CN214045574U - 一种产生特定电压的开关电容电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种产生特定电压的开关电容电路，包括电容阵列、运算放大器和开关阵列，电容阵列连接到运算放大器的输入端和输出端，开关阵列与电容阵列中各电容一一对应控制电容的通断。本申请基于模数转换器中常用的开关电容阵列和运算放大器，通过对不同大小电容与相应基准信号的通断控制，能够实现多种特定电压信号的输出，满足相关应用场合的需求。

Description

一种产生特定电压的开关电容电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种产生特定电压的开关电容电路。

背景技术

在集成电路设计技术，特别是模数转换器中，存在输入少量基准信号，却需要能够输出多种特定电压结果的应用需求。因此在实现此类电路功能时，期望能够运用较小的器件代价和较少的功耗，能够实现多种特定电压输出。

实用新型内容

为解决现有技术中的技术问题，本实用新型提供了一种产生特定电压的开关电容电路。

本实用新型具体内容如下：一种产生特定电压的开关电容电路，包括电容阵列、运算放大器和开关阵列，电容阵列连接到运算放大器的输入端和输出端，开关阵列与电容阵列中各电容一一对应控制电容的通断。

进一步的，所述电容阵列包括分别与运算放大器的同相输入端和反相输入端相连的输入电容阵列和分别设置在运算放大器的正相输入端和输出负端之间、反向输入端和输出正端之间的反馈电容，运算放大器的同相输入端和反相输入端相连的输入电容阵列相同，输入电容阵列的电容总值与反馈电容阻值相同。

进一步的，所述输入电容阵列包括依次并联的n+1个电容，第1至n个电容取值依次减半，第n+1个电容和第n个电容取值均为C₀/2^n-1，n+1个电容的取值依次为C₀，C₀/2，…， C₀/2^n-2,C₀/2^n-1，C₀/2^n-1，其中，n≥2；运算放大器的正相输入端和输出负端之间、反相输入端和输出正端之间分别跨接电容值为2C₀的反馈电容。

进一步的，所述开关阵列包括依次与输入电容阵列一一对应的输入开关阵列和连接在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间的开关；连接相同的电容的开关采用相同的控制信号，输入电容值阵列的电容C₀，C₀/2，…，C₀/2^n-2,C₀/2^n-1，C₀/2^n-1依次对应的控制信号为Φ₁，Φ₂，…_,Φ_n-1，Φ_n，Φ_n+1；连接在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间的开关对应的控制信号为Φ₀。

进一步的，所述输入开关阵列中每个开关对应的信号端均连接到三种不同的电平V_p、 V_n和V_cm，连接在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间的开关对应的信号输入端连接与V_cm，电平V_p、V_n和V_cm的取值满足V_cm＝(V_p+V_n)/2。

进一步的，运算放大器同相输入端和反相输入端连接的相同编号开关的信号端，连接到电平V_p、V_n和V_cm的方式包括：同时连接V_cm，或运算放大器同相输入端的开关连接V_p，反相输入端的开关连接V_n，或运算放大器同相输入端的开关连接V_n，反相输入端连接V_p。

进一步的，当开关信号端连接到V_p时为1，连接到V_n时为-1，连接到V_cm时为0。

本实用新型的有益效果：基于模数转换器中常用的开关电容阵列和运算放大器，通过对不同大小电容与相应基准信号的通断控制，能够实现多种特定电压信号的输出，满足相关应用场合的需求。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本实用新型的产生特定电压的开关电容电路示意图；

图2为本实用新型的产生特定电压的开关电容电路产生特定输出电压的步骤一示意图；

图3为本实用新型的产生特定电压的开关电容电路产生特定输出电压的步骤二示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开了一种产生特定电压的开关电容电路，包括电容阵列1、运算放大器2和开关阵列3，电容阵列1连接到运算放大器2的输入端和输出端，开关阵列3与电容阵列1中各电容一一对应控制电容的通断。通过开关阵列3对电容阵列1的电容通断进行控制，调节电容阵列1的电容值，从而控制运算放大器2的差分输出电压值。

本实施例优选的，电容阵列1包括与运算放大器2正相输入端和反相输入端分别连接的输入电容阵列，以及运算放大器2正相输入端和输出负端之间、反向输入端和输出正端之间设置的反馈电容。

其中，与运算放大器2正相输入端和反相输入端分别连接的输入电容阵列对称设置，以正相输入端的输入电容阵列为例，共包括n+1个并联的电容，第1至n个电容取值依次减半，第n+1个电容取值与第n个电容相同，即输入电容阵列的电容取值依次为C₀，C₀/2，…，C₀/2^n-2,C₀/2^n-1，C₀/2^n-1，其中，n≥2。反相输入端的输入电容阵列取值与正相输入端的输入电容阵列一一对应相等。

运算放大器2正相输入端和输出负端之间、反向输入端和输出正端之间的反馈电容取值均为2C₀，与输入电容阵列的总电容相同。

开关阵列3包括与输入电容阵列的每个电容一一对应的开关和连接在运算放大器2正相输入端和反相输入端之间的开关。每个开关被各自的控制信号控制通断，相同电容所连开关使用相同的控制信号。

控制输入电容阵列的开关的控制信号为Φ₁至Φ_n+1，分别对应电容C₀，C₀/2，…，C₀/2^n-2, C₀/2^n-1，C₀/2^n-1；与运算放大器2正相输入端和反相输入端相连的开关被Φ₀控制。

开关阵列3中，被Φ₀控制的开关信号端连接至基准信号V_cm，被Φ₁至Φ_n+1控制的开关的信号端连接至三种不同电平V_p、V_n和V_cm，其中V_cm＝(V_p+V_n)/2。对于运算放大器2同相输入端和反相输入端的相同编号开关信号端，只能出现三种连接方式，一是可以同时连接V_cm，二是运算放大器2同相输入端开关连接V_p，反相输入端连接V_n，三是运算放大器2同相输入端开关连接V_n，反相输入端连接V_p。

具体工作过程中连接至何种电平，由最终所需产生的输出V_op、V_on取值决定。若定义将控制运算放大器2正相输入端一侧的电容的开关中第i个开关值为K_i，当信号端连接至V_p时为1，连接至V_n时为-1，连接至V_cm时为0，那么最终输出差分结果与相应开关信号端连接方式关系如下：

本实施例的开关电容电路的产生特定电压包括如下步骤：

S1，将Φ₀导通至V_cm，将产生特定输出电压所需开关控制信号(Φ₁至Φ_n+1)按照(1)式计算结果，分别连接至V_p、V_n或V_cm。

S2，将Φ₀断开，将产生特定输出电压所需开关(Φ₁至Φ_n+1)全部连接至V_cm，此时即可得到所需特定电压输出。

如图2和图3所示，若所需产生差分输出电压(V_op-V_on)为-13/16(V_p-V_n)，根据(1)式的结果，即为

因此，

由于K_i取值为1，-1，0中的任一种，可知符合要求的计算结果为i＝1,2,4时，K_i取值为1，i为其他数字时，K_i取值为0。

即将Φ₀导通至V_cm，将运算放大器2正相输入端的第1,2,4个电容连接的开关控制信号为1，连接到电平V_p，其余控制信号为0，连接到电平V_cm；运算放大器2反相输入端的第1,2,4个电容连接的开关控制信号连接到电平V_n，其余控制信号连接到电平V_cm。然后将Φ₀断开，将Φ₁至Φ_n+1全部连接至V_cm，此时即可得到-13/16(V_p-V_n)的输出电压。

本实施例的产生特定电压的开关电容电路，利用开关阵列3、电容阵列1和一个运算放大器2，在控制信号Φ₀至Φ_n+1的协同工作下，能够使V_op和V_on之间的差分输出电压实现±(V_p-V_n)之间的任意一种电平输出；其最小精度步长由电容阵列1最小值决定。该方法在已有运算放大器2的基础上，不增加任何功耗，仅通过配置不同开关信号端输入电平即可实现特定电压的产生。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种产生特定电压的开关电容电路，其特征在于：包括电容阵列、运算放大器和开关阵列，电容阵列连接到运算放大器的输入端和输出端，开关阵列与电容阵列中各电容一一对应控制电容的通断；

所述电容阵列包括分别与运算放大器的同相输入端和反相输入端相连的输入电容阵列和分别设置在运算放大器的正相输入端和输出负端之间、反向输入端和输出正端之间的反馈电容，运算放大器的同相输入端和反相输入端相连的输入电容阵列相同；

所述输入电容阵列包括依次并联的n+1个电容，第1至n个电容取值依次减半，第n+1个电容和第n个电容取值均为C₀/2^n-1，n+1个电容的取值依次为C₀，C₀/2，…，C₀/2^n-2,C₀/2^n-1，C₀/2^n-1，其中，n≥2；运算放大器的正相输入端和输出负端之间、反相输入端和输出正端之间分别跨接电容值为2C₀的反馈电容。

2.根据权利要求1所述的产生特定电压的开关电容电路，其特征在于：所述开关阵列包括依次与输入电容阵列一一对应的输入开关阵列和连接在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间的开关；连接相同的电容的开关采用相同的控制信号，输入电容值阵列的电容C₀，C₀/2，…，C₀/2^n-2,C₀/2^n-1，C₀/2^n-1依次对应的控制信号为Φ₁，Φ₂，…_,Φ_n-1，Φ_n，Φ_n+1；连接在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间的开关对应的控制信号为Φ₀。

3.根据权利要求2所述的产生特定电压的开关电容电路，其特征在于：所述输入开关阵列中每个开关对应的信号端均连接到三种不同的电平V_p、V_n和V_cm，连接在运算放大器的同相输入端和反相输入端之间的开关对应的信号输入端连接与V_cm，电平V_p、V_n和V_cm的取值满足V_cm＝(V_p+V_n)/2。

4.根据权利要求3所述的产生特定电压的开关电容电路，其特征在于：运算放大器同相输入端和反相输入端连接的相同编号开关的信号端，连接到电平V_p、V_n和V_cm的方式包括：同时连接V_cm，或运算放大器同相输入端的开关连接V_p，反相输入端的开关连接V_n，或运算放大器同相输入端的开关连接V_n，反相输入端连接V_p。

5.根据权利要求3所述的产生特定电压的开关电容电路，其特征在于：当开关信号端连接到V_p时为1，连接到V_n时为-1，连接到V_cm时为0。

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