專利名稱：運(yùn)算放大器積分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運(yùn)算放大器(op amp)積分器。
背景技術(shù)：
通過將電阻器連接到晶體管電路的輸入并使用電容器作為反饋元件由op amp構(gòu)建積分器電路是公知的。當(dāng)所施加的信號(hào)的頻率為零時(shí)，理想的積分器具有無窮大的增益并且只有單極。然而，當(dāng)施加信號(hào)的頻率等于反饋電容除以晶體管的跨導(dǎo)時(shí)，基于跨導(dǎo)級(jí)的實(shí)際積分器電路在右半平面(halfplane)中具有零值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的運(yùn)算放大器積分器并且尤其是補(bǔ)償所述右半平面零值。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種積分器電路，包括-晶體管級(jí)(transistor stage)；-反饋電容器，連接在晶體管級(jí)的輸入和輸出之間；-電阻器，連接到晶體管級(jí)的輸入；-其特征在于，附加電路支路，包括-相互串聯(lián)連接并連接在晶體管級(jí)的輸出和積分器電路的反相輸入之間的第二電容器和第二電阻器。
優(yōu)選地，提供兩個(gè)附加電路支路一個(gè)可以連接在所述晶體管級(jí)的正的輸入和輸出之間，而另一個(gè)連接在負(fù)的輸入和輸出之間。這對(duì)于平衡放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是尤其有用的。所述晶體管是反相器，并因此正的輸入電壓提供負(fù)的輸出電壓，反之亦然。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在sigma delta(求和增量)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路中的第一濾波器級(jí)(積分器)中的特殊應(yīng)用。該第一濾波器級(jí)非常難以設(shè)計(jì)。


為了更好的理解本發(fā)明并且示出如何可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖，在附圖中圖1是常規(guī)的op amp積分器的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的op amp積分器的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖3是使用平衡放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的op amp積分器的第二實(shí)施例的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的op amp積分器的第三實(shí)施例應(yīng)用到sigmadelta模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路的電路圖；圖5是應(yīng)用于圖1的公知電路的一系列等式；圖6是應(yīng)用于圖2所示的本發(fā)明的電路的一系列等式。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出了對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的opamp積分器電路(跨導(dǎo)級(jí))，包括具有跨導(dǎo)gm和內(nèi)部電壓V+的晶體管級(jí)。具有值C的反饋電容器2被連接在晶體管的反相輸出端3和其非反相輸入端4之間。具有值R的電阻器5也被連接到所述非反相輸入端4，以緩沖輸入電壓Vin。反相輸入端6連接到地。晶體管級(jí)1的非反相輸出3上的電壓是Vout。
流到反饋電容器2的電流是I2，并且這通過電容器2上的電壓除以由電容器2和電阻器5表現(xiàn)出的總阻抗來給出，而且這在圖5中利用等式1給出。流過晶體管1到地的電流用I1表示，并且這由通過晶體管級(jí)1的電壓V+乘以其跨導(dǎo)gm給出，如圖5中利用等式2所示的。晶體管級(jí)1的內(nèi)部電壓V+由等式3給出。
由于必須保持該電路中的總電流，所以電流I1與I2之和必須為零，如等式4所示。因此，在等式4中替換等式1和2得到等式5。各項(xiàng)在等式6中重新排列，顯示出在右半平面中有零值。這是不希望的。
該零值可以通過附加電路支路來補(bǔ)償，這從圖1的公知電路和圖2的新電路的比較將變得明顯。附加電路支路20具有電流I3并且包括串聯(lián)連接在晶體管級(jí)1的反相輸入電壓-Vin與非反相輸出節(jié)點(diǎn)3之間的第二電容器22和第二電阻器25。
圖6中的等式7-13示出了附加電路支路20是如何補(bǔ)償右半平面中的零值的。
等式7與圖5中的等式1相同，并給出了包括電容器2的反饋支路中的電流I2的值。等式8給出了附加電路支路20中的電流I3，并且等式9對(duì)這兩個(gè)電流求和。
在等式10中，列出了用于晶體管級(jí)1中的內(nèi)部電壓V+的公式，并由此導(dǎo)出等式11，給出了通過晶體管級(jí)1的電流I1。
等式12假設(shè)這三個(gè)支路中的電流必須相互抵消，即，這三個(gè)電流加起來為零，并且等式13隨后對(duì)分別利用等式11、7和8給出的電流I1、I2和I3有效地求和。
在等式14中，簡化各項(xiàng)，以給出用于輸出電壓與輸入電壓之比的等式。通過比較對(duì)于圖2的新電路給出該比率的等式14與對(duì)于圖1的公知電路給出該比率的等式6，可以看出新電路補(bǔ)償右半平面中的零值，并且這種補(bǔ)償不依賴于放大器的特性。
圖3示出了使用平衡放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的op amp積分器，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。偏置放大器是跨導(dǎo)，使得正輸入電壓在輸出上引起電流宿并因此在輸出上導(dǎo)致負(fù)電壓。該電路與圖2中的電路基本相同，只是在晶體管級(jí)31的另一側(cè)上基本鏡像地重復(fù)電路元件。因此，第一輸入電壓Vin通過第一輸入電阻器35a連接到晶體管級(jí)31的第一輸入端34。第一反饋電容器32a連接在第一輸入端34和其上出現(xiàn)第一輸出電壓Vout的第一輸出端33之間。
負(fù)輸入電壓-Vin通過第二輸入電阻器35b連接到晶體管級(jí)31的第二輸入端36。第二反饋電容器32b連接在第二輸入端36和其上出現(xiàn)有負(fù)輸出電壓-Vout的第二輸出端37之間。
提供兩個(gè)附加電路支路，每一個(gè)包括串接的電容器和電阻器。第一附加電路支路320a包括電容器322a和電阻器325a。這將負(fù)輸入電壓-Vin連接到其上出現(xiàn)有正輸出電壓Vout的第一輸出端33。第二附加電路支路320b包括電容器322b和電阻器325b。這將正輸入電壓Vin連接到其上出現(xiàn)有負(fù)輸出電壓-Vout的輸出端37。
在圖4中呈現(xiàn)一個(gè)電路圖，其中本發(fā)明應(yīng)用到sigma delta模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一級(jí)。該電路包括圖3中所示的電路元件并且用相同的參考符號(hào)來表示，并包括一些附加電阻器和輸出電壓線。這些附加電阻器具有與前面圖中所示的電阻器R1不同的值R2。每一個(gè)連接在相應(yīng)的電阻器R1和電容器C以及附加輸出電壓線之間。因此，電阻器41將電阻器325a連接到其上出現(xiàn)正的模擬電壓VDAC的模擬輸出電壓線45。電阻器42將晶體管級(jí)31的輸入端34連接到輸出線45(VDAC)。
同樣地，電阻器43將電阻器325a連接到其上出現(xiàn)負(fù)的模擬電壓-VDAC的模擬輸出電壓線46。電阻器44將晶體管級(jí)31的輸入端36連接到反相模擬輸出線46(-VDAC)。
權(quán)利要求
1.一種積分器電路，包括-運(yùn)算放大器，具有-晶體管級(jí)，具有輸入端和輸出端；-反饋電容器，連接在晶體管級(jí)的輸入端和輸出端之間；-電阻器，連接到晶體管級(jí)的輸入端；-其特征在于，-附加電路支路，包括-相互串聯(lián)連接并且連接在晶體管級(jí)的輸出端和包含積分器電路的反相輸入電壓的電壓之間的第二電容器和第二電阻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的積分器電路，其中提供第二附加電路支路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的積分器電路，其中第一附加電路支路連接在晶體管級(jí)的非反相輸出和積分器的反相輸入之間，并且第二附加電路支路連接在晶體管級(jí)的反相輸出端和積分器的非反相輸入之間。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的積分器電路，此時(shí)在sigma delta模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路中包括第一濾波器級(jí)。
5.一種sigma delta模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，包括根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的積分器電路。
6.一種平衡放大器，包括根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的積分器電路。
全文摘要
一種積分器電路包括具有晶體管級(jí)(1)的運(yùn)算放大器，所述晶體管級(jí)(1)具有輸入端(4)和輸出端(3)；反饋電容器(2)，連接在輸入端(4)和輸出端(3)之間；和電阻器(5)，連接到輸入端(4)，并且該積分器電路還包括附加電路支路(20)，該附加電路支路(20)包括相互串聯(lián)連接的并連接在晶體管級(jí)(1)的輸出端(3)和包括積分器電路的反相輸入電壓的電壓之間的第二電容器(22)和第二電阻器(25)。優(yōu)選地，提供兩個(gè)附加電路支路(320，320’)。一個(gè)可以連接在晶體管級(jí)(1)的非反相或正輸出端(33)與積分器的反相或負(fù)輸入端之間。另一個(gè)電路可以連接在晶體管級(jí)(1)的負(fù)輸出端(37)和積分器的正輸入之間。這對(duì)于平衡放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是尤其有用的。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在sigma delta模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換電路中的第一濾波器級(jí)(積分器)中的特殊應(yīng)用，并提供改進(jìn)的運(yùn)算放大器積分器而且尤其有助于補(bǔ)償右半平面零值。
文檔編號(hào)H03M1/50GK1647095SQ03809132
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月23日
發(fā)明者A·J·M·范圖伊爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司