一种利用负阻提高运放增益的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于运放设计领域，设及一种利用负阻提高运放增益的方法。
【背景技术】
[0002] 高增益运放在反馈系统中有着广泛的需求，W高精度流水线型模数转换器为例， 流水级中的高增益运放是保证转换精度的重要条件。为了提高运放增益，带增益自举的两 级运放是通常会采用的运放结构，如图1所示。为了满足越来越高的增益要求，设计中需要 更大的器件尺寸更高的功耗，而运在目前的低功耗应用中显然是无法忍受的。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种利用负阻提高运放增益的方法，不额外增加功耗，对低功耗设计 有重要意义。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] 一种利用负阻提高运放增益的方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1，设置负阻单元；所述负阻单元设置在运放第一级的输出端，由多个交叉禪 合的NMOS差分对组成；
[0007] 步骤2,构建片上运放增益检测控制环路；由所述片上运放增益检测控制环路产 生N位运放负阻单元控制信号SW，对所述负阻单元的每对差分对的NMOS管的源端是否接地 进行控制；
[0008] 所述片上运放增益检测控制环路由运放、第一模数转换器、第二模数转换器、数字 处理模块、开关、第一至第四电阻组成；其中运放为电路中实际使用的运放的复制，第一电 阻一端、第二电阻一端、第=电阻一端、第一模数转换器输入端共接于X点，第二电阻另一 端、运放输出端、第二模数转换器输入端共接于Y点，第=电阻另一端、第四电阻一端、运放 反相输入端共接于P点，第四电阻另一端、运放同相输入端共接于Vl电压，第一电阻另一端 通过开关接于V2电压或V3电压，第一模数转换器、第二模数转换器的输出端连接数字处理 模块输入端，数字处理模块输出N位运放负阻单元控制信号SW;
[0009] 步骤3,N位运放负阻单元控制信号SW的计算与调节，包括步骤3a~3e;
[0010] 步骤3a，设置N位运放负阻单元控制信号SW的初始值为0 ;
[0011] 步骤3b，令第一电阻通过开关接V2电压，通过第一模数转换器和第二模数转换器 分别检测X点和Y点的电压得到D_X_1、D_Y_1 ;
[0012] 步骤3c，切换开关，令第一电阻连接V3电压，通过第一模数转换器和第二模数转 换器分别检测X点和Y点的电压得到D_X_2、D_Y_2 ;
[001引步骤3d，根据所述片上运放增益检测控制环路得到公式如下，其中Vos是运放运 放的输入失调电压，V_s0由开关控制与V2或者V3相等； (1) C3)
(4) (5； (6) Cf)
[00巧]数字处理模块根据公式（7)计算得到运放实际增益Aop;
[00%] 步骤3e，如果运放实际增益Aop小于运放目标增益A，则增加输出N位运放负阻单 元控制信号SW中高电平位数；再次检测运放增益，如果此时运放实际增益Aop大于运放目 标增益A，则对N位运放负阻单元控制信号SW的计算结束；如果运放实际增益Aop仍然小 于运放目标增益A，则再次增加N位运放负阻单元控制信号SW的高电平位数，循环直到运放 实际增益Aop大于运放目标增益A。
[0027] 本发明的有益技术效果是：
[0028] 本发明在运放第一级的输出端加入由多个交叉禪合NMOS差分对组成的负阻单 元，每对差分对由片上运放增益检测控制环路产生的N位运放负阻单元控制信号SW控制 NMOS管源端是否接地，可W在忍片使用过程中根据具体情况控制负阻阻值大小，从而可W 在保证运放稳定性的前提下达到目标增益值。
[0029] 本发明的优点将在下面【具体实施方式】部分的描述中给出，部分将从下面的描述中 变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0030] 图1是现有的两级运放结构图。
[0031] 图2是采用本发明的两级运放结构图。
[0032] 图3是本发明的负阻单元结构图。
[0033] 图4是本发明的片上运放增益检测控制环路结构图。
[0034] 图5是本发明的N位运放负阻单元控制信号SW计算过程图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0036] 如图2所示是本发明的运放结构图。在运放第一级的输出端，加入如图3所示的 负阻单元。负阻单元包括一对NMOS管，交叉禪合构成正反馈，于是输出阻抗为负。假设运 放本身输出阻抗是r。，负阻单元的输出阻抗是-1/gm，那么加入负阻单元后的运放整体输出 阻抗为：
则增加输出N位运放负阻单元控制信号SW中高电平位数；再次检测运放增益，如果运放实 际增益大于运放目标增益，则N位运放负阻单元控制信号SW计算结束，如果Aop<A，则再次 增加N位运放负阻单元控制信号SW高电平位数，循环直到Aop〉A。
[0057]W上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于W上实施例。可W理解，本 领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化， 均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种利用负阻提高运放增益的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，设置负阻单元；所述负阻单元设置在运放第一级的输出端，由多个交叉耦合的 NMOS差分对组成； 步骤2,构建片上运放增益检测控制环路；由所述片上运放增益检测控制环路产生N位 运放负阻单元控制信号SW，对所述负阻单元的每对差分对的NMOS管的源端是否接地进行 控制； 所述片上运放增益检测控制环路由运放（A_op)、第一模数转换器（ADC1)、第二模数转 换器（ADC2)、数字处理模块（DSP)、开关（S0)、第一至第四电阻（R1~R4)组成；其中运放 (A_op)为电路中实际使用的运放的复制，第一电阻（R1) -端、第二电阻（R2) -端、第三电 阻（R3) -端、第一模数转换器（ADC1)输入端共接于X点，第二电阻（R2)另一端、运放（A_ 〇P)输出端、第二模数转换器（ADC2)输入端共接于Y点，第三电阻（R3)另一端、第四电阻 (R4) -端、运放（A_op)反相输入端共接于P点，第四电阻（R4)另一端、运放（A_op)同相输 入端共接于VI电压，第一电阻（R1)另一端通过开关（SO)接于V2电压或V3电压，第一模 数转换器（ADC1)、第二模数转换器（ADC2)的输出端连接数字处理模块（DSP)输入端，数字 处理模块（DSP)输出N位运放负阻单元控制信号SW ; 步骤3, N位运放负阻单元控制信号SW的计算与调节，包括步骤3a~3e ; 步骤3a，设置N位运放负阻单元控制信号SW的初始值为0 ; 步骤3b，令第一电阻（R1)通过开关（SO)接V2电压，通过第一模数转换器（ADC1)和第 二模数转换器（ADC2)分别检测X点和Y点的电压得到D_X_1、D_Y_1 ; 步骤3c，切换开关（S0)，令第一电阻（R1)连接V3电压，通过第一模数转换器（ADC1) 和第二模数转换器（ADC2)分别检测X点和Y点的电压得到D_X_2、D_Y_2 ; 步骤3d，根据所述片上运放增益检测控制环路得到公式如下，其中Vos是运放运放（A_ 〇P)的输入失调电压，V_sO由开关（SO)控制与V2或者V3相等；公式（4)-公式（5)得到运放实际增益：VX与VY经过模数转换器量化得到：数字处理模块（DSP)根据公式（7)计算得到运放实际增益Αορ ; 步骤3e，如果运放实际增益Αορ小于运放目标增益A，则增加输出N位运放负阻单元控 制信号SW中高电平位数；再次检测运放增益，如果此时运放实际增益Αορ大于运放目标增 益Α，则对Ν位运放负阻单元控制信号SW的计算结束；如果运放实际增益Αορ仍然小于运 放目标增益Α，则再次增加 Ν位运放负阻单元控制信号SW的高电平位数，循环直到运放实际 增益Αορ大于运放目标增益Α。
【专利摘要】本发明提供一种利用负阻提高运放增益的方法，在运放第一级的输出端加入由多个交叉耦合NMOS差分对组成的负阻单元，每对差分对由片上运放增益检测控制环路产生的N位运放负阻单元控制信号SW控制NMOS管源端是否接地。这样，就可以在芯片使用过程中根据具体情况控制负阻阻值大小，从而可以在保证运放稳定性的前提下达到目标增益值。本发明不额外增加功耗，对低功耗设计有重要意义。
【IPC分类】H03G3/20
【公开号】CN105337584
【申请号】CN201510862700
【发明人】丁洋, 任咏林
【申请人】无锡比迅科技有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月1日