一种压摆率自适应调节的多级放大器结构与方法

文档序号:1924978 发布日期:2021-12-03 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 一种压摆率自适应调节的多级放大器结构与方法 (Multistage amplifier structure and method with adaptive slew rate adjustment ) 是由 张明 漆星宇 刘焕双 李肖飞 于 2021-09-13 设计创作,主要内容包括:本发明提出一种压摆率自适应调节的多级放大器结构与方法。所述结构包括第一差分放大级、第二误差放大级、第三数字比较级和输出反馈级;输出反馈级连接多位状态寄存器;输出反馈级生成状态值,将所述状态值按照时序存储至多位状态寄存器;第一差分放大级接收所述输出反馈级生成的反馈调节信号,基于所述反馈调节信号调节所述第一差分放大级的输入,从而通过输入控制电路调节所述放大器结构的压摆率。所述方法包括若多位状态寄存器中出现连续存储的第一状态值,或者出现连续存储的第二状态值,则生成反馈调节信号,调节输入端的偏置电路输出的偏置电流大小。本发明能够实现多级放大器结构的压摆率自适应调节。(The invention provides a multistage amplifier structure and a method for adaptively adjusting a slew rate. The structure comprises a first differential amplification stage, a second error amplification stage, a third digital comparison stage and an output feedback stage; the output feedback stage is connected with the multi-bit state register; the output feedback stage generates a state value, and the state value is stored to a multi-bit state register according to a time sequence; the first differential amplifier stage receives a feedback adjustment signal generated by the output feedback stage, and adjusts an input of the first differential amplifier stage based on the feedback adjustment signal, thereby adjusting a slew rate of the amplifier structure via an input control circuit. The method comprises the steps that if a continuously stored first state value or a continuously stored second state value appears in the multi-bit state register, a feedback adjusting signal is generated, and the magnitude of a bias current output by a bias circuit at an input end is adjusted. The invention can realize the self-adaptive regulation of the slew rate of the multistage amplifier structure.)

一种压摆率自适应调节的多级放大器结构与方法

技术领域

本发明属于电路技术领域,尤其涉及一种压摆率自适应调节的多级放大器结构与方法。

背景技术

压摆率(SLEW Rate),也称转换速率,简写SR,单位通常有V/s,V/ms和V/μs三种,反映运放对快速变化信号的响应能力。究其成因来说,在负反馈运放电路工作在放大状态时,正反相端的电位始终是相等的(虚短),但当输入信号变化太快时,放大器性能决定输出信号可能达不到快速响应,没能跟随输入信号速率迅速变化。此时虚短就被破坏了,放大器输入级不再平衡,自然会使输出信号失真。

压摆率是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时,输出电压才按线性规律变化。也就是说如果输入信号的变化太快而所选择的信号的压摆率太低,那么输出就会失真;不过,压摆率也并不是越大越好,在很多情况下需对驱动器的压摆率进行限制。

差分放大器的压摆率和带宽决定了比较器的工作速度。根据压摆率为负载的充/放电速率可以看出,影响压摆率的因数为差分放大器的偏置电流和与负载电容,可以通过调节偏置电流和放大器的带宽降低比较器的压摆率。

中国发明专利申请CN113196663A提出高压(HV)复合开关可以包括耦合电路系统,以帮助提供更好的压摆率(dV/dt)控制,诸如以限制在开关期间可能会导致非期望EMI的电磁能量辐射。CN112486232A提出的一种窄脉冲大电流恒流源及其控制方法则通过设置短路支路摆脱了运放压摆率对窄脉冲过渡过程的限制,并设置多路并联和钳位电路,实现了近似理想波形的窄脉冲大电流恒流控制。

然而,在实际应用中,针对多级运放的压摆率控制与调节,还不能自适应的实现调节与反馈。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明提出一种压摆率自适应调节的多级放大器结构与方法。

在本发明的第一个方面,提出一种压摆率自适应调节的多级放大器结构,所述结构包括第一差分放大级和第二误差放大级。

在此基础上,所述第二误差放大级连接第三数字比较级;所述第一差分放大级和所述第三数字比较级通过输出反馈级连接;所述输出反馈级连接多位状态寄存器;所述输出反馈级接收所述第三数字比较级的比较输出信号,并基于所述比较输出信号生成状态值,将所述状态值按照时序存储至所述多位状态寄存器;所述第一差分放大级接收所述输出反馈级生成的反馈调节信号,基于所述反馈调节信号调节所述第一差分放大级的输入;所述反馈调节信号基于所述多位状态寄存器已经存储的所述状态值确定。

进一步的,作为进一步的改进型介绍,在上述技术方案中,将所述状态值按照时序存储至多位状态寄存器之后,可基于多位状态寄存器存贮的状态值的连续状态,生成反馈调节信号;基于所述反馈调节信号,调节所述第一差分放大级的输入信号。

更具体的,作为优选,若所述多位状态寄存器中出现连续存储的第一状态值,或者出现连续存储的第二状态值,则生成所述反馈调节信号。

所述第一状态值和所述第二状态值均基于所述第三数字比较级的比较输出信号的逻辑值确定;

作为进一步的优选方案,所述多位状态寄存器为时控暂态存储器;

所述时控暂态存储器存储的状态值仅在预设时段内有效,所述预设时段的大小可调节。

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值存储至所述时控暂态存储器;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储至所述时控暂态存储器。

作为具体的调节方式,所述第一差分放大级的输入端包括偏置电路和输入控制电路;

所述第一差分放大级接收所述输出反馈级生成的反馈调节信号,基于所述反馈调节信号调节所述第一差分放大级的输入,具体包括:

基于所述反馈调节信号,通过所述输入控制电路调节所述输入端的偏置电路输出的偏置电流大小。

在本发明的第二个方面,提出一种多级放大器的压摆率自适应调节方法,所述多级放大器包括第一差分放大级、第二误差放大级、第三数字比较级以及输出反馈级。

所述方法具体包括:

所述输出反馈级接收所述第三数字比较级输出的比较输出信号,并基于所述比较输出信号生成状态值,将所述状态值按照时序存储至多位状态寄存器;

基于多位状态寄存器存贮的状态值的连续状态,生成反馈调节信号;

基于所述反馈调节信号,调节所述第一差分放大级的输入信号。

其中,所述比较输出信号为逻辑值为0或者逻辑值1;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值存储至多位状态寄存器;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储至多位状态寄存器。

若所述多位状态寄存器中出现连续存储的第一状态值,或者出现连续存储的第二状态值,则生成所述反馈调节信号;

基于所述反馈调节信号,通过输入控制电路调节所述输入端的偏置电路输出的偏置电流大小。

本发明的技术方案,可以通过数字比较器的逻辑输出产生的状态值连续性,来评估当前放大器输出端的压摆率影响,从而生成对应的调控信号改变输入端的偏置电流,从而通过输入控制电路的开关电路的启闭状态改变,自适应的改变摇摆率,实现起来响应迅速并且通过模块化结构实现简单高效。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的一种压摆率自适应调节的多级放大器结构的架构图

图2是图1所述多级放大器结构的使用的多位状态寄存器的存储示意图

图3是图1所述多级放大器结构的分级放大结构示意图

图4是图1所述多级放大器结构的输入端控制电路以及偏置电路的元器件连接示意图

图5是图1所述多级放大器结构的进行压摆率调节的方法流程图

图6是图5所述方法的进一步优选实施例流程图

具体实施方式

下面,结合附图以及具体实施方式,对发明做出进一步的描述。

参照图1,是本发明一个实施例的一种压摆率自适应调节的多级放大器结构的架构图。

在图1中,所述多级放大器结构包括第一差分放大级、第二误差放大级、第三数字比较级以及输出反馈级。

在连接结构上,所述第二误差放大级连接第三数字比较级;所述第一差分放大级和所述第三数字比较级通过输出反馈级连接;所述输出反馈级连接多位状态寄存器。

所述输出反馈级接收所述第三数字比较级的比较输出信号,并基于所述比较输出信号生成状态值,将所述状态值按照时序存储至所述多位状态寄存器。

图1所述多位状态寄存器的具体结构可参见图2的示意图。图2展示了多位状态寄存器的三种存贮状态,分为上图、中图和下图。

在图2上图中,展示了多位状态寄存器的初始状态。

多位状态寄存器可以是由N个暂态寄存器组成的连续存储空间,每个存储空间仅可存储一个状态值,并且,当某个存贮空间已经存储有状态值时,就不能继续写入。

在本发明的各个实施例中,生成的状态值是按照产生时序依次存储至所述多位状态寄存器的某个状态为空的存储空间,并且是按照所所述N个连续存储空间的顺序进行查找到的第一个状态为空的存储空间。

在一个具体的实施例中,所述N为2的正整数次幂,即N=2k,k为大于1的正整数;

以图2中的上图为例,N=24=16,所述多位状态寄存器是由16个暂态寄存器组成的连续存储空间,顺序依次为1-16。

图2上图中,多位状态寄存器的初始状态显示,16个暂态寄存器组成的连续存储空间的状态均为空,即NULL(或者null)。

图2中图和下图则在部分16个暂态寄存器中存储了状态值,后续实施例将具体介绍。

在将所述状态值按照时序存储至所述多位状态寄存器后,所述输出反馈级生成反馈调节信号;

所述第一差分放大级接收所述输出反馈级生成的反馈调节信号,基于所述反馈调节信号调节所述第一差分放大级的输入。

所述反馈调节信号基于所述多位状态寄存器已经存储的所述状态值确定。

具体的,若所述多位状态寄存器中出现连续存储的第一状态值,或者出现连续存储的第二状态值,则生成所述反馈调节信号。

接下来,结合图2下图和中图,进一步介绍所述状态值的产生方式。

在图1中,所述比较输出信号为逻辑值为0或者逻辑值1;当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值存储至多位状态寄存器;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储至多位状态寄存器。

为便于描述,在图2的实施例中,所述第一状态值与所述第二状态值直接与所述比较输出信号的逻辑值对应。

即当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值1存储至多位状态寄存器;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值0存储至多位状态寄存器。

作为更具体的例子,当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值1存储至状态寄存器的某个状态为空的存储空间;

作为另一个更具体的例子,当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储0至某个状态为空的存储空间。

在本实施例中,所述多位状态寄存器的长度是有限的,为了确保整个自适应调节过程能够始终顺利,在上述实施例中,多位状态寄存器每个存储空间都是暂态存储空间。

暂态的通常含义为断电后数据消失;

在本实例中,为了进一步节约空间,作为进一步的优选,所述多位状态寄存器为时控暂态存储器;所述时控暂态存储器存储的状态值仅在预设时段内有效,所述预设时段的大小可调节。

也就是说,本发明的进一步优选实施例中,所述每个存储空间不必等到断电才使得数据消失(初始化),而是可以预设数据保存时段,超过保存时段就会自动初始化。

在该优选实施例中,与此相对应的,若所述多位状态寄存器包括N个时控暂态存储器,N为大于1的整数;则第i个时控暂态存储器的所述预设时段不小于所述第j个时控暂态存储器的所述预设时段,1≤i≤j≤N。这一种设定显然是考虑了压摆率本身的定义和状态值的存储先后时序。

与此相对应的,在该优选实施例中,

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值存储至第m个时控暂态存储器;所述m满足如下条件:

1≤m<N;第m个时控暂态存储器的状态为空,并且第m+1个时控暂态存储器的状态也为空。

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储至第n个时控暂态存储器;所述n满足如下条件:

n>2,第n个时控暂态存储器的状态为空,并且第n-1个时控暂态存储器的状态为非空。

所述反馈调节信号基于所述多位状态寄存器已经存储的所述状态值确定,具体包括:

若所述多位状态寄存器中出现连续存储的第一状态值(图2中图的连续1-1),或者出现连续存储的第二状态值(图2下图的连续0-0,则生成所述反馈调节信号。

接下来参见图3。所述多级放大结构可以分为差分放大、误差放大、数字比较以及输出反馈等功能模块,其中,输出反馈模块连接状态寄存模块,其分别对应前述的第一差分放大级、第二误差放大级、第三数字比较级以输出反馈级以及多位状态寄存器。

在图3中,作为具体的反馈调节的一个示意性结构,所述第一差分放大级的输入端包括偏置电路;

所述第一差分放大级接收所述输出反馈级生成的反馈调节信号,基于所述反馈调节信号调节所述第一差分放大级的输入,具体包括:

基于所述反馈调节信号,调节所述输入端的偏置电路输出的偏置电流大小。

即在该实施例中,基于反馈调节信号改变偏置电路大小,从而调节压摆率。

更具体反馈调节电路控制结构可参见图4。

在图4中,限于篇幅,未标出多级放大结构的全部元器件,也没有对每一个元器件进行一一标注和解释,然而,图4的结构图和元器件符号均遵循本领域的惯用表达,其具体参数、尺寸等,在具体设计中可以根据实际情况确定,不影响本发明的具体实现。

针对图4,重点标出了多级放大结构的差分输入端(Vin+/Vin-)、输出端(Vout)、偏置电路(Ibias)以及输入控制电路(连接参考电压Vdd)。

基于图4,在得到所述反馈调节信号之后,可以通过改变所述输入控制电路的开关状态,来实现所述调节。

具体的,在图4中,所述输入控制电路包括多个并联的开关器件S1、S2,……(图4中的虚线段包括还存在类似组合结构,即图4中圆圈框出的部分可重复多次),每个开关器件Si的开闭状态与所述反馈调节信号对应的连续状态值存在映射关系。

所述映射关系举例如下:

假设16位状态寄存器的第4-6位存储空间存在连续状态值1-1-1,则在所述输入控制电路中,相应的开关S2、S4、S6处于关闭(断开)状态。

当然,具体映射关系可以根据实际电路的参数值以及调节需要,根据实验测定得出,本发明上述例子仅仅是示意性的。

当然,输入控制电路还可以设置为其他形式,只要存在开关器件的状态与所述反馈调节信号对应的连续状态值存在映射关系,可以调节偏置电路的偏置电流大小即可,类似的开关电路结构可参见已有的现有技术电路。

接下来参见图5-图6,分别给出了图1所述多级放大器结构的进行压摆率调节的方法的不同层级的实施例。

一种多级放大器的压摆率自适应调节方法,所述多级放大器包括第一差分放大级、第二误差放大级、第三数字比较级以及输出反馈级

在图5中,所述方法的主体流程包括:

所述输出反馈级接收所述第三数字比较级输出的比较输出信号,并基于所述比较输出信号生成状态值,将所述状态值按照时序存储至多位状态寄存器;

基于多位状态寄存器存贮的状态值的连续状态,生成反馈调节信号;

基于所述反馈调节信号,调节所述第一差分放大级的输入信号。

在图6中,将所述状态值按照时序存储至多位状态寄存器,进行如下判断:

若所述多位状态寄存器中出现连续存储的第一状态值,或者出现连续存储的第二状态值,则生成所述反馈调节信号。

若采用图4所述的输入控制电路,则在图6中继续包括:

通过所述反馈调节信号对应的连续状态值与所述输入通知电路的多个开关器件的映射关系,改变所述输入控制电路的开关状态,从而调节所述输入端的偏置电路输出的偏置电流大小。

所述方法的硬件结构和前述图1-图4的实施例对应,具体来说,所述比较输出信号为逻辑值为0或者逻辑值1;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值存储至多位状态寄存器;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储至多位状态寄存器。

同样的所述多位状态寄存器为时控暂态存储器;所述时控暂态存储器存储的状态值仅在预设时段内有效,所述预设时段的大小可调节。

当所述多位状态寄存器包括N个时控暂态存储器,N为大于1的整数;

第i个时控暂态存储器的所述预设时段不小于所述第j个时控暂态存储器的所述预设时段,1≤i≤j≤N。

所述比较输出信号为逻辑值为0或者逻辑值1;

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为1时,生成第一状态值存储至第m个时控暂态存储器;所述m满足如下条件:

1≤m<N;第m个时控暂态存储器的状态为空,并且第m+1个时控暂态存储器的状态也为空。

当所述输出反馈级接收到的所述第三数字比较级的比较输出信号为0时,生成第二状态值存储至第n个时控暂态存储器;所述n满足如下条件:

n>2,第n个时控暂态存储器的状态为空,并且第n-1个时控暂态存储器的状态为非空。

多位状态寄存器可以是由N个暂态寄存器组成的连续存储空间,每个存储空间仅可存储一个状态值,并且,当某个存贮空间已经存储有状态值时,就不能继续写入。

在本发明的各个实施例中,生成的状态值是按照产生时序依次存储至所述多位状态寄存器的某个状态为空的存储空间,并且是按照所所述N个连续存储空间的顺序进行查找到的第一个状态为空的存储空间。

本发明通过数字比较器的逻辑输出产生的状态值连续性,来评估当前放大器输出端的压摆率影响,从而生成对应的调控信号改变输入端的偏置电流,从而通过输入控制电路的开关电路的启闭状态改变,自适应的改变摇摆率,实现起来响应迅速并且通过模块化结构实现简单高效。

本发明未特别明确的部分模块结构,以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分提及的现有技术可作为本发明的一部分,用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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