一種加速運放穩定的電路及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子電路技術領域，具體涉及一種加速運算放大器(運放)穩定的電路及方法。
【背景技術】
[0002]運算放大器(簡稱運放)作為模擬電路的基礎模塊被廣泛應用，在很多領域需要較短的穩定時間，例如應用于ADC前端可變增益驅動器。現有的加速運放穩定過程的技術，要么要求運放兩輸入端存在較大壓差，要么直接探測運放輸出直流電平，加速大擺幅輸出情況下的穩定時間，如圖1和圖2所示。例如專利US6359512 Bl，US2012/0013378 Al，US8089314 B2o
[0003]不過有些運放應用場合，雖然運放輸出擺幅大，但是其兩端輸入差分電壓差也不大，直接利用差分輸入電壓差難以獲得期望的加速穩定功能，有時運放輸出擺幅大，但是工作頻率很低，例如僅僅有幾十kHz，這種情況也不需要加速穩定功能，但是如果運放配置于較大放大倍數，輸入信號來自多路選擇單元，由于通道切換時，導致運放輸出大擺幅，這種特殊應用場合就需要運放加速穩定功能。典型應用如圖3所示。其中chO?ch3都是低頻輸入信號，但是彼此之間獨立。如果固定選擇任何一個通道時，即使輸出vout是大擺幅輸出信號，但是由于每個通道的工作頻率很低，運放有足夠時間跟蹤輸入信號變化，這時候不需要運放有加速穩定過程。但是當從chO切換到chi時，由于切換通道導致運放輸出vout大擺幅變化，這時候就要求運放有加速穩定功能了，且注意到此時運放輸入端電壓變化幅度也不大。目前大多數運放加速穩定技術都不能解決圖3遇到的應用場合。原因有二:1.由于運放配置在放大模式，即使小的輸入信號變化也會導致運放輸出大擺幅變化，很難通過利用運放兩端輸入電壓差的變化加速運放穩定過程；2、當輸入信號是低頻信號時，即使導致運放大擺幅輸出波動，但是由于運放輸出能夠及時跟蹤輸入信號變化速度，不需要開啟運放輸出加速穩定過程，但是由于輸入信號快速切換(如輸入信號源變化)，這時候要求開啟運放輸出加速穩定功能，及時跟蹤運放輸入信號變化，這意味著不能直接根據運放輸出直流電平來判斷是否開啟運放輸出加速穩定過程。
【發明內容】
[0004]本發明旨在提出一種新型的加速運放大擺率輸出穩定的電路技術方案，彌補現有運放輸出加速穩定技術的在某些運放應用場合的缺陷。本發明的目的由以下技術方案實現:
[0005]—種加速運放穩定的電路，其特征在于，包括交流檢測放大電路、第一比較器、第二比較器、第一開關器件及第二開關器件；交流檢測放大電路檢測所述運放的輸出vout并將獲得的檢測信號分別輸入第一比較器和第二比較器；第一比較器的輸出控制第一開關器件的通斷，第二比較器的輸出控制第二開關器件的通斷；第一開關器件將所述運放的輸出vout與電源VCC連接或斷開，第二開關器件將所述運放的輸出與地連接或斷開。
[0006]作為具體的技術方案，所述交流檢測放大電路獲得的檢測信號為同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n，所述第一比較器、第二比較器均為施密特比較器，第一比較器用于將所述同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n的差分電壓與設定的低電平至高電平的翻轉閾值電壓vtrp進行比較，第二比較器用于將所述同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n的差分電壓與設定的高電平至低電平的翻轉閾值電壓-vtrn進行比較。
[0007]作為具體的技術方案，所述交流檢測放大電路由電容c0、PM0S管PM2、NM0S管匪2、電阻rl構成；電容c0 —端連接全擺幅運放的輸出vout，另一端連接電阻rl的一端，電阻Π的另一端連接PM0S管PM2的D極和NM0S管匪2的D極并作為反相交流放大信號ac_n的輸出，PM0S管PM2的G極和NM0S管匪2的G極相連并作為正相交流放大信號ac_p的輸出，PM0S管PM2的S極接電源VCC，NM0S管NM2的S極接地。
[0008]作為具體的技術方案，所述交流檢測放大電路獲得的檢測信號為同相交流放大信號ac_p，所述第一比較器用于將所述同相交流放大信號ac_p與設定的第一參考電壓vref 1進行比較，第二比較器用于將所述同相交流放大信號ac_p與設定的第二參考電壓vref2進行比較，所述第一參考電壓vrefl大于第二參考電壓vref2。
[0009]作為具體的技術方案，所述第一開關器件為PM0S管ΡΜ0，第二開關器件為NM0S管ΝΜΟ，ΡΜ0的S極連接電源VCC，ΝΜ0的S極接地，ΡΜ0的D極和ΝΜ0的D極分別連接全擺幅運放的輸出vout ;所述第一比較器的輸出連接ΡΜ0的G極，第二比較器的輸出連接ΝΜ0的G極。
[0010]—種加速運放穩定的方法，其特征在于，包括:(1)檢測運放交流輸出電壓短時間變化幅度并進行交流放大；(2)將交流放大的檢測信號與相應設定值比較，生成加速運放輸出上升穩定的驅動信號pu、加速運放輸出下降穩定的驅動信號pd或者不生成驅動信號；
(3)由加速運放輸出上升穩定的驅動信號pu控制運放輸出vout與電源VCC連接，由加速運放輸出下降穩定的驅動信號pd控制運放輸出vout與地連接，或者不做控制。
[0011]作為具體的技術方案，所述檢測信號為同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n，所述同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n的差分電壓大于設定的低電平至高電平的翻轉閾值電壓vtrp，則生成所述加速運放輸出上升穩定的驅動信號pu ;所述同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n的差分電壓小于設定的高電平至低電平的翻轉閾值電壓-vtrn，則生成所述加速運放輸出下降穩定的驅動信號pd。
[0012]作為具體的技術方案，所述控制運放輸出vout與電源VCC連接的為PM0S管ΡΜ0，控制運放輸出vout與地連接的為NM0S管ΝΜ0，ΡΜ0的S極連接電源VCC，ΝΜ0的S極接地，ΡΜ0的D極和ΝΜ0的D極分別連接全擺幅運放的輸出vout ;所述同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n的差分電壓大于設定的低電平至高電平的翻轉閾值電壓vtrp時，上升穩定的驅動信號pu為低電平脈沖信號，驅動ΡΜ0管導通，加速運放輸出vout上升過程；所述同相交流放大信號ac_p和反相交流放大信號ac_n的差分電壓小于設定的高電平至低電平的翻轉閾值電壓-vtrn時，下降穩定的驅動信號pd為高電平脈沖信號，驅動ΝΜ0管導通，加速運放輸出vout下降過程。
[0013]作為具體的技術方案，所述交流檢測放大電路獲得的檢測信號為同相交流放大信號ac_p，所述同相交流放大信號ac_p大于設定的第一參考電壓vref 1，則生成所述加速運放輸出上升穩定的驅動信號PU ;所述同相交流放大信號ac_p小于設定的第二參考電壓vref2，則生成所述加速運放輸出下降穩定的驅動信號pd ;所述第一參考電壓vrefl大于第二參考電壓vref2。
[0014]作為具體的技術方案，所述控制運放輸出vout與電源VCC連接的為PM0S管ΡΜ0，控制運放輸出vout與地連接的為NM0S管ΝΜΟ，ΡΜ0的S極連接電源VCC，ΝΜ0的S極接地，ΡΜ0的D極和ΝΜ0的D極分別連接全擺幅運放的輸出vout ;所述同相交流放大信號ac_p大于設定的第一參考電壓vrefl時，上升穩定的驅動信號pu為低電平脈沖信號，驅動ΡΜ0管導通，加速運放輸出vout上升過程；所述同相交流放大信號ac_p小于設定的第二參考電壓vref2時，下降穩定的驅動信號pd為高電平脈沖信號，驅動ΝΜ0管導通，加速運放輸出vout下降過程。
[0015]本發明所提出的新型的加速運放穩定的電路及方法，利用檢測運放輸出節點的交流信號幅度來決定是否開啟輔助加速穩定功能，避免需要運放差分輸入端壓差較大的要求，也避免在跟蹤低頻輸入信號時，由于直接檢測運放輸出節點直流電平導致不需要開啟輔助加速功能情形，節省不必要的功耗。
【附圖說明】
[0016]圖1為現有全擺幅運放加速穩定實現電路技術1。
[0017]圖2為現有全擺幅運放加速穩定實現電路技術2。
[0018]圖3為現有大部分全擺幅運放加速穩定電路實現技術無法使用的應用場景。
[0019]圖4為本發明實施例一提出的加速運放穩定的電路的實現電路框圖。
[0020]圖5為本發明實施例一提出的加速運放穩定的電路中交流檢測放大電路的實現范例。
[0021]圖6為應用本發明實施例一提出的加速運放穩定的電路的使用場景1。
[0022]圖7為圖6素食應用場景1對應的波形圖1。
[0023]圖8為應用本本發明實施例一提出的加速運放穩定的電路的使用場景2。
[0024]圖9為本發明實施例二提出的加速運放穩定的電路的實現電路框圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0026]實施例一:
[0027]如圖4所示，本實施例提供的加速運放穩定的電路包括:交流檢測放大電路、第一施密特比較器、第二施密特比較器、PM0S管ΡΜ0及NM0S管ΝΜ0。為了方便說明本實施例，圖4中給出一個全擺幅運放，該全擺幅運放具有輸入vin和vip、輸出vout、電源VCC及接地端，圖中還示出了運放的最后一級驅動管PM1和匪1。
[0028]如圖5所示，本實施例中的交流檢測放大電路由電容c0、PM0S管PM2、NM0S管匪2、電阻rl構成。電容c0 —端連接全擺幅運放的輸出vout，另一端連接電阻rl的一端，電阻rl的另一端連接PM0S管PM2的D極和NM0S管匪2的D極并作為反相交流放大信號ac_η的輸出，PM0S管ΡΜ2的G極和NM0S管匪2的G極相連并作為同相交流放大信號ac_p的輸出，PM0S管PM2的S極接電源VCC，NM0S管匪2的S極接地。該交流檢測放大電路利用電容cO探測到全擺幅運放輸出交流信號的幅度，經過由PM2、匪2及電阻rl組成的簡單放大器，獲得相應的交流信號&(3_?和ac_n。如果這個電路增益不明顯，可以后續級聯與PM2、匪2及電阻rl類似的電路，或者通過修改圖5中各個元件數值來調整增益。
[0029]結合圖4所示，交流檢測放大電路獲得的同相交流放大信號ac_p分別輸入第一施密特比較器和第二施密特比較器，反相交流放大信號ac_n也分別輸入第一施密特比較器和第二施密特比較器；第一施密特比較器用于提供一個pu信號，其輸出連接ΡΜ0的G極，；第二施密特比較器用于提供一個pd信號，其輸出連接ΝΜ0的G極。ΡΜ0的S極連接電源VCC，ΝΜ0的S極接地，ΡΜ0的D極和ΝΜ0的D極分別連接全擺幅運放的輸出vout。
[0030]上述電路結構中，NM0S管ΡΜ0為加速vout上升的輔助驅動，PM0S管