一种电压放大电路和乘法数模转化器的制作方法

本申请涉及电子电路领域，涉及但不限于一种电压放大电路和乘法数模转换器。

背景技术：

目前，模拟数字转换器(analog-to-digitalconverter，adc)是集成电路领域研究的热点，例如，模拟数字转换器中的乘法数模转换器(multiplicationdigital-to-analogconverte，mdac)是流水线模拟数字转换器中的关键模块。其中，mdac的基本操作包括：采样和放大两个阶段。图1为相关技术中的乘法数模转换器的一个实现电路图，如图1所示，由于mdac的实现过程中放大时间比采样时间长很多，因此，mdac的放大时间决定了整个电路的响应速度。

相关技术中提高mdac的放大速率、缩短放大时间的方法是增加运算放大器(operationalamplifier，op)的增益带积宽(gainbandwithproduct，gbw)，然而，这种方法在一些高速应用中会产生非常大的功耗。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供一种电压放大电路和乘法数模转换器。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种电压放大电路，包括：控制模块和运算放大器；

所述控制模块与所述运算放大器的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压；

所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路，通过所述负反馈电路实现对所述输入电压的放大处理。

在一些实施例中，所述控制模块包括：分压电阻，所述分压电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述分压电阻的另一端连接所述输入电压；

所述分压电阻用于对所述输入电压进行分压处理，并将分压处理后的输入电压输入至所述运算放大器。

在一些实施例中，所述分压电阻包括相互并联的至少两个电阻器，或者，所述分压电阻包括依次串联的至少两个电阻器。

在一些实施例中，所述控制模块包括：二极管，所述二极管的阴极与所述运算放大器的反相输入端连接，所述二极管的阳极连接所述输入电压。

在一些实施例中，所述控制模块包括：三极管，所述三极管的发射极与所述运算放大器的反相输入端连接，所述三极管的基极与所述输入电压连接，所述三极管的集电极与基极连接。

在一些实施例中，所述电压放大电路还包括：第一电容，所述第一电容的一端与所述控制模块连接，所述第一电容的另一端与所述运算放大器反相输入端连接；

所述第一电容用于对所述输入电压的进行滤波处理。

在一些实施例中，所述负反馈电路包括：第二电容，所述第二电容的一端与所述运算放大器的输出端连接，所述第二电容的另一端与所述运算放大器的反相输入端连接；

所述第二电容用于补偿所述负反馈电路的输出电压与所述输入电压之间的相位差。

在一些实施例中，所述负反馈电路还包括：反馈电阻，所述反馈电阻与所述第二电容串联或者并联。

在一些实施例中，所述运算放大器的同相输入端接地。

本申请实施例提供一种乘法数模转换器，包括：采样模块和与所述采样模块连接的电压放大电路；

所述采样模块，用于采集输入电压，并将所述输入电压输入至所述电压放大电路；

所述电压放大电路包括：控制模块和运算放大器；

所述控制模块与所述运算放大器的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的所述输入电压；

所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路，通过所述负反馈电路实现对所述输入电压的放大处理。

在一些实施例中，所述控制模块包括：分压电阻，所述分压电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述分压电阻的另一端连接所述输入电压；

所述分压电阻用于对所述输入电压进行分压处理，并将分压处理后的输入电压输入至所述运算放大器。

本申请实施例提供的电压放大电路和乘法数模转换器，其中，电压放大电路包括：控制模块和运算放大器，所述控制模块与所述运算放大器的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压；所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路，通过所述负反馈电路实现对所述输入电压的放大处理，如此，由于电压放大电路中控制模块的存在，能够在不增加运算放大器功耗的基础上，可以加速加压的放大过程和稳定过程。

附图说明

在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。

图1为相关技术中的乘法数模转换器的一个实现电路图；

图2为关技术中的电压放大电路图；

图3为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图；

图4为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图；

图5为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图；

图6a为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图；

图6b为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图；

图7为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图；

图8为本申请实施例提供的引入电阻前后的放大时间与电压振幅的对比图；

图9为本申请实施例提供的乘法数模转换器的一种可选的电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对相关技术做进一步地说明。

图2为相关技术中的电压放大电路图，如图2所示，相关技术中的放大电路20包含：运算放大器21、电容c1和电容c2。其中，电容c1的一端与基准电压vref连接，电容c1的另一端与运算放大器的反相输入端连接，电容c2的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接，运算放大器的同相输入端接地。

公式(1-1)和公式(1-2)依次为单极运算放大器的传递函数的表达式和运算放大器的工作时间与运算放大器闭环增益的关系式，如下公式(1-1)和公式(1-2)所示：

其中，公式(1-1)中，a(s)代表单极运算放大器的传递函数；a0代表运算放大器的开环增益，当运算放大器一定时，a0也是一定的，是个常数；s是与运算放大器频率相关的变量，称为频率参量；ω0代表运算放大器的带宽，也是常数。

公式(1-2)中，t代表放大时间，c1和c2分别为放大电路图中电容c1和电容c2的电容值，从公式(1-2)中可以看出，随着a0、ω0、c1和c2的增大，放大时间可以大大地缩短，因此，相关技术中通过调整运算放大器的增益带积宽来调整运算放大器的增益和带宽，从而加速运算放大器的放大过程，然而，这种方法在一些高速应用中会产生非常大的功耗。

基于相关技术所存在的问题，本申请实施例提供一种电压放大电路和乘法数模转换器，通过在放大电路中增加控制模块，实现在不引起运算放大器功耗增加的基础上，加速电压的放大过程和放大电压的稳定过程。

实施例一

如图3所示，为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图，电压放大电路30包括：控制模块31和运算放大器32。

所述控制模块31与所述运算放大器32的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压(vref)。

本申请实施例中的运算放大器可以是单极的运算放大器，也可以是多级差分运算放大器。

所述运算放大器32的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路33，通过所述负反馈电路33实现对所述输入电压的放大处理。

负反馈电路是指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入值，进而影响系统功能的过程。在本申请实施例中，将运算放大器输出端的电压，通过负反馈电路输入至输入端，进而影响运算放大器的输入电压的过程。

本申请实施例中，所述运算放大器的同相输入端接地。

本申请实施例提供的电压放大电路，可以应用到任一需要电压放大功能的电路内部，本实施例对电压放大电路的应用场景不做限定。

本申请实施例提供的电压放大电路，包括：控制模块和运算放大器，所述控制模块与所述运算放大器的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压；所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路，通过所述负反馈电路实现对所述输入电压的放大处理，由于控制模块的存在，在不增加运算放大器功耗的基础上，可以加速加压的放大过程和稳定过程。

实施例二

如图4所示，为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图，电压放大电路30包括：控制模块31和运算放大器32。

所述控制模块31与所述运算放大器32的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压(vref)。

其中，所述控制模块包括：分压电阻，所述分压电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述分压电阻的另一端连接所述输入电压。

这里，分压电阻可以是任意形式的电阻，比如，固定电阻、可调电阻和特种电阻等。如图4所示，本申请实施例提供的电压放大电路图中的分压电阻为固定电阻。

所述分压电阻用于对所述输入电压进行分压处理，并将分压处理后的输入电压输入至所述运算放大器。

本申请实施例中，通过分压电阻，来调整输入至运算放大器的输入电压，进而可以调整整个电路的放大过程中的输出电压与输入电压的比值，使得输出电压与输入电压的比值增大，实现了加速电压放大和稳定放大的电压的作用。

所述分压电阻包括相互并联的至少两个电阻器，或者，所述分压电阻包括依次串联的至少两个电阻器。

本申请实施例中，对分压电阻的种类、个数及连接方式不做限定，可以是任意个数的固定电阻的串联或者并联，也可以任意个数的固定电阻和可调电阻分串联或者并联组成。如图4所示，本申请实施例提供的电压放大电路图中的分压电阻由两个固定电阻r1和r2串联构成。

所述运算放大器32的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路33，通过所述负反馈电路33实现对所述输入电压的放大处理。

本申请实施例中，所述运算放大器的同相输入端接地。

本申请实施例提供的电压放大电路，包括控制电路和运算放大器，其中控制电路由分压电阻构成，由于分压电阻可以调整输入至运算放大器的输入电压，进而可以调整整个电路的放大过程中的输出电压与输入电压的比值，使得电路的闭环增益变大，如此，通过分压电阻，在不增加运算放大器功耗的基础上，可以加速加压的放大过程和稳定过程。

实施例三

如图5所示，为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图，电压放大电路30包括：控制模块31和运算放大器32和第一电容c1。

所述控制模块31与所述运算放大器32的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压(vref)。

其中，所述控制模块31包括：二极管51，所述二极管的阴极与所述运算放大器33的反相输入端连接，所述二极管的阳极连接所述输入电压。

这里，二极管可以是任意类型的二极管，比如，可以是点接触型二极管，也可以是面接触型二极管。如图5所示，本申请实施例提供的电压放大电路图中的二极管为点接触型二极管。

所述二极管可以包括相互并联的至少两个二极管，或者，依次串联的至少两个二极管。

本申请实施例中，对二极管的种类、个数及连接方式不做限定，可以是任意个数的点接触型二极管串联或者并联组成，也可以是任意个数的面接触型二极管串联或并联组成，也可以单个二极管组成。如图5所示，本申请实施例提供的电压放大电路图中的控制模块由一个点接触型二极管组成。

本申请实施例中，二极管阴极加入正向电压，此时，二极管处于导通状态，通过二极管来控制输入至所述运算放大器的输入电压，进而控制整个电路的放大过程中的输出电压信号相位与输入电压信号相位的差值，使得输出信号相位与输入信号相位的差值增大，相位裕度增大，系统处于稳定的状态。

所述运算放大器32的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路33，通过所述负反馈电路33实现对所述输入电压的放大处理。

本申请实施例中，所述运算放大器的同相输入端接地。

本申请实施例中，所述电压放大电路还包括：第一电容，所述第一电容的一端与所述控制模块连接，所述第一电容的另一端与所述运算放大器反相输入端连接。

本申请实施例中，对所述第一电容相对控制模块的前后位置不做具体限制例如，所述第一电容的一端可以与二极管的阳极相连，另一端与所述输入电压连接。

请继续参照图5，本申请实施例中，所述第一电容的一端还可以与二极管的阴极相连，另一端与所述运算放大器反相输入端连接。所述第一电容用于对所述输入电压的进行滤波处理。

本申请实施例提供的电压放大电路，包括控制电路和运算放大器和第一电容，其中控制电路由二极管构成，由于二极管可以控制整个电路的放大过程中的输出电压信号相位与输入电压信号相位的差值，使得输出信号相位与输入信号相位的差值增大，相位裕度增大，系统处于稳定的状态，且第一电容的滤波作用也起到正向作用，如此，通过二极管和第一电容，在不增加运算放大器功耗的基础上，可以加速放大电压的稳定过程。

实施例四

如图6a所示，为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图，电压放大电路30包括：控制模块31和运算放大器32和第一电容c1。

所述控制模块31与所述运算放大器32的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的输入电压(vref)。

其中，所述控制模块31包括：三极管，所述三极管的发射极与所述运算放大器的反相输入端连接，所述三极管的基极与所述输入电压连接，所述三极管的集电极与基极连接。

这里，三极管可以是npn型的三极管，也可以是pnp型的三极管，还可以是一些其他类型的功能场效应管。如图6a所示，本申请实施例提供的电压放大电路图中的三极管为pnp型三极管m1。

所述三极管可以包括相互并联的至少两个三极管，或者，依次串联的至少两个三极管。

本申请实施例中，对三极管的种类、个数及连接方式不做限定，可以是任意个数的npn型三极管串联或者并联组成，也可以是任意个数的pnp型三极管串联或并联组成，也可以单个场效应管组成。如图6a所示，本申请实施例提供的电压放大电路图中的控制模块由一个pnp型三极管组成。

如图6a所示，本申请实施例中，三极管阴极基极与输入电压相连，三极管的发射极与第一电容c1连接，三极管的基极和集电极短接，通过三极管来调整整个电路的放大过程中的输出电压与输入电压的比值，并控制整个电路的放大过程中的输出电压信号相位与输入电压信号相位的差值，使得整个放电电路的反馈系数增加和相位裕度增加，闭环增益也相应增加。

所述运算放大器32的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路33，通过所述负反馈电路33实现对所述输入电压的放大处理。

本申请实施例中，负反馈电路包括第二电容c2，所述第二电容的一端与所述运算放大器的输出端连接，所述第二电容的另一端与所述运算放大器的反相输入端连接。

所述第二电容用于补偿所述负反馈电路的输出电压与所述输入电压之间的相位差，使得整个负反馈电路处于稳定的工作状态。

在一些实施例中，负反馈电路还包括反馈电阻，所述反馈电阻与所述第二电容串联或者并联。

这里，反馈电阻可以是干电阻，也可以是可调电阻，本申请实施例中对反馈电阻的类型和个数不做限制。

如图6b所示，为本申请实施例提供的一个电压放大电路的一种可选的电路图，其中，反馈电路33由一个反馈电阻rf和第二电容c2并联组成。当然，在其他实施例中，反馈电阻rf和第二电容c2也可以串联(图6b中未示出)。

本申请实施例中，所述运算放大器的同相输入端接地。

本申请实施例提供的电压放大电路，包括：本申请实施例提供了一种电压放大电路，包括控制电路和运算放大器和第一电容，其中控制电路由三极管构成，由于三极管可以调整整个电路的放大过程中的输出电压与输入电压的比值，并且控制整个电路的放大过程中的输出电压信号相位与输入电压信号相位的差值，使得电路的闭环增益和相位裕度增大，且第二电容的存在，也使得系统处于更加稳定的状态，如此，通过三极管和第二电容，在不增加运算放大器功耗的基础上，可以加速电压的放大过程和实现放大电压的稳定。

实施例五

如图7所示，为本申请实施例提供的电压放大电路的一种可选的电路图，电压放大电路30包括：电阻r、运算放大器、电容c1、电容c2。

其中，电阻r的一端与基准电压vref连接(对应于上述实施例中的输入电压)，电阻r的另一端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端与运算放大器的反相输入端连接，电容c2的一端与运算放大器的反相输入端连接，电容c2的另一端与运算放大器的输出端连接；运算放大器的同相输入端接地。

当存在电阻r时，图7所示电路图中的运算放大器的闭环增益由公式(2-1)计算，如下所示：

其中，公式(2-1)中，a0代表运算放大器的开环增益，当运算放大器的型号一定时，a0也是一定的，是个常数；s是与运算放大器频率相关的变量，可称为频率参量；ω0代表运算放大器的带宽，也是常数；r1为电阻r的阻值；c1和c2分别为放大电路图中电容c1和电容c2的电容值；t代表放大时间。

运算放大器电路的闭环增益为开环增益a0*带宽ω0*电路的反馈系数，从公式(2-1)可以看出，放大时间与闭环增益的值和反馈系数成反比例关系，那么，也就是说，反馈系数越大，闭环增益越大，相应地，电压放大的时间就越短。

当不存在电阻r时，放大电路中运算放大器的闭环增益由公式(2-2)计算，如下所示：

通过分析上述公式(2-1)和公式(2-2)可以明显得出，当引入电阻r后，放大电路的反馈系数明显增大，也就是说，引入电阻r增大了运算放大器的闭环增益，缩小了电压放大时间。

当引入电阻后，闭环传递函数不再是一个固定的常数，而是变为与频率有关的变量，增加了电路的反馈系数，补偿了运算放大器的传递功能；当频率很高时，电路的反馈系数约为1，比低频时的反馈系数大得多。并且，引入电阻后，使得整个放大电路获得了更多的相位裕度，使得电路的电压放大时间和稳定时间大大缩短。

本申请实施例中，引入电阻r实现了闭环增益和相位的动态改进，但是最终的增益不会因为电荷守恒而改变。

如图8所示，为本申请实施例提供的引入电阻前后的放大时间与电压振幅的对比图。从图中可以，随着时间的增大，存在电阻r的电路中的电压振幅变化明显要比没有电阻r的电路中的电压振幅变化大，存在电阻r的电路优先达到最高电压，并趋于稳定。但是，两个电路最终放大的电压振幅是完全一致的，也就是说，在放大电路中引入电阻r可以在保证电路精度的同时，加快电压放大和放大电压的稳定过程。

实施例六

如图9所示，是本申请实施例提供的乘法数模转换器的一种可选的电路图，乘法数模转换器90包括：采样模块91和与所述采样模块91连接的电压放大电路31。

其中，采样模块91，用于采集输入电压(vref)，并将输入电压(vref)输入至所述电压放大电路。

所述电压放大电路30包括：控制模块31和运算放大器32。

所述控制模块与所述运算放大器的反相输入端连接，用于控制输入至所述运算放大器的所述输入电压。

本申请实施例中的运算放大器可以是单极的运算放大器，也可以是多级差分运算放大器。

所述运算放大器32的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接，使得所述运算放大器构成负反馈电路33，通过所述负反馈电路33实现对所述输入电压的放大处理，得到用于表征模拟信号的输出电压并输出。

本申请实施例中，所述运算放大器的同相输入端接地。

在一些实施例中，所述控制模块包括：分压电阻，所述分压电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述分压电阻的另一端连接所述输入电压；

所述分压电阻用于对所述输入电压进行分压处理，并将分压处理后的输入电压输入至所述运算放大器。

本申请实施例中，所述乘法数模转换器中的电压放大电路的实现功能与前述实施例中的电压放大过程的实现功能相同。

本申请实施例提供的乘法数模转换器，包括采样模块和电压放大电路，通过采集输入电压，并将所述输入电压输入至所述电压放大电路，并通过电压放大电路对所述输入电压的放大处理，并输出，如此，实现了电压的放大处理，并且，由于电压放大电路中控制模块可以加速放大电压和稳定放大电压的过程，因此，实现了乘法数模转化器的电压放大速率的提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”“具体示例”或“作为示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。