基于复本参考的用于具有源极跟随器输出级的运算放大器的自动归零技术制造技术

本申请涉及一种基于复本参考的用于具有源极跟随器输出级的运算放大器的自动归零技术。一种电子电路包括输入级、以操作方式耦合到所述输入级的增益级、以操作方式耦合到所述增益级的主要输出级、与所述主要输出级并行地以操作方式耦合到所述增益级的复本输出级，和时钟电路。所述时钟电路在多个阶段中操作所述电子电路，所述多个阶段包含：采样阶段，其用以使所述主要输出级和所述复本输出级与所述增益级断开连接以获得偏移电压；有源阶段，其用以重新连接所述主要输出级以施加所述偏移电压，从而减小所述主要输出级处的偏移；以及中间阶段，其用以在所述有源阶段之前首先将所述复本输出级重新连接到所述增益级。

Automatic zeroing of operational amplifier with source follower output stage based on replica reference

【技术实现步骤摘要】
基于复本参考的用于具有源极跟随器输出级的运算放大器的自动归零技术
本申请涉及电子电路和系统，且更确切来说涉及电子电路和系统的运算放大器(opamp)。
技术介绍
电子电路和系统通常包含一或多个运算放大器(opamp)。运算放大器包含在许多不同类型的电子电路中，包含放大信号的电路。理想地，运算放大器具有零偏移电压。偏移电压通常为添加到由电子电路处理的信号的不希望的电压。在实际(非理想)运算放大器中，非零偏移电压由构成运算放大器电路的电路的变化(例如，过程、几何形状、温度等的变化)产生。需要减小运算放大器的偏移以改善电子电路的性能。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种电子电路，其包括：输入级；增益级，其以操作方式耦合到所述输入级；主要输出级，其以操作方式耦合到所述增益级；复本输出级，其与所述主要输出级并行地以操作方式耦合到所述增益级；以及时钟电路，其经配置以在多个阶段中操作所述电子电路，所述多个阶段包含：采样阶段，其用以使所述主要输出级和所述复本输出级与所述增益级断开连接以获得偏移电压；有源阶段，其用以重新连接所述主要输出级以施加所述偏移电压，从而减小所述主要输出级处的偏移；以及中间阶段，其用以在所述有源阶段之前首先将所述复本输出级重新连接到所述增益级。本专利技术的另一方面提供一种操作运算放大器(opamp)电路的方法，所述方法包括：使所述运算放大器电路的源极跟随器输出级和所述运算放大器电路的复本源极跟随器级与所述运算放大器电路的增益级断开连接；将第一采样保持电容器的电压施加到所述源极跟随器输出级，并将所述运算放大器电路的所述增益级和输入级的偏移电压采样到第二采样保持电容器上；将所述复本输出级的输出晶体管的源极或漏极连接到所述增益级；使所述复本输出级的所述输出晶体管的所述源极或所述漏极与所述增益级断开连接；以及重新连接所述源极跟随器输出级的输出晶体管的栅极并将所述偏移电压施加到所述源极跟随器输出级的所述输出晶体管的所述栅极。本专利技术的另一方面提供一种电子系统，其包括：运算放大器(opamp)电路，其包含：输入级；增益级；以及源极跟随器输出级；以及自动归零电路，其包含：复本源极跟随器级，其与所述源极跟随器输出级并行地以操作方式耦合到所述增益级；以及时钟电路，其经配置以在多个阶段中操作所述自动归零电路，所述多个阶段包含：采样阶段，其用以使所述源极跟随器输出级和所述复本源极跟随器级与所述增益级断开连接以获得偏移电压；有源阶段，其用以重新连接所述源极跟随器输出级以施加所述偏移电压，从而减小所述源极跟随器输出级处的偏移；以及中间阶段，其用以在所述有源阶段之前首先将所述复本源极跟随器级重新连接到所述增益级。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相似标号可以在不同视图中描述类似组件。具有不同字母后缀的相似标号可表示类似组件的不同例子。图式借助于实例而非限制性地总体上说明本文件中所论述的各种实施例。图1是包含运算放大器电路的信号放大电路的实例。图2是图1的信号放大电路的电路图，其展示运算放大器电路的更多细节。图3是运算放大器电路和自动归零电路的电路图。图4A和4B是用以操作本文中所描述的电路的开关的时钟信号波形的说明。图5是表示图3的电路的操作的信号波形的说明。图6是展示用于减小运算放大器电路中的偏移的方法的运算放大器电路的部分的电路图。图7是图3和图6的电路的操作的模拟的说明。图8是操作运算放大器电路的方法的流程图。图9说明根据本文中描述的一些实施例的实例机器的框图。具体实施方式图1是包含运算放大器的信号放大电路的实例。所述电路具有为(1+R2/R1)的闭环增益。运算放大器(σIN)的输入参考偏移由电路的闭环增益放大，或σOUT＝σIN(1+R2/R1)，其中σOUT是总电路的输出参考偏移。一般来说，对于将输入信号放大增益因数的任何电路，输出参考偏移将等于输入参考偏移乘以增益因数。图2是图1的信号放大电路的实例的电路图，其展示运算放大器电路的更多细节。运算放大器205包含输入级210、增益级215和输出级220。输入级210包含差分晶体管对和偏置电流IB。运算放大器的每个电路元件促成运算放大器的偏移电压σIN，但输入级的差分对通常为偏移的最大促成因素。增益级215可包括数目N个中间增益级，其中N为一或更大的整数。更多中间增益级将更多开环增益提供到运算放大器。输出级220包含作为源极跟随器连接的输出晶体管。晶体管是n型场效应晶体管(NFET)，并且来自增益级215的输入到输出级220的信号被施加到晶体管的栅极端子(G)。从源极端子(S)获取输出信号。输出级220具有高电流驱动能力，这是因为输出级的输出阻抗较低，且大致等于输出晶体管的跨导(gm)的倒数或1/gm。假定输出级220的输出晶体管在饱和区中工作，就直流电(DC)偏置和瞬态偏置来说，输出晶体管的栅极端子的栅极电压(VG)与输出电压(VOUT)有关，如以下方程中所示。VG＝VOUT+VGS，Ids＝(1/2)(μn·COX)(W/L)(VGS-Vth)2，且VGS＝{2·Ids/[(μn·COX)(W/L)]}1/2+Vth，其中VGS是晶体管的栅极端子与源极端子之间的电压，Ids是从漏极端子到源极端子的电流，μn是NFET中的载流子(电子)的迁移率，COX是晶体管的栅极氧化物的电容，W和L是晶体管的沟道的宽度和长度，并且Vth是晶体管的阈值电压。图3是用以减小图2的运算放大器的偏移(自动归零)的方法的电路图。运算放大器305包含自动归零电路，所述自动归零电路包含数个开关SX、SY和SZ，以及两个采样保持电容器CSHN和CSHO。自动归零技术包含采样阶段和有源阶段。图4A是用以在采样阶段和有源阶段中操作图3的电路的开关的时钟信号波形的说明。假定波形上的“高”电平激活(闭合)开关，并且波形上的“低”电平将(断开)开关撤销激活。水平轴线是时间。在采样阶段期间，开关SX和SY断开(或撤销激活)，并且来自增益级的偏移被采样到电容器CSHN上。在采样阶段期间，由采样保持电容器CSHO将输出级220的输出晶体管的栅极保持为约VG的电压以保持输出稳定。同样在采样阶段期间，开关SZ闭合(或激活)，使得输入级的差分对的两个栅极都连接到VIN。在有源阶段期间，使用电容器CSHN上的电压来减小运算放大器的输出的偏移。在有源阶段中，开关SZ断开并且SY闭合以恢复到输入级210的差分对的正常连接。开关SX闭合以将增益级215连接到输出级220。采样到电容器CSHN上的电压可用作电流源或电压源以减小运算放大器的偏移。当开关SX闭合时，由于在采样阶段期间增益级的最末级的输出电压与有源阶段中输出晶体管的栅极之间的DC电压值失配，在电容器CSHN与CSHO之间存在瞬态电荷共享。图5是表示图3的电路从采样阶段到有源阶段的改变的信号波形的说明。波形505表示从采样阶段到有源阶段的改变，其对应于开关SX的激活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子电路，其包括：/n输入级；/n增益级，其以操作方式耦合到所述输入级；/n主要输出级，其以操作方式耦合到所述增益级；/n复本输出级，其与所述主要输出级并行地以操作方式耦合到所述增益级；以及/n时钟电路，其经配置以在多个阶段中操作所述电子电路，所述多个阶段包含：/n采样阶段，其用以使所述主要输出级和所述复本输出级与所述增益级断开连接以获得偏移电压；/n有源阶段，其用以重新连接所述主要输出级以施加所述偏移电压，从而减小所述主要输出级处的偏移；以及/n中间阶段，其用以在所述有源阶段之前首先将所述复本输出级重新连接到所述增益级。/n

【技术特征摘要】
20181017 US 16/162,9751.一种电子电路，其包括：
输入级；
增益级，其以操作方式耦合到所述输入级；
主要输出级，其以操作方式耦合到所述增益级；
复本输出级，其与所述主要输出级并行地以操作方式耦合到所述增益级；以及
时钟电路，其经配置以在多个阶段中操作所述电子电路，所述多个阶段包含：
采样阶段，其用以使所述主要输出级和所述复本输出级与所述增益级断开连接以获得偏移电压；
有源阶段，其用以重新连接所述主要输出级以施加所述偏移电压，从而减小所述主要输出级处的偏移；以及
中间阶段，其用以在所述有源阶段之前首先将所述复本输出级重新连接到所述增益级。


2.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述主要输出级是源极跟随器输出级，并且所述复本输出级是复本源极跟随器级。


3.根据权利要求2所述的电子电路，其包含：
第一开关电路，其耦合到所述增益级的输出和所述复本源极跟随器级的输出晶体管的源极或漏极；
第二开关电路，其耦合到所述增益级的所述输出、所述复本源极跟随器级的所述输出晶体管的栅极和所述源极跟随器输出级的输出晶体管的栅极；以及
其中所述时钟电路经配置以产生时钟信号，所述时钟信号在所述采样阶段期间撤销激活所述第一开关电路和所述第二开关电路，在所述中间阶段期间激活所述第一开关电路并撤销激活所述第二开关电路，且在所述有源阶段期间撤销激活所述第一开关电路并激活所述第二开关电路。


4.根据权利要求3所述的电子电路，其包含：
阻抗修改器电路元件；
第三开关电路，其连接在所述阻抗修改器电路元件与所述增益级的输出之间；以及
其中所述时钟信号在所述采样阶段期间激活所述第三开关电路且在所述中间阶段和所述有源阶段期间撤销激活所述第三开关电路。


5.根据权利要求4所述的电子电路，其中所述阻抗修改器电路元件包含二极管连接式晶体管。


6.根据权利要求4所述的电子电路，其包含：
第一输入晶体管和第二输入晶体管，其包含在所述输入级中且耦合为差分晶体管对，其中所述第一晶体管的栅极是输入电路节点；
第四开关电路，其耦合在所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管的栅极之间；
反馈电路，其耦合到所述源极跟随器输出级；
反馈电路路径，其包含连接在所述反馈电路与所述差分输入级的所述第二晶体管的栅极之间的第五开关电路；以及
其中所述时钟信号在所述采样阶段期间激活所述第四开关电路并撤销激活所述第五开关电路，且在所述中间阶段和所述有源阶段期间撤销激活所述第四开关电路并激活所述第五开关电路。


7.根据权利要求2所述的电子电路，其包含：
第一采样保持电容器，其连接到所述源极跟随器输出级的输出晶体管的栅极；以及
第二采样保持电容器，其连接到所述增益级的输出。


8.根据权利要求7所述的电子电路，其包含：
第一输入晶体管和第二输入晶体管，其包含在所述输入级中且耦合为差分晶体管对，其中所述第一晶体管的栅极是输入电路节点；
其中所述增益级包括所述增益级的输入与所述增益级的所述输出之间的多个中间增益级；以及
其中所述差分晶体管对和所述多个中间增益级的偏移电压在所述采样阶段期间被采样到所述第二采样保持电容器上。


9.根据权利要求2所述的电子电路，其中所述源极跟随器输出级和所述复本源极跟随器级各自包含输出晶体管，并且所述复本源极跟随器级的所述输出晶体管的栅极-源极电压(VGS)大于所述源极跟随器输出级的所述输出晶体管的所述栅极-源极电压。


10.一种操作运算放大器opamp电路的方法，所述方法包括：
使所述运算放大器电路的源极跟随器输出级和所述运算放大器电路的复本源极跟随器级与所述运算放大器电路的增益级断开连接；
将第一采样保持电容器的电压施加到所述源极跟随器输出级，并将所述运算放大器电路的所述增益级和输入级的偏移电压采样到第二采样保持电容器上；
将所述复本输出级的输出晶体管的源极或漏极连接到所述增益级；
使所述复本输出级的所述输出晶体管的所述源极或所述漏极与所述增益级断开连接；以及
重新连接所述源极跟随器输出级的输出晶体管的栅极并将所述偏移电压施加到所述源极跟随器输出级的所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·皮卡尔迪，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US