一种差分放大电路、误差放大电路及其修调方法与流程

1.本发明涉及电子技术领域，具体但不限于涉及一种差分放大电路、误差放大电路及其修调方法。


背景技术：

2.差分放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器。图1为一种差分放大器的示意图，图中inp和inn为差分放大器的输入信号，va，vb点为输出电压。理论上当inp和inn相等时，输出电压v
a-vb=0，但由于工艺制造的偏差，晶体管中的杂质浓度不同，造成晶体管导通时所需的栅极电压不同，存在失调电压，使得v
a-vb≠0，使电路不满足需求。
3.有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。


技术实现要素：

4.至少针对背景技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种差分放大电路、误差放大电路及其修调方法，能够生成与失调电压数值相等，方向相反的修调电压以抵消失调电压。
5.根据本发明的第一方面，一种误差放大电路，包括：第一差分对；第二差分对，耦接所述第一差分对，当所述第一差分对输出失调电压时，所述第二差分对生成修调电压以抵消所述失调电压，其中，所述修调电压是与所述失调电压数值相等，方向相反的电压。
6.可选地，所述第一差分对的跨导与所述第二差分对的跨导的比值恒定。
7.可选地，所述差分放大电路还包括第一电流镜，所述第一电流镜包括两路偏置电流，两路所述偏置电流分别流经所述第一差分对和所述第二差分对。
8.可选地，所述差分放大电路还包括控制电路，所述控制电路用于生成第一信号，以使所述第二差分对根据所述第一信号生成所述修调电压。
9.可选地，所述控制电路包括：数值控制电路，用于生成第二信号，以控制所述修调电压的数值；方向控制电路，耦接所述数值控制电路，用于生成第三信号，以控制所述修调电压的方向。
10.可选地，所述数值控制电路包括第二电流镜，所述第二电流镜至少包括两路偏置电流，且每路所述第二电流镜的偏置电流的电流值不同，每路所述第二电流镜的偏置电流流经对应的开关，通过所述开关流向同一电阻，当任一所述开关导通时，对应支路的所述第二电流镜的偏置电流导通。
11.可选地，各个相邻支路的所述第二电流镜的偏置电流的电流值比值相等。
12.可选地，所述方向控制电路包括：第一开关管和第二开关管，所述第一开关管耦接所述第二电流镜的输出电压，所述第二开关管耦接参考地，当所述第一开关管、第二开关管
导通时，维持所述第二电流镜输出电压的方向，生成所述第一信号传输给所述第二差分对；第三开关管和第四开关管，所述第三开关管耦接所述第二电流镜的输出电压，所述第四开关管耦接参考地，当所述第一开关管、第二开关管关断时，所述第三开关管、第四开关管导通，改变所述第二电流镜输出电压的方向，生成所述第一信号传输给所述第二差分对。
13.根据本发明的第二方面，一种误差放大电路，包括第一方面所述的误差放大电路。
14.可选地，所述误差放大电路还包括：第三电流镜，其一端耦接输入电压；第四电流镜，其一端耦接所述第三电流镜，另一端耦接所述第一差分对；第五电流镜，其一端耦接所述第四电流镜，另一端耦接参考地。
15.根据本发明的第三方面，一种修调差分放大电路失调电压的方法，包括以下步骤：当差分放大电路存在失调电压时，生成修调电压以抵消所述失调电压，其中，所述修调电压是与所述失调电压数值相等，方向相反的电压。
16.本发明实施例提供的差分放大电路，包括第一差分对和第二差分对，其中第二差分对耦接第一差分对，通过调节第二差分对的输入信号，使第二差分对生成与失调电压数值相等、方向相反的修调电压，以抵消失调电压的影响。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，与说明描述一起用于解释本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1示出了一种差分放大器的结构图；图2示出了根据本发明一实施例差分放大电路的结构图；图3示出了根据本发明一实施例耦接电流镜的差分放大电路的结构图；图4示出了根据本发明一实施例控制电路的结构图；图5示出了一种误差放大电路的结构示意图；图6示出了根据本发明一实施例误差放大电路的结构内部图；标号说明：100、第一差分对；200、第二差分对；300、第一电流镜；400、第二电流镜；500、第三电流镜；600、第四电流镜；700、第五电流镜。
具体实施方式
18.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
19.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
20.说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信
号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
21.图2示出了根据本发明一实施例的具有修调功能的差分放大电路的结构图。图示中第一差分对100包括pm1和pm2，pm1和pm2是一对参数相近（参数不能完全一致的原因请参考背景技术描述）的mos管。pm1、pm2的源极通过电阻r1耦接输入电压vdd，pm1、pm2的漏极分别通过电阻r2、r3耦接参考地，其中电阻r2和r3的阻值相等。pm1、pm2的栅极组成第一差分对100的输入端，当输入信号inp和inn的电压显著低于vdd时，pm1、pm2导通，此时即使输入信号inp和inn参数相同，但由于pm1和pm2并不完全一致，导致流经pm1、pm2的漏极的电流不同，使得v
a-vb≠0，v
a-vb表征为第一差分对100的失调电压。可以理解地，上述提及的pm1、pm2等，仅仅是将pmos管作为示例，上述pmos管还可以替换成其他具有导通特性的晶体管，如三极管、nmos管等，下同。
22.类似地，图示中第二差分对200包括pm3和pm4，pm3和pm4是一对参数相近的mos管。pm3、pm4的源极通过电阻r4耦接输入电压vdd，pm3、pm4的漏极分别通过电阻r2、r3耦接参考地（即第一差分对100和第二差分对200的输入端相互耦接）。pm3、pm4的栅极组成第二差分对200的输入端，第二差分对200的输入端耦接第一信号（即图2中的trimp和trimn）。需要说明地是，图示中差分对的连接方式（即双端输入双端输出）仅仅作为示例，差分对还可以替换成其他的连接方式，如：双端输入单端输出、单端输入双端输出或单端输入单端输出。
23.在一实施例中，pm1、pm2的栅极耦接参考地，此时第一差分对100存在失调电压v
a-vb；pm3的栅极耦接第一信号，通过调节第一信号，控制第二差分对200输出修调电压为v
b-va，修调电压是与失调电压大小相等、极性相反的电压。在第一差分对100和第二差分对200的共同作用下，第一差分对100输出端两端的电压相等，即消除了第一差分对100失调电压的影响。
24.本发明实施例提供的差分放大电路，包括第一差分对100和第二差分对200，其中第一差分对100和第二差分对200的输出端相互耦接，通过调节第二差分对200的输入信号，使第二差分对200生成与失调电压数值相等、方向相反的修调电压，以抵消失调电压的影响。
25.进一步，如图3所示，差分放大电路还包括第一电流镜300，第一电流镜300用于给pm1、pm2、pm3以及pm4的源极提供稳定的电流输入。在一实施例中，第一电流镜300包括3条电流支路。其中，一电流支路包括mos管pm5，pm5耦接一恒流源，该电流支路流经的电流为第一电流镜300的基准电流；一电流支路包括mos管pm6，pm6耦接第一差分对100，该电流支路流经的电流为第一电流镜300的偏置电流；一电流支路包括mos管pm7，pm7耦接第二差分对200，该电流支路流经的电流为第一电流镜300的另一路偏置电流。如此，pm1、pm2、pm3以及pm4的源极输入电流稳定，不会随着输入电压vdd的波动而变化，减少了外界的干扰，有利于更精确的修调第一差分对100的失调电压。
26.在一实施例中，第一差分对100的跨导与第二差分对200的跨导的比值恒定。将pm1和pm2的跨导设为gm1,2，pm3和pm4的跨导设为gm3,4，通过设置流经pm6和pm7的电流，以及pm1/2和pm3/4的尺寸，使得gm3,4/gm11,12为一个固定且不随工艺偏差而改变的比例，这样就可以达到较高的修调精度。
27.进一步，差分放大电路还包括控制电路，所述控制电路产生上述第一信号。具体地，控制电路包括数值控制电路和方向控制电路，顾名思义，数值控制电路生成第二信号，
以控制修调电压的数值，方向控制电路生成第三信号，以控制修调电压的方向。因此，第一信号为第二信号和第三信号的耦合信号。
28.在一实施例中，包括第二电流镜400，该第二电流镜400至少包括两路偏置电流，且各个相邻支路的偏置电流的电流值比值相等。每路偏置电流流经对应的开关，通过开关流向同一电阻，当任一所述开关导通时，对应支路的第二电流镜400的偏置电流导通。在一实施例中，以图4为例，第二电流镜400包括4条电流支路。其中，一电流支路包括mos管pm8，pm8耦接一恒流源，该电流支路流经的电流为第二电流镜400的基准电流；一电流支路包括mos管pm9，该电流支路流经的电流为第二电流镜400的第1路偏置电流；一电流支路包括mos管pm10，该电流支路流经的电流为第二电流镜400的第2路偏置电流；一电流支路包括mos管pm11，该电流支路流经的电流为第二电流镜400的第3路偏置电流。其中，设置pm9、pm10以及pm11的尺寸，使第二电流镜400的第1路偏置电流、第2路偏置电流以及第3路偏置电流的比值为1:2:4。开关为具有控制功能的晶体管，具体地，开关包括mos管pm12、pm13以及pm14。其中，pm12、pm13以及pm14的源极分别耦接pm9、pm10以及pm11，pm12、pm13以及pm14的漏极耦接电阻r5；pm12、pm13以及pm14的栅极受外部信号s1控制。外部信号s1一共有8种状态，分别为000、001、010、011、100、101、110以及111。0和1代表mos管的状态，0代表导通，1代表关断，所以，8种状态下，点vr处的电压的比值为0:1:2:3:4:5:6:7。在一实施例中，参照图2和图4，方向控制电路包括第一开关管（图4nm1）、第二开关管（图4nm2）、第三开关管（图4nm3）以及第四开关管（图4nm4），当第一开关管、第二开关管导通时，维持上述第二电流镜400输出电压的方向；当第三开关管、第四开关管导通时，改变上述第二电流镜400输出电压的方向。具体地，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管都为mos管，第一开关管、第二开关管同关同断，可以看成为一开关管组，第三开关管、第四开关管同关同断，可以看成为另一开关管组。nm1、nm2的源极耦接第二差分对200的输入端，nm1、nm2的漏极分别耦接点vr处和参考地，nm1、nm2的栅极耦接外部信号s2。nm3、nm4的源极耦接第二差分对200的输入端，nm3、nm4的漏极分别耦接参考地和点vr处，nm3、nm4的栅极耦接外部信号s2。外部信号s2是一对脉冲，分别为高电平和低电平，当nm1、nm2的栅极耦接高电平时，nm3、nm4的栅极耦接低电平，此时nm1、nm2导通，nm3、nm4关断，第二差分对200的输入端接收正向电压；当nm1、nm2的栅极耦接低电平时，nm3、nm4的栅极耦接高电平，此时nm1、nm2关断，nm3、nm4导通，第二差分对200的输入端接收反向电压。可以理解地是，方向控制电路相当于把vr处的电压相乘1或者-1，第二差分对200接收到的电压比值扩展为-7:-6:-5:-4:-3:-2:-1:0:1:2:3:4:5:6:7。
29.本发明一实施例还提供一种误差放大电路，该误差放大电路包括上述的差分放大电路。图5示出了一种误差放大电路的结构示意图，误差放大电路的输出耦接第一差分对100其中一个输入端，理论上闭环工作的误差放大器inp-inn=0，但是由于工艺制造的偏差，从而导致输入两端有失调（即inp-inn≠0），这会引起电路精度的下降，导致电路不满足需求。
30.图6示出了一种误差放大电路的内部结构图，图中mos管pm15、pm16、pm17以及pm18构成第三电流镜500，第三电流镜500的一端耦接输入电压vdd；mos管nm5、nm6构成第四电流镜600，第四电流镜600一端耦接于第三电流镜500，另一端耦接第一差分对100；mos管nm7、nm8构成第五电流镜700，第五电流镜700耦接于第一差分对100和参考地之间。假设第一差
分对100输出端输出的电流分别为i1和i2，mos管nm5、nm6流入端流入的电流分别为i3和i4，mos管pm18管流出的电流为i5。故点a的电流为（i1 i3），点b的电流为（i2 i4）。又因为点a所在支路与点b所在支路构成电流镜，若nm7、nm8参数相同，则两者电流相等，有：i1 i3= i2 i4。因此流经nm6的电流值i4= i1 i3‑ꢀ
i2，out输出的电流值为i
5-( i1 i3‑ꢀ
i2)= i5 i2‑ꢀ
i1‑ꢀ
i3，输出的电压值为（i5 i2‑ꢀ
i1‑ꢀ
i3）
×
r，其中r为nm6的等效电阻。上述已经提及pm17和pm18构成电流镜，若nm17、nm18参数相同，则电流镜流出的电流i3和i5的电流值是相等的，由此简化上式，out输出的电压为（i
2-i1）
×
r，只与第一差分对100输出端输出的电流有关。
31.参照图6，通过pm3、pm4上的电流差值来消除pm1和pm2的电流差值。当dis_trim为1时，修调部分不工作；当dis_trim为0时，修调部分开始工作。通过trimp-trimn≠0来产生pm3和pm4的电流差值。同时，把pm1和pm2的跨导设为gm1,2，pm3和pm4的跨导设为gm3,4，那么可以通过设置pm6和pm7的电流以及pm1/2和pm3/4的尺寸，使得gm1,2/gm3,4为一个固定且不随工艺偏差而改变的比例，这样就可以达到较高的修调精度。图4中，通过pm9-pm11的电流在电阻r5上产生压降得到电压。当nm1、nm2的栅极耦接高电平，nm3、nm4的栅极耦接低电平时，trimp接到vr端，trimn接到地，此时trimp-trimn》0；当nm1、nm2的栅极耦接低电平，nm3、nm4的栅极耦接高电平时，trimn接到vr端，trimp接到地，此时trimp-trimn《0。外部信号s2是用来调整修调的方向，当图6中inp-inn》0时，应该让trimp-trimn《0；当中inp-inn《0时，应该让trimp-trimn》0。
32.修调方向确定之后，修调电压值由外部信号s1来控制，在一个实施例中pm10:pm11:pm12=1ua:2ua:4ua，电阻r5为2kω，那么trimp-trimn的值为-14mv~14mv，取图6中gm1,2/gm3,4=2，那么inp-inn为-7mv~7mv都可以修调回来，1step=1mv，可以简单地实现较小的修调step。
33.基于同一个发明思路，本发明一实施例还提供一种修调差分放大电路失调电压的方法，包括以下步骤：当差分放大电路存在失调电压时，生成修调电压以抵消所述失调电压，其中，所述修调电压是与所述失调电压数值相等，方向相反的电压。
34.本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
35.这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。