)，包括具有跨导gm和内部电压V+的晶体管级。具有值C的反馈电容器2被连接在晶体管的反相输出端3和其非反相输入端4之间。具有值R的电阻器5也被连接到所述非反相输入端4，以缓冲输入电压Vin。反相输入端6连接到地。晶体管级1的非反相输出3上的电压是Vout。
流到反馈电容器2的电流是I2，并且这通过电容器2上的电压除以由电容器2和电阻器5表现出的总阻抗来给出，而且这在图5中利用等式1给出。流过晶体管1到地的电流用I1表示，并且这由通过晶体管级1的电压V+乘以其跨导gm给出，如图5中利用等式2所示的。晶体管级1的内部电压V+由等式3给出。
由于必须保持该电路中的总电流，所以电流I1与I2之和必须为零，如等式4所示。因此，在等式4中替换等式1和2得到等式5。各项在等式6中重新排列，显示出在右半平面中有零值。这是不希望的。
该零值可以通过附加电路支路来补偿，这从图1的公知电路和图2的新电路的比较将变得明显。附加电路支路20具有电流I3并且包括串联连接在晶体管级1的反相输入电压-Vin与非反相输出节点3之间的第二电容器22和第二电阻器25。
图6中的等式7-13示出了附加电路支路20是如何补偿右半平面中的零值的。
等式7与图5中的等式1相同，并给出了包括电容器2的反馈支路中的电流I2的值。等式8给出了附加电路支路20中的电流I3，并且等式9对这两个电流求和。
在等式10中，列出了用于晶体管级1中的内部电压V+的公式，并由此导出等式11，给出了通过晶体管级1的电流I1。
等式12假设这三个支路中的电流必须相互抵消，即，这三个电流加起来为零，并且等式13随后对分别利用等式11、7和8给出的电流I1、I2和I3有效地求和。
在等式14中，简化各项，以给出用于输出电压与输入电压之比的等式。通过比较对于图2的新电路给出该比率的等式14与对于图1的公知电路给出该比率的等式6，可以看出：新电路补偿右半平面中的零值，并且这种补偿不依赖于放大器的特性。
图3示出了使用平衡放大器拓扑结构的op amp积分器，这对于本领域的技术人员是公知的。偏置放大器是跨导，使得正输入电压在输出上引起电流宿并因此在输出上导致负电压。该电路与图2中的电路基本相同，只是在晶体管级31的另一侧上基本镜像地重复电路元件。因此，第一输入电压Vin通过第一输入电阻器35a连接到晶体管级31的第一输入端34。第一反馈电容器32a连接在第一输入端34和其上出现第一输出电压Vout的第一输出端33之间。
负输入电压-Vin通过第二输入电阻器35b连接到晶体管级31的第二输入端36。第二反馈电容器32b连接在第二输入端36和其上出现有负输出电压-Vout的第二输出端37之间。
提供两个附加电路支路，每一个包括串接的电容器和电阻器。第一附加电路支路320a包括电容器322a和电阻器325a。这将负输入电压-Vin连接到其上出现有正输出电压Vout的第一输出端33。第二附加电路支路320b包括电容器322b和电阻器325b。这将正输入电压Vin连接到其上出现有负输出电压-Vout的输出端37。
在图4中呈现一个电路图，其中本发明应用到sigma delta模拟-数字转换器的第一级。该电路包括图3中所示的电路元件并且用相同的参考符号来表示，并包括一些附加电阻器和输出电压线。这些附加电阻器具有与前面图中所示的电阻器R1不同的值R2。每一个连接在相应的电阻器R1和电容器C以及附加输出电压线之间。因此，电阻器41将电阻器325a连接到其上出现正的模拟电压VDAC的模拟输出电压线45。电阻器42将晶体管级31的输入端34连接到输出线45(VDAC)。
同样地，电阻器43将电阻器325a连接到其上出现负的模拟电压-VDAC的模拟输出电压线46。电阻器44将晶体管级31的输入端36连接到反相模拟输出线46(-VDAC)。

Claims (6)

1、一种积分器电路，包括：
-运算放大器，具有：
-晶体管级，具有输入端和输出端；
-反馈电容器，连接在晶体管级的输入端和输出端之间；
-电阻器，连接到晶体管级的输入端；
-其特征在于，
-附加电路支路，包括：
-相互串联连接并且连接在晶体管级的输出端和包含积分器电路的反相输入电压的电压之间的第二电容器和第二电阻器。
2、根据权利要求1的积分器电路，其中提供第二附加电路支路。
3、根据权利要求2的积分器电路，其中第一附加电路支路连接在晶体管级的非反相输出和积分器的反相输入之间，并且第二附加电路支路连接在晶体管级的反相输出端和积分器的非反相输入之间。
4、根据前述任一项权利要求的积分器电路，此时在sigma delta模拟-数字转换电路中包括第一滤波器级。
5、一种sigma delta模拟-数字转换电路，包括根据前述任一项权利要求的积分器电路。
6、一种平衡放大器，包括根据前述任一项权利要求的积分器电路。
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