操作放大器制造技术

本公开涉及操作放大器。放大器电路包括耦合输出阶段的一对差分输入阶段，其中选择的输入阶段和未选择的输入阶段都和差分输入信号或参考电压中的一者或任一者有源。当放大器输入信号小于阈值电压时，切换网络将第一输入差分信号耦合到第一差分输入阶段，并将参考电压耦合到第二差分输入阶段。当放大器输入信号大于阈值信号时，切换电路还将第二输入差分信号耦合到第二差分输入阶段，并将参考电压耦合到第一差分输入阶段。

Operating amplifier

The present disclosure relates to an operational amplifier. The amplifier circuit consists of a pair of differential input stages in the coupling output stage, in which the selected input phase and the unselected input phase are both active in a differential input signal or one or any of the reference voltages. When the input signal of the amplifier is less than the threshold voltage, the switched network coupled the first input differential signal to the first differential input phase and coupled the reference voltage to the second differential input phase. When the input signal of the amplifier is greater than the threshold signal, the switching circuit also coupled the second input differential signal to the second differential input phase and coupled the reference voltage to the first differential input phase.

【技术实现步骤摘要】
操作放大器
本专利技术通常而非限制地涉及集成电路领域，并且具体涉及具有斩波器电路的放大器电路。
技术介绍
放大器偏移电压可以被定义为在放大器的两个输入端子之间施加的电压，以便在输出端获得零伏特。理想情况下，输入端接地时，放大器电路的输出应为零伏。然而，实际上，由于硅晶片制造期间输入晶体管和组件的固有失配，所以输入端子的电压稍微不同。这些效应共同产生了流经输入电路的偏置电流的偏差，该输入电路在放大器电路的输入端产生差分电压。放大器偏移电压已经通过增加元件匹配和改进的封装材料和组装而降低了现代制造工艺，但是它们还没有被消除，并且可能在电路操作期间引起信号放大的误差。斩波器电路是将固定的直流输入信号转换为可变的直流输出信号的开关器件。本质上，斩波器电路是电子开关，用于在另一个控制下中断一个信号。斩波器电路可用于放大器电路，进一步降低放大器电路的偏移电压和低频噪声。在McCartney的美国专利6,380,801中公开了一种类型的斩波器电路。然而，对于偏移电压在斩波时被抵消，对于所有的斩波相位，偏移电压应该保持恒定。
技术实现思路
除此之外，专利技术人已经认识到需要具有降低或消除的偏移电压的放大器电路。放大器电路包括耦合输出阶段的一对差分输入阶段，其中选择的输入阶段和未选择的输入阶段都和差分输入信号或共模电压中的一者或任一者有源。当放大器输入信号小于阈值数值时，切换网络将第一输入差分信号耦合到第一差分输入阶段，并将共模电压耦合到第二差分输入阶段。当第一输入差分信号耦合放大器输入时，第二输入差分信号完全从放大器信号链中消除。当放大器输入信号大于阈值数值时，切换电路还将第二输入差分信号耦合到第二差分输入阶段。当第二输入差分信号耦合放大器输入时，第一输入差分信号完全从放大器链中消除。因此，任何剩余电压偏移在整个输入电压范围内保持合理恒定，并且在剩余的偏移电压中没有电压尖峰。一个例子包括产生包括相对恒定的偏移电压的输出电压的放大器电路。放大器电路包括：两个差分输入阶段，阶段的第一者包括一对第一输入晶体管，和阶段的第二者包括一对第二输入晶体管，第二输入晶体管和第一输入晶体管类型互补。输出阶段耦合两个差分输入阶段，输出阶段被配置为产生输出电压。比较器电路耦合放大器电路输入信号和阈值信号，比较器电路被配置为响应于输入信号和阈值信号之差产生控制信号。切换网络被配置为响应于具有第一状态的控制信号将第一输入信号耦合到第一差分输入阶段和将共模电压耦合到第二差分输入阶段，并且所述切换网络还被配置为响应于具有第二状态的控制信号将第二输入信号耦合到第二差分输入阶段和将共模电压耦合到第一差分输入阶段。另一例子包括从输出电压消除偏移电压的放大器电路。所述电路包括两个差分输入阶段，第一差分输入阶段和第二差分输入阶段的类型互补。输出阶段耦合两个差分输入阶段，其中输出阶段被配置为响应于差分输入信号产生输出电压。比较器电路耦合差分输入信号节点和阈值信号节点。比较器电路被配置为响应于差分输入信号节点上的输入信号和阈值信号节点上的阈值信号之差产生控制信号。切换网络耦合比较器电路，并且被配置为响应于控制信号通过将输入信号切换到选择的阶段来选择第一差分输入阶段或第二阶段中的一者，其中第一或第二差分输入阶段的未选择的阶段是有源的。斩波功能或自动调零功能中的一者消除偏移电压。又一例子包括用于放大器偏移电压消除的方法。该方法包括将差分电压切换至一对差分输入阶段的第一者。当差分电压耦合第一差分输入阶段时，共模电压被切换至不耦合差分电压的差分输入阶段。放大器输出电压响应于差分电压产生，输出信号具有偏移电压。偏移电压从输出电压消除。本部分旨在提供本专利申请的主题的概述。这并不是为了提供对本专利技术的排他或详尽的解释。包括详细的描述以提供进一步的信息。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的数字可以表示相似组件的不同实例。附图通常以举例的方式而不是通过方式在本文件中讨论的各种实施例。图1是例如依照各种实施方案的放大器电路的框图。图2是例如依照图1的实施方案的具有输入共模电压的放大器偏移电压变化的曲线图。图3是例如依照图1和2的实施方案的残余放大器偏移电压的曲线图。图4是例如依照各种实施方案具有用于偏移电压取消的斩波器电路的放大器电路的例子的框图。图5A、5B是例如依照图4的实施方案的具有和没有用于偏移电压取消的斩波器电路的示例性放大器电路的示意图。图6是例如依照各种实施方案的具有用于偏移电压取消的斩波器电路的放大器电路的另一例子的框图。图7是例如依照图6的实施方案的具有用于偏移电压取消的斩波器电路的示例性放大器电路的示意图。图8A-8D描述各种实施方案的对于常规放大器电路的偏移步进电压与偏移步进电压的模拟结果的比较图。图9是例如依照各种实施方案的自动调零电路的框图。图10是例如依照各种实施方案的自动调零操作的绘图。图11是例如依照各种实施方案的放大器偏移电压取消的方法的流程图。图12是例如依照各种实施方案的另一自动调零电路的框图。具体实施方式一些放大器应用(例如，操作放大器、模数转换器(ADC)采样和保持电路)可能要求放大器电路的输入非常接近放大器的两个电压供应，甚至超过放大器的电压供应。这种放大器电路在本领域中可以被称为具有轨到轨输入电压范围。这些放大器通常具有两个差分输入对。差分对之一中的晶体管与另一对中的晶体管互补。放大器电路的框图在随后描述的图1中提供。轨到轨放大器电路在工作期间可能由于元件在制造过程中固有的不匹配而产生偏移电压。在这样的电路中，当输入电压处于一定的电压范围而另一个差分输入对有效时，两个差分输入对中的一个不起作用和/或不耦合到电流镜阶段。这种放大器的偏移电压如图2所示。这种与输入电压非线性变化的偏移导致输出电压的非线性。这些偏移电压不能用斩波或自动调零完全消除。斩波功能通常要求在斩波器电路工作的两个相位期间偏移电压是稳定的。尽管在具有单个差分输入对的放大器电路中斩波器稳定工作良好，但在切断具有两个差分输入对的放大器电路中可能会出现问题。这种放大器切断后的剩余偏移量如图3所示。图1是例如依照各种实施方案的放大器电路的框图。放大器电路包括n型金属氧化物半导体(NMOS)输入级101、p型MOS(PMOS)输入级102、级联电流镜级104和放大器输出阶段105。这样的放大器可以用于ADC采样和保持电路以及其他用途。NMOS输入阶段101和PMOS输入阶段102耦合到也可以被称为反相和非反相输入信号的差分输入电压Vinp(即，正输入电压)和Vinm(即，负输入电压)。电流镜阶段104的输出被输入到放大器输出阶段105。放大器输出阶段105基于差分输入电压Vinp和Vinm以及反馈配置生成放大的输出电压Vout。在操作中，放大器电路通过上电压Vcc(例如5V)和下电压轨(例如GND)提供电源电压。将差分电压(例如，Vinp、Vinm)输入到NMOS和PMOS输入阶段101、102。PMOS输入阶段102在输入电压范围的较低部分中是有效的。NMOS输入阶段101在输入电压范围的上部有效。图2说明了这个操作的一个例子。图2是例如依照各种实施方案的具有输入共模电压的放大器偏移电压变化的曲线图。输入电压V输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.产生包括相对恒定的偏移电压的输出电压的放大器电路，所述电路包括：两个差分输入阶段，耦合输出阶段以产生所述输出电压；切换网络，被配置为响应于具有第一状态的控制信号将第一输入信号耦合到第一差分输入阶段和将参考电压耦合到第二差分输入阶段，并且所述切换网络还被配置为响应于具有第二状态的控制信号将第二输入信号耦合到第二差分输入阶段和将参考电压耦合到第一差分输入阶段。

【技术特征摘要】
2017.01.09 US 15/401,5221.产生包括相对恒定的偏移电压的输出电压的放大器电路，所述电路包括：两个差分输入阶段，耦合输出阶段以产生所述输出电压；切换网络，被配置为响应于具有第一状态的控制信号将第一输入信号耦合到第一差分输入阶段和将参考电压耦合到第二差分输入阶段，并且所述切换网络还被配置为响应于具有第二状态的控制信号将第二输入信号耦合到第二差分输入阶段和将参考电压耦合到第一差分输入阶段。2.权利要求1所述的放大器电路，其中所述输出电压是差分或单端的，并且所述参考电压是放大器电路输入信号。3.权利要求2所述的放大器电路，其中所述阶段的第一者包括一对第一输入晶体管并且所述阶段的第二者包括一对第二输入晶体管，和其中所述切换网络还被配置为响应于具有第一状态的控制信号将第一正极输入信号切换至所述第一输入晶体管的一个晶体管和将第一负极输入信号切换至所述第一输入晶体管的另一晶体管，并且所述切换网络还被配置为响应于具有第二状态的控制信号将第二正极输入信号切换至所述第二输入晶体管的一个晶体管和将第二负极输入信号切换至所述第二输入晶体管的另一晶体管。4.权利要求1所述的放大器电路，还包括耦合在两个差分输入阶段和输出阶段之间的级联电流镜阶段。5.权利要求4所述的放大器电路，其中所述两个差分输入阶段直接连接所述级联电流镜阶段并且所述级联电流镜阶段直接连接所述输出阶段。6.权利要求1所述的放大器电路，还包括被配置为消除所述偏移电压的自动调零功能或斩波功能。7.权利要求6所述的放大器电路，其中所述斩波功能包括多个斩波器电路。8.权利要求7所述的放大器电路，其中所述多个斩波器电路包括耦合所述切换网络的输入斩波器电路以及耦合在所述差分输入阶段和所述输出阶段之间的输出斩波器电路。9.权利要求8所述的放大器，其中所述输入斩波器电路耦合在所述切换网络和所述差分输入阶段之间。10.权利要求8所述的放大器，其中所述输入斩波器电路耦合在差分输入信号节点和所述切换网络之间。11.权利要求6所述的放大器，其中所述自动调零功能包括具有存储偏移校正电压的电容的次级反馈回路。12.从输出电压消除偏移电压的放大器电路，所述电路包括：耦合被配置为产生所述输出电压的输出阶段的两个差分输入阶段；切换网络，耦合比较器电路并被配置为响应于所述比较器电路产生的控制信号通过将输入信号切换到选择的阶段来选择第一差分输入阶段或第二阶段中的一者，其中第一或...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·维查库玛，G·莫拉普查尔特，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM