用于电子电路的自动增益和偏移补偿的制作方法

本公开总体涉及电子电路(例如执行信号放大和转换操作的类型)，并且更具体地涉及与这些电子电路相关的增益和偏移补偿的执行。

背景技术：

参考图1，其示出了配置用于实施增益和偏移补偿的传统电子电路10的框图。电路10可以例如接收输入信号(In)并且产生输出信号(Out)。电路10从耦合至第一电源节点12和第二电源节点14的电源而供电。在一个实施例中，电源可以配置用于供应Vdd电源电压至节点12，并供应接地电源电压至节点14。电路10可以包括执行信号放大操作的任何类型电子电路或部件。这些电路的示例包括但不限于信号放大器、转换器(诸如模数)等等，其可以包括数字电路、模拟电路以及混合模拟-数字电路。

本领域技术人员理解电子电路10、更具体地及其电路部件并未展示出理想操作。实际上，通常存在电压增益和电压偏移误差。为了解决该事实，电路设计者包括了补偿电路。在额定电源电压条件以及额定温度环境条件下，补偿电路设计用于补偿增益和电压中的一阶系统性误差。例如，可以提供增益补偿以通过规定增益误差(称作“Gf”)而调节电路10内可控增益元件22的操作。额外地，可以提供电压补偿以通过规定电压偏移误差(称作“Of”)而调节电路10内可控增益元件22的操作。

可控增益元件22接收例如可以从信号In得到的输入信号(Ir)，并且产生例如可以用于得到输出信号Out的输出信号(Ic)。从示意性透视图，可控增益元件22包括增益装置30和求和装置32(在数字域、模拟域或混合信号域中实施)。增益误差电路20存储了增益误差(Gf)，其施加至增益装置30以规定施加至输入信号Ir的增益。偏移误差电路24存储了电压偏移误差(Of)，其施加至求和装置32以规定施加至由增益装置30产生的增益调节信号的电压偏移。与可控增益元件22的操作结合实施的该补偿操作可以由以下公式数学地表示：Ic＝(Ir*Gf)+Of。

本领域技术人员理解的是，误差电路20和24在结构上可以以许多不同方式实施。在一个实施例中，提供微调电路，其产生规定了每个误差值的输出信号。在另一实施例中，提供可编程寄存器，其产生规定了每个误差值的输出信号。在各个情形中，可控增益元件22可响应于所产生的误差输出信号而操作以相对于额定电源电压条件和额定温度环境条件完成一阶误差补偿。

前述补偿技术很好地适用于解决在额定操作状况下的一阶系统误差。当在电路10操作期间电源电压和环境温度改变时，本领域技术人员理解的是，发生了并未由误差电路20和24解决并校正的二阶误差。这些二阶误差可以在现有技术的电路中未校正。

因此在本领域中需要提供解决了在电路操作期间电源电压和环境温度改变的自动增益和偏移补偿。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种电路包括：可控增益元件，具有差分输入端和输出端，并且可控增益元件可操作用于响应于增益偏移值和电压偏移值来实现增益偏移和电压偏移补偿；差分并联(shunt)电路，耦合至可控增益元件的差分输入端；感测电路，配置用于感测所述电路的电流操作状况；以及控制电路，响应于所述感测到的当前操作状况而可操作用于：检测电路的当前操作状况在额定操作状况之外；将根据感测到的当前操作状况选择的值应用为所述增益偏移值；激励差分并联电路以将差分输入端的端子相互连接；在可控增益元件的输出端感测电压；以及将感测到的值应用为所述电压偏移值。

在一个实施例中，一种方法包括：响应于增益偏移值和电压偏移值来针对具有差分输入端和输出端的可控增益元件实现增益偏移和电压偏移补偿；感测当前操作状况；检测当前操作状况在额定操作状况之外；将根据感测到的当前操作状况选择的值应用为所述增益偏移值；相互并联差分输入端的端子；感测在可控增益元件的输出端的值；以及将感测到的值应用为所述电压偏移值。

在一个实施例中，一种电路包括：可控增益元件，具有输入端和输出端，并且可控增益元件可操作用于响应于增益偏移值而实现增益偏移补偿；感测电路，配置用于感测所述电路的当前操作状况；以及控制电路，响应于所述感测到的当前操作状况而可操作用于：检测电路的当前操作状况在额定操作状况之外；以及将根据感测到的当前操作状况选择的值应用为所述增益偏移值。

在一个实施例中，一种方法包括：响应于增益偏移值针对具有输入端和输出端的可控增益元件实现增益偏移补偿；感测当前操作状况；检测当前操作状况在额定操作状况之外；以及将根据感测到的当前操作状况选择的值应用为所述增益偏移值。

在一个实施例中，一种电路包括：可控增益元件，具有差分输入端和输出端，并且可操作用于响应于电压偏移值实现电压偏移补偿；差分并联电路，耦合至可控增益元件的差分输入端；感测电路，配置用于感测所述电路的当前操作状况；以及控制电路，响应于所述感测到的当前操作状况可操作用于：检测电路的当前操作状况在额定操作状况之外；激励差分并联电路以将差分输入端的端子相互连接；感测在可控增益元件的输出端处的值；以及将感测到的值应用为所述电压偏移值。

在一个实施例中，一种方法包括：响应于电压偏移值针对具有差分输入端和输出端的可控增益元件实现电压偏移补偿；感测当前操作状况；检测当前操作状况在额定操作状况之外；将差分输入端的端子相互并联；感测在可控增益元件的输出端处的值；以及将感测到的值应用为所述电压偏移值。

结合附图从实施例的以下详细说明将使得本公开的前述和其他特征和优点变得进一步明确。详细说明书和附图仅是本公开的示意说明，而并非限定了由所附权利要求及其等价方式所限定的本发明的范围。

附图说明

借由在无需按照比例绘制的附图中的示例示出了实施例，其中相同附图标记表示相同部件，以及其中：

图1是配置用于实施增益和偏移补偿的传统电子电路的框图；

图2是配置用于实施自动增益和偏移补偿的电子电路的框图；以及

图3是用于校准图2的电路的操作的流程图。

具体实施方式

现在参照图2，其示出了配置用于实施自动增益和偏移补偿的电子电路100的框图。在图1和图2中相同的标记指代相同或相似的部件。

电路100包括存储了固定(例如工厂设置)的增益误差(Gf)值的第一寄存器102，以及存储了固定(例如工厂设置)的偏移误差(Of)值的第二寄存器104。增益和偏移误差总体对应于针对图1的电路10实施方式的增益和偏移误差。因此，这些误差代表了在额定电源电压条件和额定温度环境条件下针对一阶系统误差的补偿。

电路100通过由增益误差电路120所提供的指定增益误差(Gc)来调整电路100内可控增益元件22的操作，从而支持增益补偿。额外地，通过由电压偏移电路124所提供的规定电压偏移误差(Oc)来调整电路100内可控增益元件22的操作从而支持电压补偿。

可控增益元件22接收可以例如从信号In得到的输出信号(Ir)，并且产生可以例如用于得到输出信号Out的输出信号(Ic)。根据示意性透视图，可控增益元件22可以由增益装置30和求和装置32表示。增益误差电路122施加增益误差(Gc)至增益装置30以规定施加至输入信号Ir的增益。偏移误差电路124施加偏移误差(Oc)至求和装置32以规定施加至由增益装置30所产生的增益调整信号的电压偏移。该补偿操作可以由以下公式数学表示：Ic＝(Ir*Gc)+Oc。

在一个优选实施例中，在结构上使用产生规定了每个误差值的输出信号的可编程寄存器来实施误差电路120和124。可控增益元件22响应于所产生的误差输出信号而可操作用于实现误差补偿。

电路100进一步包括控制电路130，其可以例如实施作为逻辑电路、微控制器或处理电路。电路100初始地运行(例如在电路100的启动、开启或补偿激励下)以从第一寄存器102读取固定的增益误差(Gf)值、并且从第二寄存器104读取固定的偏移误差(Of)。这些固定误差值随后分别由控制电路130载入至增益误差电路120(因此使得Gc＝Gf)和偏移误差电路124(由此使得Oc＝Of)中。在这里，图2的电路100配置用于以参照图1如上所述方式操作以在额定电源电压条件和额定温度环境条件下针对一阶误差补偿。

图2的电路100进一步支持自动补偿操作模式，其被设计用于解决并且补偿由于电路100操作期间电源电压和环境温度改变而引起的二阶误差。当状况改变超过阈值水平时，电路100进入重校准操作模式以更新由误差电路120和124所提供的增益误差Gc和偏移误差Oc的值。

电压感测电路140包括感测电路装置，其耦合用于感测在第一电源节点12处的电源电压Vdd并且产生指示感测到当前电压的输出信号Vp。感测到的当前电压(输出信号Vp)被提供至控制电路130，并且进一步周期性地存储在存储电路(诸如电压寄存器电路Reg Vm)150中作为之前测得电压(Vm)。在一个实施例中，电路140或电路130包括模数转换电路以提供当前电压值作为数字信号。

温度感测电路142配置用于感测电路100的温度，并且产生指示了感测到当前温度的输出信号Tp。感测到的当前电压(输出信号Tp)提供至控制电路130，并且进一步周期性地存储在存储电路(诸如温度寄存器电路Reg Tm)152中作为之前测得的温度(Tm)。在一个实施例中，电路140或电路130包括模数转换电路以提供当前温度值作为数字信号。

控制电路130进一步包括阈值比较器132，其可操作用于执行关于电压和温度的阈值比较操作。

关于电压阈值比较，阈值比较器132操作用于将由电压感测电路140所提供的、所感测的当前电压(输出信号Vp)与由电压寄存器电路(Reg Vm)150所提供的之前测得的电压(Vm)作比较。该比较产生了如下结果，其指示在给定时间周期(与电压寄存器电路(Reg Vm)150中的周期存储率相关联)期间在电源节点12处电压的改变(ΔV)。如果在该时间周期期间电压改变(ΔV)超过电压阈值(Vt)，则这指示需要对于电路100补偿进行重新校准。电压阈值(Vt)可以例如存储在非易失性存储器134中。在重校准触发的事件中，感测到的当前电压Vp替代了之前测得的电压Vm的值。

关于温度阈值比较，阈值比较器132操作用于将由温度感测电路142所提供的、所感测的当前温度(输出信号Tp)与由温度寄存器电路(Reg Tm)152所提供的之前测得温度(Tm)作比较。该比较产生了结果，指示了在给定时间周期(与在温度寄存器电路(Reg Tm)152中的周期存储率相关联)期间电路100中温度改变(ΔT)。如果在该时间周期期间温度改变(ΔT)超过温度阈值(Tt)，则这指示需要对电路100的补偿进行重新校准。温度阈值(Tt)可以例如存储在非易失性存储器134中。在重校准触发的事件中，感测到的当前温度Tp替代了之前测得的电压Tm的值。

响应于需要补偿重校准(由超过阈值的电压或温度改变而触发)，控制电路130激励耦合在输入信号Ir与可控增益元件22之间的差分并联电路160。在该上下文中，输入信号Ir应理解为具有两个分量(“正”分量和“负”分量)的差分输入信号，并且可控增益元件22响应于两个分量之间的差值。当并未激励时，短路电路160简单地将差分输入信号Ir的两个分量传递至可控增益元件22的差分(正和负)输入端。当在重校准期间由控制电路激励时，短路电路160操作用于将可控增益元件22的正和负输入端相互短接。

在理想装置中，该差分输入短接操作的结果将是产生了零输出信号(因为差分输入端之间的差值为零)。因此，在输出端的任何非零值表示了针对电路装置的电压偏移误差。实际上，提供固定的偏移误差(Of)以确保在额定电源电压条件和额定温度环境条件下的这种零输出。然而，随着电压或温度改变超过阈值，当激励了短接电路160时，固定的偏移误差(Of)将不足以补偿并提供零输出信号。

电压感测电路140进一步包括耦合用于感测输出信号(Ic)的感测电路。当短接电路160操作用于将可控增益元件22的正和负输入端相互短接时，由电压感测电路140执行输出电压的感测。在该条件下感测的电压将误差信号ΔO提供至控制电路130。在一个实施例中，电路140或电路130包括模数转换电路以提供误差信号值作为数字信号。控制电路130随后根据感测到的误差信号ΔO而调整由误差电路124提供的偏移误差(Oc)。例如，在一个实施例中，当前偏移误差(Occ)值将设置为等于之前偏移误差(Ocp)值减去感测到的误差信号ΔO(也即Occ＝Ocp–ΔO)。

在一个备选实施例中，控制电路130通过将偏移误差Oc设置为零(也即Oc＝0)并且激励差分短接电路160以将可控增益元件22的正和负输入端相互短接来响应于对于重校准的需求(由电压或温度改变超过阈值而触发)。耦合用于感测输出信号(Ic)的电压感测电路140的感测电路装置产生误差信号ΔO。控制电路130在重校准期间通过将感测到的误差信号ΔO的取反值(也即Oc＝-ΔO)载入偏移误差电路124中而响应于感测到的误差信号ΔO。

响应于对于补偿重校准的需求(由电压或温度改变超过阈值而触发)，控制电路130进一步从查找表170获取针对增益误差Gc的新值。对查找表170预编程以存储与根据电源电压和温度的增益漂移相关联的表格。可以在电路10的工厂测试期间获得表格数据。针对已经测量了增益漂移的电源电压和温度的范围应该满足或者超过对于装置的预期操作状况。此外，应该相对于与额定电源电压条件和额定温度环境条件而针对电压阈值(Vt)和温度阈值(Tt)的每个增量提供值。由控制电路130从查找表170检索到的针对增益误差Gc的新值载入增益误差电路120中。

如果在重校准的触发时之前并未更新，则与重校准结合地或者在重校准的结束处，由电压感测电路140所提供的感测到的当前电压(输出信号Vp)存储在电压寄存器电路(Reg Vm)150中作为之前测得的电压(Vm)，并且由温度感测电路142所提供的感测到的当前温度(输出信号Tp)存储在温度寄存器电路(Reg Tm)152中作为之前测得的温度(Tm)。用于阈值比较的新循环随后开始，并且校准进程重复。当缺乏补偿校准进程的触发时，由误差电路120和124保留当前增益误差Gc和偏移误差Oc值，并且并未执行Vm和Tm的更新。

现在参照图3，其示出了用于图2电路100的校准操作的流程图。图3的校准方法可以通过设置在电路100(例如与控制电路130相关联)中提供的可配置自动校准位(Auto-Cal)而在步骤200处选择性地激励。备选地，方法可以在某些情形下执行。例如，在电路的启动处或周期性地。

可以针对额定电源电压(Vn)和额定操作温度(Tn)进行工厂测量一阶偏移和增益补偿值。得到的额定偏移和增益补偿值(Of和Gf)存储在误差电路120和124中。如果自动补偿校准被禁用(Auto-Cal＝0并且在步骤200处“否”)，则将在电路100的正常操作期间应用针对Of和Gf的值以根据表达式Ic＝(Ir*Gc)+Oc而实现补偿(其中Gc＝Gf并且Oc＝Of)(参见步骤202)。当在额定电源电压和温度下或附近获取时，得到的输出信号(Ic)应该是无误差的。

如果自动补偿重校准被启用(Auto-Cal＝1并且在步骤200处“是”)，则额定偏移和增益补偿值(Of和Gf)初始地用于误差电路120和124中，并且在步骤204中初始化电压寄存器电路(Reg Vm)150和温度寄存器电路(Reg Tm)152至额定电压和温度值(Vn和Tn)。

电压感测电路140和温度感测电路142操作用于在步骤206中测量当前电源电压Vp和当前温度Tp。

在步骤208中，执行大量阈值比较操作。第一阈值比较操作计算了电源电压改变(Vp－Vm)以用于与电压阈值Vt作比较。第二阈值比较操作计算了温度改变(Tp－Tm)以用于与温度阈值Tt作比较。

如果电源电压改变的绝对值小于电压阈值Vt，并且如果温度改变的绝对值小于温度阈值Tt，则并未触发补偿的重校准(在步骤208处“否”)。在该情形下，维持针对Oc和Gc的当前值，并且在电路10的操作期间将Oc和Gc的当前值应用于根据表达式Ic＝(Ir*Gc)+Oc来实现补偿(参见，步骤202)。

相反地，如果温度改变的绝对值满足或者超过温度阈值Tt，或者如果电源电压改变的绝对值满足或超过电压阈值Vt，则触发了补偿的重校准(在步骤208处“是”)。

在重校准步骤中，在步骤210处采用感测到的当前电压和温度值(Vp和Tp)载入电压寄存器电路(Reg Vm)150和温度寄存器电路(Reg Tm)152。备选地，可以在重校准结束处执行该步骤。

为了确定增益误差Gc，在步骤212处，根据感测到的当前电压和温度值(Vp和Tp)中的一个或多个来选择增益误差值。这些增益误差值可以存储在根据感测到的当前电压和温度值而访问存取的查找表中。作为示例，在电路22的工厂测试期间，可以根据电源电压和温度测量增益漂移。与测得的漂移相关联的增益误差值的表格可以存储在非易失性存储器中。用于补偿的产生增益误差值的电源电压和温度应该对应于阈值值Vt和Tt。例如，如果电压阈值Vt是0.2V并且温度阈值Vt是或5℃，则查找表应该相对于额定电压Vn或额定温度Tm针对每0.2V或5℃的正和负的增量改变而提供增益误差值。步骤212进一步包括在增益误差电路120中应用所选的增益误差作为增益误差Gc。

为了确定偏移误差Oc，在步骤214处，将接收了输入信号Ir的可控增益元件22的差分输入端短接在一起。步骤214进一步包括将偏移误差电路124中偏移误差Oc清零。在理想装置中，该短接的差分输入配置将导致从可控增益元件22的零输出。然而，由于触发了重校准进程的电压或温度改变，短接的差分输入配置将实际上产生了非零输出，指示了一定量的偏移漂移误差。在步骤216中执行转换操作以获得新的电压偏移误差Oc。如果输出值非零，则输出值的取反值应用作为偏移误差电路124中的输出误差Oc。如果替代地输出值为零，则等于零的输出温差Oc存储在偏移误差电路124中。

因此，如果阈值校准导致重校准补助的性能，则将以如上所述方式更新针对Oc和Gc的值。随后在步骤202中根据表达式Ic＝(Ir*Gc)+Oc执行补偿操作，其中Gc和Oc是更新的值。

校准方法随后终止在步骤218。这并非意味着不执行另外的校准。相反，全部或部分重复地执行图3的方法，而操作电路100以便于确保调整校准以解决电压或温度的继续改变。总体上由虚线220指示该重复操作。重复率是可选的或可配置的。备选地，可以响应于特定事件的检测或发生来重复校准操作。

前述方法特别地适用于执行例如放大和数据转换操作的电路类型。应该理解，该放大可以替代地是可编程的，并且该数据转换应该以不同分辨率而执行。在该可编程电路实施方式中，用于电路操作的每个可编程选项可以需要与确定更新的Gc和Oc值相关联的补偿值的独特集合。在此所述的补偿校准方法可以与电路相同方式而可编程。在该情形中，在任何编程选项下执行电压偏移重校准，并且可以针对每个选项存储偏移误差Oc的分立值。同样地，用于增益误差Gc值的查找表可以包括与每个可应用编程选项相关的数据项。

图2中电路100的示意说明应由本领域技术人员理解为仅为示意性的。电路图的组块可以表示模拟电路、数字电路或混合信号电路。

在优选实施方式中，在数字域执行校准功能，在对应的模数转换器电路装置中将所有模拟信号转换为数字信号。通过在模数转换之后在数字域中执行校准，可以补偿来自整个信号链(模拟增益级以及模数转换电路)的偏移和增益误差。

在许多系统中，电源电压和当前温度条件的周期性测量是普通系统操作的一部分。在此所述的并未由阈值比较而一次性触发的校准操作因此是资源有效和功率有效的(例如，与现有技术的连续背景校准方法相比)。

前述说明书已经借由示例和非限定性示例而提供了对本发明一个或多个示例性实施例的完整和丰富的描述说明。然而，当结合附图和所附权利要求阅读在前述说明书的教导下时，各种修改和改变对于本领域技术人员而言可以是明显的。然而，本发明教导的所有这些和类似修改将落入如所附权利要求中所限定的本发明的范围内。