[发明专利]一种叠加运算电路及浮动电压数模转换电路

说明书

本申请提供了一种叠加运算电路及浮动电压数模转换电路，采用间接电流叠加原理实现模拟量的叠加。其中，第一运算放大器的负相输入端和输出端连接，使得第一运算放大器具有电压跟随器的特性，其输出端嵌位至正相输入端输入的电压，即待叠加模拟量；然后，由电流产生电路将电压信号转换电流信号，该电流信号在第一运算放大器输出端连接的第一电阻上产生电压降，该电压降与第一运算放大器输出的电压信号进行叠加。由此可见，该叠加运算电路中第一运算放大器的输出工作点始终固定在待叠加模拟量，因此保证了运算放大器的输出精度；而且，高精度电流叠加量由低绝对精度的电压信号转换得到，而不是由数模转换电路直接产生，因此，放宽了电流产生电路的输入精度，进而放宽了电流产生电路对功耗和面积的要求。

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种叠加运算电路及浮动电压数模转换电路。

背景技术

在电子控制应用中，很多情况需要在某个模拟量的基础上与另一个数字控制模拟量进行叠加调节，数字控制模拟量可以通过数模转换器(Digital Analog Converter，DAC)获得。请参见图1，示出了一种需要将模拟量A与模拟量B进行叠加的原理示意图，如图1所示，DAC接收数字控制信号后产生对应的模拟量A，该模拟量通过叠加运算电路与待叠加模拟量B进行叠加，得到最终应用中所需要的信号C，即C＝A+B。

叠加运算电路通常通过运算放大器实现，而数字控制模拟量可以是电压型模拟量或者电流型模拟量。下面分别结合图2～图4介绍被叠加量与两种不同控制模拟量的叠加运算原理，图2示出了一种传统的直接电压叠加方式的原理示意图，图3示出了图2中的运算放大器的等效原理图，图4示出了一种传统的间接电流叠加方式的原理示意图。

如图2所示，将受数字控制信号的模拟量VDAC与待叠加模拟量VS利用双输入运算放大器进行直接相加，双输入运算放大器的一对输入端输入模拟量VDAC，另一对输入端的正相输入被叠加量VS，负相与输出端VO连接。如图3所示，运算放大器的一对输入V+和V-控制的MOS管可以分别等效为一个受电压控制的电流源，输出电压为受控电流源产生的电流经过电阻产生的压降，因此双输入运算放大器的输出如公式1所示：

V_O＝[gm1×V_DAC+gm2×(V_S-V_O)]×R (公式1)

公式1中，gm1表示第一对输入端控制的MOS管的增益，gm2表示第二对输入端控制的MOS管的增益，R为等效电阻的阻值。

如果公式1满足线型要求VO≈VDAC+VS，则必须有gm1＝gm2，而对于实际器件的gm本身就与加在器件上的输入电压有关，显然，实际应用中，VDAC与VS并不相等，VDAC与VS的差距越大，gm1与gm2的误差也就越大，所以实际输出与VO≈VDAC+VS也越不一致。排除VS与VDAC不一致的本身误差，在VDAC变化较大的情况下，输入电压对MOS管的状态变化影响也非常大，MOS管状态改变会引起gm发生改变，进而导致叠加量非线性误差，由此可见，电压叠加电路简单、功耗低，但可实现的绝对精度较低，在mV级别。

如图4所示，运算放大器的正相输入端输入待叠加量Vs，负相输入端与输出端连接，这样，运算放大器输出端V1被固定为Vs，而电阻上端的输出是整个叠加运算电路的输出VO＝V1+R×IDAC＝VS+R×IDAC。此种叠加方式，运算放大器的输出始终固定在VS，工作点固定，所以输出精度较高，但是，对IDAC的电流精度要求非常高。提供一种高精度且输入信号精度要求较低的叠加运算电路成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种叠加运算放大电路及浮动电压数模转换电路，在不提高叠加运算电路功耗的前提下，提高叠加运算输出信号的精度，同时降低输入信号精度要求。