一种基于PID控制的开关电容电路及其控制方法与流程

本发明涉及pid控制，具体涉及一种基于pid控制的开关电容电路及其控制方法。

背景技术：

1、模拟电路中通常需要对输入信号进行积分或者比例放大处理，通过处理后信号可判定当前系统的工作状态，从而对系统进行调节控制，该控制方法为积分比例调节。但当系统调节仅有比例控制时，会存在稳态误差，在加入积分控制后，系统也可能存在振荡。所以系统通常还需要加入微分信号的调节，即pid控制调节。

2、然而现有的开关电容电路缺少在积分控制的同时实现微分信号调节的功能。

技术实现思路

1、基于上述背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供一种基于pid控制的开关电容电路及其控制方法，通过基于pid控制的开关电容电路，可直接实现模拟信号vin的比例、积分、微分放大输出，解决了现有的开关电容电路缺少在积分控制的同时实现微分信号调节，从而导致系统在积分控制后仍存在振荡，从而造成系统误差的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明第一方面提供了一种基于pid控制的开关电容电路，包括：

4、第一pid开关电容放大器模块；

5、所述第一pid开关电容放大器模块包括：时钟φ1、时钟φ2、第一开关电容模块和运算放大器；

6、其中，所述第一开关电容模块包括：

7、由所述时钟φ1控制的mos管m1、mos管m2和mos管m4；以及，由所述时钟φ2控制的mos管m3和mos管m5；以及，电容c1、电容c2和电容c3；

8、所述电容c1的一端连接所述mos管m1，另一端连接所述运算放大器的负相输入端；所述电容c2的一端连接所述mos管m2，另一端连接所述mos管m5；所述电容c3与所述mos管m4串联后与所述mos管m5并联；所述mos管m3连接于所述mos管m1与所述电容c1的中间节点。

9、在上述技术方案中，当时钟φ1控制的mos管m1、mos管m2、mos管m4导通，时钟φ2控制的mos管m3、mos管m5断开时，通过该电路对输入信号vin的放大处理，vout输出信号可直接实现对系统的pid控制。

10、当时钟φ2控制的mos管m3、mos管m5导通，φ1控制的mos管m1、mos管m2、mos管m4断开时，此时运算放大器为单位增益放大器，此时开关电容放大器的输出为运算放大器的输入失调电压。

11、通过一种基于pid控制的开关电容电路，可直接实现模拟信号vin的比例、积分、微分放大输出，该输出可用于系统的pid控制调节。同时，采用该开关电容电路，可避免运放vos对输出信号影响。

12、在一种可选的实施例中，第一pid开关电容放大器模块还包括与所述第一开关电容模块相同的第二开关电容模块，所述第二开关电容模块连接于所述运算放大器的第二输入端口。

13、在一种可选的实施例中，所述运算放大器采用差分输出的运算放大器。

14、在一种可选的实施例中，所述开关电容电路还包括与所述第一pid开关电容放大器模块相同的第二pid开关电容放大器模块，所述第一pid开关电容放大器模块与所述第二pid开关电容放大器模块并联形成连续信号处理处理电路。

15、本发明第二方面提供了一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，当由时钟φ1控制的mos管m1在接收到输入信号vin后，开关电容电路对输入信号vin进行运算以消除失调电压vos的影响，开关电容电路对输入信号vin进行运算包括如下步骤：

16、由时钟φ1控制的mos管m1在接收到输入信号vin后将所述输入信号vin传输至电容c1中，所述电容c1在时钟φ1的第一时钟相位下对所述输入信号进行信号采样，得到采样信号；

17、由时钟φ2控制的mos管m3接收参考固定电平，并将所述参考固定电平传输至所述电容c1中，所述电容c1在时钟φ2的第一时钟相位下根据所述参考固定电平完成失调电压vos的存储；

18、所述电容c1对所述采样信号和所述失调电压vos进行运算，以消除输入信号vin中失调电压vos的影响。

19、在一种可选的实施例中，当由时钟φ1控制的mos管m1在接收到输入信号vin后，开关电容电路对输入信号vin进行运算以完成微分运算，开关电容电路对输入信号vin进行运算包括如下步骤：

20、由时钟φ1控制的mos管m2在接收到输入信号vin后将所述输入信号vin传输至电容c2中，所述电容c2在时钟φ1的第一时钟相位下对所述输入信号进行信号采样，得到采样信号；

21、所述电容c2在时钟φ2的第一时钟相位下保持电荷不变并存储所述采样信号；

22、所述电容c2在时钟φ1的第二时钟相位对上述采样信号进行运算，以完成微分运算。

23、在一种可选的实施例中，电容c3对电容c1和电容c2进行电荷再分配以完成积分运算，电容c3对电容c1和电容c2进行电荷再分配包括如下步骤：

24、所述电容c3接收所述电容c1上的电荷和所述电容c2上的电荷；

25、所述电容c3在时钟φ1的第一时钟相位下对所述电容c1上的电荷和所述电容c2上的电荷进行比例运算；

26、所述电容c3在时钟φ1的第二时钟相位下对比例运算结果进行运算，以完成积分运算。

27、在一种可选的实施例中，由时钟φ2控制的mos管m5对运算放大器进行控制以消除失调电压vos在时钟φ1的第一时钟相位下的影响，mos管m5对运算放大器进行控制包括如下步骤：

28、所述mos管m5在相位φ2的第一时钟相位下控制所述运算放大器的负相输入端和输出端导通，此时，所述运算放大器的负相输入端电压和输出电压均等于失调电压vos；

29、将所述失调电压存储至电容c1中，以消除失调电压vos在时钟φ1的第一时钟相位下的影响。

30、在一种可选的实施例中，第一开关电容模块与第二开关电容模块形成全差分结构的开关电容放大器，全差分结构的开关电容放大器在获取输入差分信号后对所述输入差分信号进行pid控制处理，得到差分输出信号。

31、在一种可选的实施例中，所述连续信号处理电路采用ping-pong模式运行。

32、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

33、1、通过本发明所提供的一种基于pid控制的开关电容电路，可直接实现模拟信号vin的比例、积分、微分放大输出，该输出可用于系统的pid控制调节；

34、2、避免了运放vos对输出信号影响；

35、3、采用该开关电容电路结构的全差分电路可实现差分输入信号的pid控制和差分输出

36、4、采用两个模块交替工作的ping-pong模式即可实现vin信号的连续放大输出。

技术特征：

1.一种基于pid控制的开关电容电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于pid控制的开关电容电路，其特征在于，第一pid开关电容放大器模块还包括与所述第一开关电容模块相同的第二开关电容模块，所述第二开关电容模块连接于所述运算放大器的第二输入端口。

3.根据权利要求2所述的一种基于pid控制的开关电容电路，其特征在于，所述运算放大器采用差分输出的运算放大器。

4.根据权利要求1所述的一种基于pid控制的开关电容电路，其特征在于，所述开关电容电路还包括与所述第一pid开关电容放大器模块相同的第二pid开关电容放大器模块，所述第一pid开关电容放大器模块与所述第二pid开关电容放大器模块并联形成连续信号处理处理电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，其特征在于，当由时钟φ1控制的mos管m1在接收到输入信号vin后，开关电容电路对输入信号vin进行运算以消除失调电压vos的影响，开关电容电路对输入信号vin进行运算包括如下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，其特征在于，当由时钟φ1控制的mos管m1在接收到输入信号vin后，开关电容电路对输入信号vin进行运算以完成微分运算，开关电容电路对输入信号vin进行运算包括如下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，其特征在于，电容c3对电容c1和电容c2进行电荷再分配以完成积分运算，电容c3对电容c1和电容c2进行电荷再分配包括如下步骤：

8.根据权利要求1所述的一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，其特征在于，由时钟φ2控制的mos管m5对运算放大器进行控制以消除失调电压vos在时钟φ1的第一时钟相位下的影响，mos管m5对运算放大器进行控制包括如下步骤：

9.根据权利要求3所述的一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，其特征在于，第一开关电容模块与第二开关电容模块形成全差分结构的开关电容放大器，全差分结构的开关电容放大器在获取输入差分信号后对所述输入差分信号进行pid控制处理，得到差分输出信号。

10.根据权利要求4所述的一种基于pid控制的开关电容电路的控制方法，其特征在于，所述连续信号处理电路采用ping-pong模式运行。

技术总结
本发明公开了一种基于PID控制的开关电容电路及其控制方法，当时钟Φ1控制的MOS管M1、MOS管M2、MOS管M4导通，时钟Φ2控制的MOS管M3、MOS管M5断开时，通过该电路对输入信号Vin的放大处理，Vout输出信号可直接实现对系统的PID控制；当时钟Φ2控制的MOS管M3、MOS管M5导通，时钟Φ1控制的MOS管M1、MOS管M2、MOS管M4断开时，此时运算放大器为单位增益放大器，此时开关电容放大器的输出为运算放大器的输入失调电压，通过本发明可直接实现模拟信号Vin的比例、积分、微分放大输出，该输出可用于系统的PID控制调节。同时，可避免运放Vos对输出信号影响。

技术研发人员：肖云升,赵斌,刘学
受保护的技术使用者：成都芯进电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31