运算放大器、对应的电路、设备以及方法技术

一种运算放大器包括耦合至输入端子的输入级，耦合至输出端子的输出级，以及在输入级和输出级之间的增益节点。偏置电流源可耦合至输入级以向其提供偏置电流，以及电流镜电路镜像复制朝向增益节点和输出级的偏置电流。开关电路包括可激励以将增益节点带至预偏置电压的开关，以及耦合至输出级并在其中输出级分别激励和非激励的第一状态与第二状态之间可切换的开关。另一开关电路耦合至输出端子并在其中输出级分别耦合至输出端子和参考电平的第一状态与第二状态之间可切换。

Operational amplifier, corresponding circuit, device and method

An operational amplifier includes an input stage coupled to an input terminal, an output stage coupled to an output terminal, and a gain node between the input stage and the output stage. The bias current source can be coupled to the input stage to provide bias current to it, and the current mirror circuit mirror replicates the bias current toward the gain node and the output stage. The switching circuit includes a switch that can be excited to bring a gain node to a pre-biased voltage, and a switch coupled to an output stage in which the output stage excites and non-excites the first state and the second state respectively. Another switching circuit is coupled to the output terminal and switchable between the first state and the second state in which the output stage is coupled to the output terminal and the reference level, respectively.

【技术实现步骤摘要】
运算放大器、对应的电路、设备以及方法
本说明书涉及可以用于例如包含在例如超声设备中的超声传输信道的运算放大器。
技术介绍
运算放大器(op-amp)是能够将若干伏(诸如2V峰峰值)的任意输入信号放大成在高电压(HV)运算放大器(op-amp)中可以达到数百伏(例如200V峰峰值)的值的输出信号的电路。这些放大器的形式可以为双端子放大器，其能够产生相对于参考电势(例如接地电平GND)正和负的输出信号，具有例如操作作为高电压线性驱动器或驱动电路的选项。应用的重大领域是超声设备，例如医疗领域中的诊断成像系统。在该部分中，能够使用线性驱动器作为功率级以用于驱动在超声探针中的压电致动器。在高端系统中，该类型的线性驱动器可以替代于数字脉冲产生器(“脉冲发生器”)而用于促进高分辨率图像的产生。尽管具有该行为，但是存在对于可以例如用于形成能够使用不同类型技术(诸如双极CMOS-DMOS技术(BCD))而处理低电压(LV)信号的高电压(HV)部件的需求。
技术实现思路
一个或多个实施例涉及一种运算放大器，以及一个或多个实施例也涉及一种对应的电路(例如超声信道)、对应的设备(例如超声设备)以及对应的方法。权利要求是关于实施例所提供的技术教导的整体部分。一个或多个实施例可以提供一个或多个以下优点：减小由可以是单级(例如具有源极跟随器输出)的高电压运算放大器例如在通电和断电瞬变期间所产生的伪信号，当非激励时完全断电运算放大器的选项，从而节省由高电压电源所消耗电力，使用该断电以在多驱动信道中应用一个或多个实施例的选项，也即其中可以存在与线性驱动器并联的脉冲发生器，可能应用对于具有输出二极管的线性放大器的解决方案。附图说明以下参考附图借由非限定性示例描述一个或多个实施例，其中：图1是运算放大器的概图，图2是一个或多个实施例的示例性电路图，图3、图4和图5是关于一些实施例的可能特征的更详细电路图，图6是一些实施例的示例性电路图，以及图7和图8是一个或多个实施例的可能实施方式细节的示例。具体实施方式以下说明书图示了各个具体细节以提供根据说明书的数个示例性实施例的深入理解。可以不采用一个或多个具体细节、或者采用其他方法、部件、材料等而获得实施例。在其他情形中，并未详细示出或描述已知的结构、材料或操作以避免模糊实施例的不同特征方面。对于“一实施例”的参考在该说明书中指示关于实施例所述的特定配置、结构或特征包括在至少一个实施例中。因此，可以出现在本说明书不同地点处的诸如“在一个实施例中”的短语无需严密地涉及相同实施例。进一步，可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合具体的构造、结构或特征。仅为了方便而提供在此使用的参考并且同样并未限定保护范围或者实施例的范围。图1示出了可能的运算放大器(op-amp)结构10的示例，例如高电压(HV)运算放大器。如图1中所例示的放大器10可以包括可以耦合至电源S的输入端子12以及可以用于驱动负载L的输出端子14。例如，电源S可以包括采用耦合电容器CS耦合至输入端子12的低压电源(例如2V峰峰值)。负载L可以例如由压电换能器表示，其被理想地表示为经由另一电容器C1耦合至输出端子14的电阻器RL和电容器CL的并联连接(有时在压电换能器应用中称作XDCR，例如用于超声信道)。仅借由示例的方式提供电源S和负载L的该表示，并且也应该注意，电源S和负载L取决于实施例而可以是分立元件。图(诸如例如图1中所示的图)示出，从输入端子12朝向输出端子14：输入级16，例如在相反的电压+Vdd和-Vdd之间操作，增益节点18(在该情形中理想地示意性示出为在电阻器Rg和电容器Cc之间的并联连接)，以及输出级20，例如在相反的电压+Vddh和-Vddh之间操作。可以提供反馈网络22以将来自输出端子14的反馈信号送至输入级16。在诸如借由图1中示例方式所示的一个解决方案中，输入级16可以因此被配置作为差分级，其在一个输入端(例如非反相)处在输入端子12上接收信号以及在第二输入端(例如反相)处接收来自输出端子14的反馈信号。在一个或多个实施例中，输入级16可以被配置作为低压(LV)级，操作在两个电源电压+Vdd、-Vdd之间，其与“高”电压(也即在高压(HV)输出级操作所在的电压+Vddh、-Vddh(例如其中Vddh是200V)相比可以假设为“低”电压(例如Vdd<5V)。输入级16可以用于测量输入端子12处输入信号与网络22的反馈信号之间的差值，以便于产生与所述差值成比例的误差电流Ierr。该电流可以在增益节点18上产生单独构成了所需输出的高压信号。然而，该信号可以不够强以直接驱动负载L。为此原因，可以提供级20以提供所需的电力。从该观点看，输出级20可以视作具有高阻抗输入和低阻抗输出的单位增益组块(例如远低于在电阻器RL和电容器CL的并联连接处的对应阻抗的阻抗Zout)。如前所述，输入级16可以在低电压的情形中被供电，而增益节点18和输出级20可以在高电压的情形中被供电，并且例如使用能够承受高击穿电压并提供给定强度电流(例如大约3A)的功率DMOS晶体管而形成。图(诸如图1)中所示的示例有时称作单级高电压运算放大器，也即具有单个增益节点18。在诸如成像应用(例如在医疗领域)的应用中，诸如图1中所示示例的放大器10可以用作驱动器，并且其操作可以基于交替的传输和接收阶段，其中在传输阶段中驱动器发送高压激励信号至包括例如压电换能器的负载L，而在接收阶段中，功率驱动器被非激励。在其中使用的电源具有高值的应用中，电源的管理可以是关键。这可以是实施在半导体集成电路(诸如硅)上的情形。在该领域中，可设想的是仅对于发送换能器激励信号所需的时间对驱动器供电并在接收阶段期间保持驱动器断电。在该类型应用中，当驱动器非激励时来自高压电源的能耗可以是巨大的。因此需要该能耗尽可能低，并且理想地实质上为零。实际上，某些应用要求单个信道(诸如超声信道)具有线性驱动器，诸如借由图1中示例所示，以及数字脉冲发生器。在该情形中，再次需要能够对线性驱动器断电(或者在任何情形中将线性驱动器与数字脉冲发生器隔离)，由此防止不希望的交叉干扰。总之，希望所讨论的线性驱动器能够交替(简短的)传输阶段和(长久的)接收阶段，并且当非激励时对线性驱动器断电，为了以下两个主要原因：减小耗散的电能，和/或避免诱发与存在于两种类型驱动器(线性和脉冲)所正使用的传输信道上的任何数字脉冲发生器相关的干扰现象。交替地通电和断电可以在输出端上产生伪信号(故障(glitch))。这些信号至少对于本申请是潜在有害的，因为本申请例如容易在超声成像设备的最终图像中产生缺陷。已经观测到，该故障现象可以主要归因于如此的事实，一旦被断电，驱动器可以丢失操作点，这可以导致当驱动器再次通电时发生稳定瞬变，这些瞬变难以控制。这些瞬变容易导致显著幅度(例如数伏)的输出故障现象，这在诸如超声应用的应用中视作是有害的。也已经观测到，来自放大器(诸如之前借由示例方式所述的放大器10)的输出瞬变可以具有高纵横比，其被设定尺寸以承载数安培电流。因此，当通电和断电时，在所述晶体管的端部处不受控的瞬变可以产生高电流(具有数伏的伪输出电压)，其中在一些条件下使得放大器的输出至高压电源(例如Vddh)以在稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放大器，包括：输入端子和输出端子；输入级，耦合至所述输入端子；输出级，耦合至所述输出端子；增益节点，在所述输入级和所述输出级之间；偏置电流源，被配置用于耦合至所述输入级以向所述输入级提供偏置电流；电流镜电路，被配置用于镜像复制向所述输入级提供的所述偏置电流，以产生至少一个镜像复制的偏置电流，并且所述电流镜电路被配置用于将所述至少一个镜像复制的偏置电流提供至所述增益节点和所述输出级；第一开关电路，包括被耦合用于接收预偏置电压并且耦合至所述增益节点的节点，所述第一开关电路被配置用于响应于被激励而将所述增益节点耦合至被耦合用于接收所述预偏置电压的节点，以及响应于被去激励而将所述增益节点与被耦合用于接收所述预偏置电压的节点隔离；第二开关电路，耦合至所述输出级并被配置为响应于被去激励而去激励所述输出级；以及第三开关电路，耦合至所述输出端子并被配置为响应于被激励而将所述输出端子耦合至被耦合用于接收参考电压的节点，并被配置为响应于被去激励而将所述输出端子与接收所述参考电压的所述节点隔离。

【技术特征摘要】
2017.02.24 IT 1020170000213641.一种放大器，包括：输入端子和输出端子；输入级，耦合至所述输入端子；输出级，耦合至所述输出端子；增益节点，在所述输入级和所述输出级之间；偏置电流源，被配置用于耦合至所述输入级以向所述输入级提供偏置电流；电流镜电路，被配置用于镜像复制向所述输入级提供的所述偏置电流，以产生至少一个镜像复制的偏置电流，并且所述电流镜电路被配置用于将所述至少一个镜像复制的偏置电流提供至所述增益节点和所述输出级；第一开关电路，包括被耦合用于接收预偏置电压并且耦合至所述增益节点的节点，所述第一开关电路被配置用于响应于被激励而将所述增益节点耦合至被耦合用于接收所述预偏置电压的节点，以及响应于被去激励而将所述增益节点与被耦合用于接收所述预偏置电压的节点隔离；第二开关电路，耦合至所述输出级并被配置为响应于被去激励而去激励所述输出级；以及第三开关电路，耦合至所述输出端子并被配置为响应于被激励而将所述输出端子耦合至被耦合用于接收参考电压的节点，并被配置为响应于被去激励而将所述输出端子与接收所述参考电压的所述节点隔离。2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述放大器被配置为操作在断电操作状态中，其中所述第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路中的每个开关电路在所述断电操作状态被去激励，以及其中所述放大器被进一步配置为操作在通电操作状态中，其中所述第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路中的每个开关电路在所述通电操作状态中被去激励。3.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述放大器被进一步配置为操作在所述断电状态之后立即操作在第一阶段断电操作状态中，所述第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路中的每个开关电路在所述第一阶段断电操作状态中被激励，以及其中所述放大器被进一步配置为在所述第一阶段断电状态之后立即操作在第二阶段断电操作状态中，其中在所述第二阶段断电操作状态中所述第一开关电路和所述第三开关电路中的每个开关电路被激励并且所述第二开关电路被去激励。4.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述输出级包括源极跟随器级。5.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述输出级进一步包括耦合至所述增益节点的源极跟随器驱动电路。6.根据权利要求1所述的放大器，进一步包括反馈网络，耦合至所述输出端子和所述输入级。7.根据权利要求1所述的放大器，进一步包括：低压第一电源线，耦合至所述输入级，以及高压第二电源线，耦合至所述电流镜电路和所述输出级。8.根据权利要求7所述的放大器，其中，所述高压第二电源线具有相反的极性，以及其中所述电流镜电路和所述输出级包括耦合至所述高压第二电源线的互补分支，其中所述增益节点和所述输出端子分别位于所述电流镜电路和所述输出级的互补分支之间。9.根据权利要求8所述的放大器，进一步包括被配置用于提供所述预偏置电压的预偏置电路，所述预偏置电路耦合至所述低压电源线并被配置用于由所述偏置电流的缩放版本而被偏置。10.根据权利要求9所述的放大器，其中，所述第一开关电路被包括在所述预偏置电路中。11.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第二开关进一步包括被配置用于在导通状态和非导通状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·加姆博奥，D·U·吉祖，S·罗西，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT