本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)，具體涉及一種用于消除輸出直流失調(diào)的電路及方法。

背景技術(shù)：

在集成電路設(shè)計(jì)中，對(duì)于差分輸入的放大器電路，一般要求輸入差分的兩個(gè)信號(hào)的共模點(diǎn)偏置在一個(gè)電位V_CM，如圖1所示，這樣可使放大器電路偏置在正常工作狀態(tài)。

然而前級(jí)電路有時(shí)并不能產(chǎn)生相同共模點(diǎn)的差分信號(hào)，而會(huì)存在輸出直流失調(diào)，比如差分跨阻放大器的輸出波形，如圖2所示，高頻應(yīng)用多用交流耦合的方式解決上述問(wèn)題，即存在直流失調(diào)的兩個(gè)差分信號(hào)，通過(guò)耦合電容后，加上后級(jí)的偏置電路，形成共模點(diǎn)偏置在一個(gè)電位的差分信號(hào)。

但是在低頻應(yīng)用時(shí)，要達(dá)到較好的隔直通交效果，需要非常大的耦合電容，這在片上集成是不可能的，若采用片外電容，則不能實(shí)現(xiàn)單片集成，同時(shí)增加了成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用于較低頻率下消除輸出直流失調(diào)的電路及方法，通過(guò)合理設(shè)置電阻的阻值，可以消除不同失調(diào)程度的差分信號(hào)的失調(diào)電壓。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種用于消除輸出直流失調(diào)的電路，包括依次連接的前級(jí)放大電路、幅度檢測(cè)電路、檢波電路、調(diào)整電流產(chǎn)生電路以及直流修正電路；所述前級(jí)放大電路與直流修正電路相連接；

所述前級(jí)放大電路，用于輸出帶失調(diào)的差分信號(hào)，并傳輸給幅度檢測(cè)電路以及直流修正電路；

所述幅度檢測(cè)電路，用于將帶失調(diào)的差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào),并傳輸給檢波電路；

所述檢波電路，用于將幅度檢測(cè)電路的輸出進(jìn)行檢波，將其所包含的差分信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)化為直流電壓,并傳輸給調(diào)整電流產(chǎn)生電路；

所述調(diào)整電流產(chǎn)生電路，用于將檢波電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)，并傳輸給直流修正電路；

所述直流修正電路，依據(jù)與差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)將帶失調(diào)的差分信號(hào)修正為無(wú)失調(diào)的輸出差分信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)置參數(shù)值，可以消除不同失調(diào)程度的差分信號(hào)的失調(diào)電壓；由于采用先檢測(cè)原信號(hào)的幅度，依據(jù)原信號(hào)的幅度來(lái)計(jì)算調(diào)整值，利用計(jì)算出的調(diào)整值來(lái)調(diào)整原信號(hào)，所以本發(fā)明在原信號(hào)幅度變化時(shí)也可實(shí)時(shí)調(diào)整，應(yīng)用靈活廣泛。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述幅度檢測(cè)電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4以及第一放大器OP1；

第一電阻R1一端接VBIAS，另一端分別與第二電阻R2的一端以及第一放大器OP1的正相輸入端連接；第二電阻R2的另一端與輸入信號(hào)VIP連接；第三電阻R3的一端與另一個(gè)輸入信號(hào)VIN連接，另一端與第一放大器OP1的反相輸入端連接，同時(shí)與第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4的另一端與第一放大器OP1的輸出端連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，可將差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，并形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào)，通過(guò)設(shè)置R1、R2、R3和R4比例，可以比例增大或減少所包含的差分信號(hào)幅度值。

進(jìn)一步，所述檢波電路包括第二放大器OP2、第一三極管Q1、第一PMOS管PM1以及第一電容C1；

第二放大器OP2的正相輸入端與第一放大器OP1的輸出端連接，反相輸入端分別與第一PMOS管PM1的源極、恒流源一端、調(diào)整電流產(chǎn)生電路的第五電阻R5的一端連接，輸出端與第一三極管Q1的基極連接；第一PMOS管PM1的漏極與地連接，柵極分別與第一三極管Q1的發(fā)射極以及第一電容C1的一端連接；第一電容C1的另一端與地連接；第一三極管Q1的集電極與電源連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，將幅度檢測(cè)電路輸出的帶有差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào)的高電平檢波出來(lái)，此高電平將反映差分信號(hào)的幅度值。

進(jìn)一步，所述調(diào)整電流產(chǎn)生電路包括第五電阻R5、第三放大器OP3以及第二PMOS管PM2；

第五電阻R5的另一端分別與第三放大器OP3的反相輸入端以及第二PMOS管PM2的源極連接；第三放大器OP3的正相輸入端接V_BIAS，輸出端接第二PMOS管PM2的柵極；第二PMOS管PM2的漏極分別與直流點(diǎn)調(diào)整電路的第二三極管Q2的集電極、第三PMOS管PM3的柵極以及恒流源的一端連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通過(guò)設(shè)置R5電阻，將檢波電路檢測(cè)輸出的反映差分信號(hào)幅度值的電平轉(zhuǎn)換為與幅度值成比例的電流信號(hào)。

進(jìn)一步，所述直流修正電路包括第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第五三極管Q5、第六三極管Q6、第七三極管Q7、第八三極管Q8以及第九三極管Q9；

第二三極管Q2的發(fā)射極與第六電阻R6的一端連接，基極分別與第三三極管Q3的發(fā)射極、恒流源的一端、第七三極管Q7的基極以及第八三極管Q8的基極連接，第六電阻R6的另一端接地；第三PMOS管PM3的漏極接地，源極分別與恒流源的一端以及第三三極管Q3的基極連接；第三三極管Q3的集電極接電源；第四三極管Q4的發(fā)射極與第六電阻R7的一端連接，集電極分別與恒流源的一端以及第四PMOS管PM4的柵極連接，基極分別與第五三極管Q5的發(fā)射極、恒流源的一端、第六三極管Q6的基極以及第九三極管Q9的基極連接；第七電阻R7的另一端接地，第四PMOS管PM4的漏極接地，源極分別與恒流源的一端以及第五三極管Q5的基極連接；第五三極管Q5的集電極接電源；第六三極管Q6的發(fā)射極與第八電阻R8的一端連接，集電極分別與第十二電阻R12的一端以及輸入信號(hào)V_IP連接；第七三極管Q7的發(fā)射極與第九電阻R9的一端連接，集電極分別與第十二電阻R12的另一端以及輸出端V_ON連接；第八三極管Q8的發(fā)射極與第十電阻R10的一端連接，集電極分別與第十三電阻R12的一端以及另一個(gè)輸入信號(hào)V_IN連接；第九三極管Q9的發(fā)射極與第十一電阻R11的一端連接，集電極分別與第十三電阻R13的另一端以及輸出端V_OP連接；第八電阻R8另一端接地，第九電阻R9另一端接地，第十電阻R10另一端接地，第十一電阻R11另一端接地。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通過(guò)設(shè)置R6、R7、R8、R9、R10、R11的阻值可以進(jìn)一步更改調(diào)整電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的電流信號(hào)，通過(guò)設(shè)置R12和R13的阻值，可以更改用于修正差分失調(diào)的電壓值。

本發(fā)明還提供了一種用于消除輸出直流失調(diào)的方法，包括步驟，

(1)前級(jí)放大電路輸出帶失調(diào)的差分信號(hào)，并傳輸給幅度檢測(cè)電路以及直流修正電路；

(2)幅度檢測(cè)電路將帶失調(diào)的差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào),并傳輸給檢波電路；

(3)檢波電路將幅度檢測(cè)電路的輸出進(jìn)行檢波，將其所包含的差分信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)化為直流電壓,并傳輸給調(diào)整電流產(chǎn)生電路；

(4)調(diào)整電流產(chǎn)生電路將將檢波電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)，并傳輸給直流修正電路；

(5)直流修正電路依據(jù)與差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)將帶失調(diào)的差分信號(hào)修正為無(wú)失調(diào)的輸出差分信號(hào)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)置R1～R13的阻值，可以消除不同失調(diào)程度的差分信號(hào)的失調(diào)電壓；由于采用先檢測(cè)原信號(hào)的幅度，依據(jù)原信號(hào)的幅度來(lái)計(jì)算調(diào)整值，利用計(jì)算出的調(diào)整值來(lái)調(diào)整原信號(hào)，所以本發(fā)明在原信號(hào)幅度變化時(shí)也可實(shí)時(shí)調(diào)整，應(yīng)用靈活廣泛。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明差分放大器理想的輸入信號(hào)；

圖2為本發(fā)明差分跨阻放大器的差分輸出波形；

圖3為本發(fā)明消除輸出直流失調(diào)的電路框圖；

圖4為本發(fā)明消除輸出直流失調(diào)的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明消除輸出直流失調(diào)方法流程圖；

圖6為本發(fā)明消除輸出直流失調(diào)每個(gè)步驟輸出的波形圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明旨在提供一種應(yīng)用于較低頻率下，消除輸出直流失調(diào)的方法，并給出電路實(shí)現(xiàn)。

如圖3所示，一種用于消除輸出直流失調(diào)的電路，包括依次連接的前級(jí)放大電路、幅度檢測(cè)電路、檢波電路、調(diào)整電流產(chǎn)生電路以及直流修正電路；前級(jí)放大電路與直流修正電路相連接；

前級(jí)放大電路，用于輸出帶失調(diào)的差分信號(hào)，并傳輸給幅度檢測(cè)電路以及直流修正電路；

幅度檢測(cè)電路，用于將帶失調(diào)的差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào),并傳輸給檢波電路；

檢波電路，用于將幅度檢測(cè)電路的輸出進(jìn)行檢波，將其所包含的差分信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)化為直流電壓,并傳輸給調(diào)整電流產(chǎn)生電路；

調(diào)整電流產(chǎn)生電路，用于將檢波電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)，并傳輸給直流修正電路；

直流修正電路依據(jù)與差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)將帶失調(diào)的差分信號(hào)修正為無(wú)失調(diào)的輸出差分信號(hào)。

如圖4所示，本發(fā)明中，幅度檢測(cè)電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4以及第一放大器OP1；

第一電阻R1一端接V_BIAS，另一端分別與第二電阻R2的一端以及第一放大器OP1的正相輸入端連接；第二電阻R2的另一端與輸入信號(hào)V_IP連接；第三電阻R3的一端與另一個(gè)輸入信號(hào)V_IN連接，另一端與第一放大器OP1的反相輸入端連接，同時(shí)與第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4的另一端與第一放大器OP1的輸出端連接。

幅度檢測(cè)電路可將差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，并形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào)，通過(guò)設(shè)置R1、R2、R3和R4比例，可以比例增大或減少所包含的差分信號(hào)幅度值。

本發(fā)明中，檢波電路包括第二放大器OP2、第一三極管Q1、第一PMOS管PM1以及第一電容C1；

第二放大器OP2的正相輸入端與第一放大器OP1的輸出端連接，反相輸入端分別與第一PMOS管PM1的源極、恒流源一端、調(diào)整電流產(chǎn)生電路的第五電阻R5的一端連接，輸出端與第一三極管Q1的基極連接；第一PMOS管PM1的漏極與地連接，柵極分別與第一三極管Q1的發(fā)射極以及第一電容C1的一端連接；第一電容C1的另一端與地連接；第一三極管Q1的集電極與電源連接。

檢波電路將幅度檢測(cè)電路輸出的帶有差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào)的高電平檢波出來(lái)，此高電平將反映差分信號(hào)的幅度值。

本發(fā)明中，調(diào)整電流產(chǎn)生電路包括第五電阻R5、第三放大器OP3以及第二PMOS管PM2；

第五電阻R5的另一端分別與第三放大器OP3的反相輸入端以及第二PMOS管PM2的源極連接；第三放大器OP3的正相輸入端接V_BIAS，輸出端接第二PMOS管PM2的柵極；第二PMOS管PM2的漏極分別與直流點(diǎn)調(diào)整電路的第二三極管Q2的集電極、第三PMOS管PM3的柵極以及恒流源的一端連接。

調(diào)整電流產(chǎn)生電路中通過(guò)設(shè)置R5電阻，將檢波電路檢測(cè)輸出的反映差分信號(hào)幅度值的電平轉(zhuǎn)換為與幅度值成比例的電流信號(hào)。

本發(fā)明中，直流修正電路包括第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第五三極管Q5、第六三極管Q6、第七三極管Q7、第八三極管Q8以及第九三極管Q9；

第二三極管Q2的發(fā)射極與第六電阻R6的一端連接，基極分別與第三三極管Q3的發(fā)射極、恒流源的一端、第七三極管Q7的基極以及第八三極管Q8的基極連接，第六電阻R6的另一端接地；第三PMOS管PM3的漏極接地，源極分別與恒流源的一端以及第三三極管Q3的基極連接；第三三極管Q3的集電極接電源；第四三極管Q4的發(fā)射極與第六電阻R7的一端連接，集電極分別與恒流源的一端以及第四PMOS管PM4的柵極連接，基極分別與第五三極管Q5的發(fā)射極、恒流源的一端、第六三極管Q6的基極以及第九三極管Q9的基極連接；第七電阻R7的另一端接地，第四PMOS管PM4的漏極接地，源極分別與恒流源的一端以及第五三極管Q5的基極連接；第五三極管Q5的集電極接電源；第六三極管Q6的發(fā)射極與第八電阻R8的一端連接，集電極分別與第十二電阻R12的一端以及輸入信號(hào)V_IP連接；第七三極管Q7的發(fā)射極與第九電阻R9的一端連接，集電極分別與第十二電阻R12的另一端以及輸出端V_ON連接；第八三極管Q8的發(fā)射極與第十電阻R10的一端連接，集電極分別與第十三電阻R12的一端以及另一個(gè)輸入信號(hào)V_IN連接；第九三極管Q9的發(fā)射極與第十一電阻R11的一端連接，集電極分別與第十三電阻R13的另一端以及輸出端V_OP連接；第八電阻R8另一端接地，第九電阻R9另一端接地，第十電阻R10另一端接地，第十一電阻R11另一端接地。

直流修正電路中通過(guò)設(shè)置R6、R7、R8、R9、R10、R11的阻值可以進(jìn)一步更改調(diào)整電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的電流信號(hào)，通過(guò)設(shè)置R12和R13的阻值，可以更改用于修正差分失調(diào)的電壓值。

本電路原理圖的工作過(guò)程為：

當(dāng)帶失調(diào)的差分信號(hào)分別輸入到幅度檢測(cè)電路的V_IP端和V_IN端，設(shè)置R1＝R2＝R3＝R4＝R時(shí)，其輸出V_O1＝V_BIAS+V_IP-V_IN，

V_O1輸出到檢波電路，當(dāng)OP2的正端電壓大于負(fù)端電壓，由于三極管Q1充電能力很強(qiáng)，可以迅速將OP2的負(fù)端調(diào)整至與正端相等，當(dāng)OP2的正端電壓小于負(fù)端電壓，A點(diǎn)將保持原來(lái)的值，V_O2也將保持原來(lái)的值，假定V_IP-V_IN的最大擺幅為2V，即V_O2＝V_BIAS+2V；

V_O2輸出到調(diào)整電流產(chǎn)生電路，由于OP3的正端和負(fù)端值相等，那么經(jīng)過(guò)PM2的電流I1由R5和其兩端壓降決定，設(shè)置R5＝2R，即為：

I₁＝(V_BIAS+2V-V_BIAS)/2R＝V/R，

I₁輸出到直流修正電路34的Q2，通過(guò)PM3和Q3轉(zhuǎn)換為基極電壓偏置到Q7、Q8，導(dǎo)致流過(guò)R12的電流I2比流過(guò)R13的電流I₃大I₁，即I₂-I₃＝I₁＝V/R，設(shè)置R12＝R13＝R,那么V_IN將比V_IP多下拉V的電位，從而將V_IN和V_IP調(diào)整為無(wú)失調(diào)的輸出差分信號(hào)V_ON和V_OP，

通過(guò)設(shè)置R1、R2、R3、R4電阻的比例，可以放大或縮小原失調(diào)差分信號(hào)的最大擺幅，通過(guò)設(shè)置R5的阻值可以改變調(diào)整電流I₁、通過(guò)設(shè)置R6、R7與R8、R9、R10、R11的電阻比例，可以改變調(diào)整電流I₂、通過(guò)設(shè)置R12、R13的電阻值，可以改變調(diào)整電壓的大小。通過(guò)以上電阻的合理設(shè)置，可以消除不同失調(diào)程度的差分信號(hào)的失調(diào)電壓。

如圖5所示，本發(fā)明還提供了一種用于消除輸出直流失調(diào)的方法，包括步驟，

(1)前級(jí)放大電路輸出帶失調(diào)的差分信號(hào)，并傳輸給幅度檢測(cè)電路以及直流修正電路；

(2)幅度檢測(cè)電路將帶失調(diào)的差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào),并傳輸給檢波電路；

(3)檢波電路將幅度檢測(cè)電路的輸出進(jìn)行檢波，將其所包含的差分信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)化為直流電壓,并傳輸給調(diào)整電流產(chǎn)生電路；

(4)調(diào)整電流產(chǎn)生電路將檢波電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)，并傳輸給直流修正電路；

(5)直流修正電路依據(jù)與差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)將帶失調(diào)的差分信號(hào)修正為無(wú)失調(diào)的輸出差分信號(hào)。

如圖6所示，為本發(fā)明消除輸出直流失調(diào)每個(gè)步驟輸出的波形圖，前級(jí)放大電路的輸出為帶失調(diào)的差分信號(hào)，如圖6(a),幅度檢測(cè)電路將帶失調(diào)的差分信號(hào)的最大擺幅檢測(cè)出來(lái)，形成包含差分信號(hào)幅度值的單端信號(hào)，如圖6(b),檢波電路將幅度檢測(cè)電路輸出所包含的差分信號(hào)幅度值轉(zhuǎn)化為直流電壓，如圖6(c),調(diào)整電流產(chǎn)生電路將反映差分信號(hào)幅度值的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)，如圖6(d)，直流修正電路依據(jù)與差分信號(hào)幅度值成正比的電流信號(hào)將帶失調(diào)的差分信號(hào)修正為無(wú)失調(diào)的輸出差分信號(hào)，如圖6(e)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。