用于补偿放大器的两个输入之间的内部电压偏移的方法与流程

实施例和实现涉及运算放大器电路的校准。

背景技术：

1、运算放大器允许在集成电路的不同信号之间执行操作，特别是非常高的增益放大(通常在100到1000的范围内)。在校准期间，放大器反馈通常被去激活，并且开环放大器作为比较器工作。

2、当电压施加到放大器的反相输入端和非反相输入端时，在放大器的输出端生成电压电平。特别地，当放大器用作比较器时，电压电平根据输入电压之间的偏差的符号而变化。换句话说，对于正偏差生成第一电压电平，对于负偏差生成第二电压电平。当施加到非反相输入端的电压大于施加到放大器的反相输入端的电压时，偏差为正，否则为负。

3、为了从输入电压生成电压电平，放大器通常包括由模拟电路内部形成的数个级，特别是差分输入级。

4、差分输入级通常为放大器的每个输入提供分布在两个分支上的内部元件，并将输入之间的电压偏差传输到放大器的其它级。

5、内部元件是模拟部件，例如晶体管，其由施加到放大器的每个输入的电压控制。这些元件通常被选择为在两个支路之间具有相同的特性，使得由差分级生成的电压表示放大器的输入之间的实际电压偏差。

6、然而，由于制造工艺的物理危害(例如，过程变化)和/或随时间的发散，内部元件的特征可能不同。这些特性之间的差异导致放大器输入之间的内部电压偏移。该电压偏移，通常称为“偏移电压”，可能转变输入电压之间的偏差的符号。然后，将差分级的输出电压表示为添加了偏移电压的输入电压之间的实际偏差。

7、因此，放大器可输出不对应于与输入电压之间的实际偏差相关联的电压电平的电压电平。

8、为了补偿该偏移电压，可以校准运算放大器。在校准期间，通常将运算放大器与集成电路的剩余部分隔离并使运算放大器的输入短路是适当的。以这种方式，放大器作为比较器工作，并且可以保持施加在放大器输入端的电压之间的实际偏差为零，使得只有偏移电压对放大器的输出有影响。

9、然后，仅根据第一放大器的输入之间的电压偏移(即偏移电压)来表示由差分级生成的电压，并且第一放大器根据偏移电压的符号生成第一或第二电压电平。

10、常规的校准阶段包括第一放大器的输出信号与阈值的比较以及对第一放大器的偏移电压的补偿。通过常规技术对偏移电压进行的补偿包括例如在第一放大器的差分分支之一中添加补偿电流，该补偿电流具有对应于偏移的符号。

11、电压偏移补偿可以在一个电压电平到另一个电压电平之间的转换期间检测，也就是说，当偏移的符号转变时(即，当偏移电压为零时)。该转变由于阈值而被检测到，该阈值被定义为可由第一放大器生成的两个电压电平之间的电压电平。

12、然而，由于第一放大器的输出电流非常低以通过输出节点上的电容性电荷生成输出电压，所以由第一放大器生成的电压电平之间的过渡时间长。输出节点上的电容值可以例如源自第一放大器的输出级中的寄生电容和/或源自通常放置在第一放大器的输出处的频率补偿电容器，以便确保闭环放大器的输出信号的稳定性。

13、因此，转换检测时间长，并且校准阶段花费大量的时间，这延迟了集成电路的启动阶段。

14、因此，需要提出该问题的解决方案。

技术实现思路

1、实现和实施例提出了一种校准电路，其允许加速用于校准集成电路内的第一放大器的方法。

2、根据一个方面，提出了一种用于补偿第一放大器的正输入和负输入之间的内部电压偏移的方法。

3、该方法包括将第一放大器的负输入和正输入耦合到相同的电压电平，以便在第一放大器的输出上生成比较电流。比较电流的符号表示第一放大器的输入上的内部电压偏移的符号。

4、该方法包括利用电流-电压转换器将第一放大器的输出偏置到阈值电压，以及利用电流-电压转换器生成控制电压，该控制电压包括阈值电压和比较电流的电压转换之和。

5、该方法还包括根据控制电压补偿第一放大器的输入之间的内部电压偏移。

6、将第一放大器的输出偏置到阈值电压允许将第一放大器的输出处的寄生电容“预充电”到参考电压，使得其不是对寄生电容缓慢充电的低强度的比较电流。换句话说，消除了通过比较电流对寄生电容充电所需的时间，这允许减少校准阶段的持续时间。

7、因此，由第一放大器的输入之间的偏移电压的符号变化引起的输出电流的符号变化被转换成控制电压中的相应电压分量。因此，电流-电压转换器的输出处的控制电压的电平非常快地切换，而没有时间对所述寄生电容充电，以便控制偏移补偿。

8、因此，通过低强度输出电流的电容充电，控制电压的转变比在第一放大器的输出端产生的电压电平“0”或“1”与阈值电压之间的大幅度的传统转变快得多。

9、根据一个实施例，该方法还包括用控制电压控制触发元件，该触发元件生成可以具有两个电平的触发信号并切换到所述阈值电压，执行第一放大器的输入之间的内部偏移的补偿直到触发信号的切换。

10、触发元件允许在补偿电压偏移的特定时间自动检测控制电压的转变。

11、根据一个实施例，补偿第一放大器的输入之间的内部偏移包括逐渐并且逐步生成由时钟信号的周期连续时钟控制的补偿信号，该补偿信号被发送到第一放大器并且被配置为补偿第一放大器的输入之间的内部电压偏移。

12、补偿信号的时钟控制允许逐渐转变第一放大器的输入之间的内部电压偏移，并防止补偿信号具有过低或过高的值以正确补偿电压偏移。

13、根据一个实施方案，如果控制电压与阈值电压之间的差由第一符号指示，那么补偿信号的生成在每一步骤处逐渐增量，或如果控制电压与阈值电压之间的差由与第一符号相对的第二符号指示，那么补偿信号的生成在每一步骤处逐渐减量。

14、因此，可以响应于电压偏移的符号进行校准方法，并逐渐调节补偿信号以限制偏移。

15、根据一种实现方式，在比较电流的符号转变期间，根据所述比较电流的电压转换时间来设置时钟信号的周期的持续时间。

16、实际上，时钟信号的每个周期有利地具有至少对应于由偏移补偿引起的控制信号中的转变所需的时间的持续时间。然而，假定在根据上面定义的方面的方法中，转换比在常规技术中更快，则每个时钟周期的持续时间有利地相应减量。此外，与直到偏移补偿的定时持续时间的累积相对应的校准阶段的总持续时间与等于其实现的周期数的因子成比例地减小。

17、根据一种实现方式，用电流-电压转换器偏置第一放大器的输出包括：将参考电压施加到第二运算放大器的非反相输入，以及将电阻反馈施加到在第二运算放大器的输出和反相输入之间，以便将第一放大器的输出偏置到参考电压。

18、在电流-电压转换的响应时间，第一放大器响应时间，第一放大器的输出的偏置的稳定性以及此外在成本和大小方面的有利示例。

19、根据另一方面，还提出了一种集成电路，其包括第一放大器和用于补偿第一放大器的正输入和负输入之间的内部电压偏移的电路。

20、所述补偿电路包括切换电路，所述切换电路被配置为将所述第一放大器的所述负输入及所述正输入耦合到相同电压电平，使得所述第一放大器被配置为在所述第一放大器的输出上生成比较电流，所述比较电流的符号表示所述第一放大器的输入上的内部电压偏移的符号。

21、所述补偿电路包括电流-电压转换器电路，所述电流-电压转换器电路被配置为将所述第一放大器的输出偏置到阈值电压，并且生成包括所述阈值电压和所述比较电流的电压转换之和的控制电压。

22、所述补偿电路进一步被配置为生成用于根据所述控制电压与所述阈值电压之间的差来补偿所述第一放大器的输入之间的内部电压偏移的信号。

23、根据一个实施例，所述补偿电路包括触发元件，所述触发元件被配置为生成触发信号，所述触发信号可以具有两个电平并且由所述控制电压控制，并且所述触发元件被配置为切换到所述阈值电压，所述补偿电路被配置为生成所述补偿信号直到切换所述触发信号为止。

24、根据一个实施例，补偿电路还被配置为接收时钟信号，并逐渐地和逐步地生成由时钟信号的周期连续时钟控制的补偿信号，并向第一放大器发送被配置为补偿第一放大器的输入之间的内部电压偏移的补偿信号。

25、根据一个实施例，补偿电路被配置为：如果控制电压与所述阈值电压之间的差具有第一符号，则通过每一步进行的增量来生成所述补偿信号，或者如果所述控制电压与所述阈值电压之间的差具有与所述第一符号相对的第二符号，则通过每一步进行的减量来生成所述补偿信号。

26、根据一个实施例，补偿电路被配置为由时钟信号的周期来时钟控制，所述时钟信号的周期具有根据在比较电流的符号转变期间所述比较电流的电压转换时间来设置的持续时间。

27、根据一个实施例，电流-电压转换器包括第二运算放大器，并且还包括在第二运算放大器的输出和反相输入之间的反馈电阻器，以及将参考电压施加到第二运算放大器的非反相输入以便将第一放大器的输出偏置到阈值电压的电压源。