[发明专利]一种利用负阻提高运放增益的方法

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。

主权项

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)一端、第二电阻(R2)一端、第三电阻(R3)一端、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_op)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)一端、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V1电压，第一电阻(R1)另一端通过开关(S0)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(S0)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_op)的输入失调电压，V_s0由开关(S0)控制与V2或者V3相等；$V1-VP=\frac{R4}{R3+R4}\·(V1-VX)---\left(1\right)$VY＝A_op·(V1‑VP‑V_os)          (2)$VY\≈2\·VX-\frac{R2}{R1}\·V\_s0---\left(3\right)$当V_s0＝V2，得到$VY1=A_{op}\·\[\frac{R4}{R3+R4}\·(V1-VX1)-V_{os}\]---\left(4\right)$当V_s0＝V3，得到$VY2=A_{op}\·\[\frac{R4}{R3+R4}\·(V1-VX2)-V_{os}\]---\left(5\right)$公式(4)‑公式(5)得到运放实际增益：$A_{op}=20lg(\frac{VY1-VY2}{VX2-VX1}\·\frac{R3+R4}{R4})---\left(6\right)$VX与VY经过模数转换器量化得到：$A_{op}=20lg(\frac{D\_Y\_1-D\_Y\_2}{D\_X\_2-D\_X\_1}\·\frac{R3+R4}{R4})---\left(7\right)$数字处理模块(DSP)根据公式(7)计算得到运放实际增益Aop；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。