CN112187048A - 一种输出电压的低功耗校正电路及自动校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有输出电压的低功耗校正电路及方法，涉及电子元件技术领域，主要解决了线性电压转换器存在静态功率耗高的技术问题。本发明包括源极随耦器以及与所述源极随耦器连接的电压校正单元；所述电压校正单元包括依次连接的电压传感模块、数位控制模块以及参考电压控制模块；所述源极随耦器与所述电压传感模块、参考电压控制模块均相连。本发明采用源极随耦器替换线性电压转换器，源极随耦器不会产生静态功率消耗，因而能够有效减少传感器的片上***的功率消耗；同时，设计电压校正单元及电压校正方法，有效避免了源极随耦器的电压输出不稳定的缺点。因此，本发明电路具备功耗低、输出稳定，具备较大的应用价值。

Description

一种输出电压的低功耗校正电路及自动校正方法
技术领域
本发明涉及电子元件技术领域，尤其涉及一种输出电压的低功耗校正电路及自动校正方法。
背景技术
在目前无线通讯技术***快速发展之下，研发低成本、高效能、低功耗之无线射频集成电路日益迫切，目前全球正进入一个各种***都需要采集和交换资料的物联网时代，传感器以无线方式传输资料的物联网中，如果传感器采用电池供电，功耗受限且必须持续很长时间的话，低功耗、低电压的WiFi发挥至关重要的角色。在上述传感器的片上***（System on Chip，SoC）的电源结构设计中，上层采用数个线性电压转换器，主要目的有两个。其一是直流电压降压(VIN-to-VOUT)，提供低电压给下层的核心电路，其二是让下层多个类比或数位负载电路彼此之间有很好的隔离度，进而提高传输效能。在功耗方面，主要可以从两个地方改善，第一，降低负载的动态电流。***在运作时，这是最直接有效的降低功耗，然而，此改善方法必须跟整体效能做一个权衡评估，复杂度过高；第二，降低线性电压转换器的静态电流。在不传输资料时，***会进入睡眠待机，此时尽管负载功率消耗极小，线性电压转换器依然要保持开启，提供稳定的输出电压。因此降低线性电压转换器的静态电流就很重要。因此，如何降低线性电压转换器的静态功率消耗，是最需要解决的问题。
在线性电压转换器传统的架构下，可分为核心级和输出级。核心级主要是基准电压（voltage reference，VREF）跟反馈电压（voltage feedback，VFB）通过误差放大器，让输出电压（Vout）稳定；输出级为高压传输晶体管(Mpass)、回授电阻、跟负载电容所构成。其中为了达到较小的静态电流设计，回授电阻通常不会设计太小，而两个回授电阻的比例，是根据参考电压跟所需的输出电压去做设计。传输晶体管为了承受大功率负载，需要有一定的驱动能力，在最大电流输出时，需要适当地设计W/L比，让Vo>2VDS（sat），以确保误差放大器操作于饱和区。上述电路功耗方面都有一部分的占比，如果要做到微安或低于微安等级的静态功耗，付出的代价就是面积上的增加，而且又要允许在低压下操作，也增加设计上的困难。
发明内容
本发明其中一个目的是为了解决现有技术中降低线性电压转换器存在的静态功率消耗高的技术问题。为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：本发明一种输出电压的低功耗校正电路，包括源极随耦器以及与所述源极随耦器连接的电压校正单元。
进一步地，所述电压校正单元包括依次连接的电压传感模块、数位控制模块以及参考电压控制模块；所述源极随耦器与所述电压传感模块、参考电压控制模块均相连。
进一步地，所述源极随耦器包括晶体管M1、稳压电容C1。所述晶体管M1的栅极、漏极分别接入参考电压、输入电压，源极连接负载，所述稳压电容C1连接在所述晶体管M1的源极与地端之间；所述晶体管M1的源极与所述负载之间设有输出端口；所述源极随耦器向所述负载输出的电流为动态电流；所述源极随耦器能够将所述输入电压通过所述晶体管M1进行降压，形成输出电压；所述电压校正单元对所述参考电压进行校正，使得所述输出电压满足预设范围，此时，所述动态电流传输至所述负载。
优选地，所述晶体管M1为N-MOS晶体管。
进一步地，所述电压传感模块包括第一比较器和第二比较器。所述第一比较器的正相端口接入所述输出电压，负相端口接入第一目标电压；所述第二比较器的正相端口接入所述输出电压，负相端口接入第二目标电压。所述第一比较器、第二比较器的输出端均与所述数位控制模块连接。所述电压传感模块能够将所述输出电压分别与所述第一目标电压、第二目标电压进行比较，并分别对所述输出电压高于所述第一目标电压、低于所述第二目标电压以及落入所述第二目标电压、第一目标电压之间的比较结果进行高低电平信号输出。
进一步地，所述第一比较器包括晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7以及晶体管M8。所述晶体管M2、晶体管M3组成差分对，所述晶体管M4、晶体管M5组成电流镜；所述晶体管M2的源极连接所述晶体管M3的源极，所述晶体管M2的漏极、晶体管M3的漏极分别连接所述晶体管M4的漏极、晶体管M5的漏极；所述晶体管M4的源极、晶体管M5的源极均连接至所述输入电压；所述晶体管M4的栅极、晶体管M4的漏极、晶体管M5的栅极均相连；所述晶体管M2的栅极、晶体管M3的栅极分别连接至所述第一目标电压、输出电压。所述晶体管M6的漏极与所述晶体管M2的源极、晶体管M3的源极均相连，源极连接至地端，栅极与所述晶体管M8的栅极均连接至偏置电压；所述晶体管M8的源极连接至地端，漏极与所述晶体管M7的漏极均连接至输出端；所述晶体管M7的源极连接至所述输入电压，栅极与所述晶体管M3的漏极、晶体管M5的漏极均相连。
进一步地，所述第二比较器包括晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12、晶体管M13、晶体管M14以及晶体管M15。所述晶体管M9、晶体管M10组成差分对，所述晶体管M11、晶体管M12组成电流镜；所述晶体管M9的源极连接所述晶体管M10的源极，所述晶体管M9的漏极、晶体管M10的漏极分别连接所述晶体管M11的漏极、晶体管M12的漏极；所述晶体管M11的源极、晶体管M12的源极均连接至所述输入电压；所述晶体管M11的栅极、晶体管M11的漏极、晶体管M12的栅极均相连；所述晶体管M9的栅极、晶体管M10的栅极分别连接至所述第二目标电压、输出电压。所述晶体管M13的漏极与所述晶体管M9的源极、晶体管M10的源极均相连，源极连接至地端，栅极与所述晶体管M15的栅极均连接至偏置电压；所述晶体管M15的源极连接至地端，漏极与所述晶体管14的漏极均连接至输出端；所述晶体管M14的源极连接至所述输入电压，栅极与所述晶体管M10的漏极、晶体管M12的漏极均相连。
优选地，所述晶体管M4、晶体管M5、晶体管M7、晶体管M11、晶体管M12、晶体管M14为P-MOS晶体管，所述晶体管M2、晶体管M3、晶体管M6、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M13、晶体管M15为N-MOS晶体管。
进一步地，所述数位控制模块设置有振荡器，所述振荡器为32KHz振荡器。所述振荡器包括D触发器、多元涟波传递加法器；所述振荡器用于对所述电压传感模块传输过来的高低电平信号信号进行位运算与逻辑运算，形成校正误差。
进一步地，所述参考电压控制模块为多工器。所述多工器设有多个电压位阶的输入端口。所述多工器能够根据所述数位控制模块计算的所述校正误差，对所述参考电压进行校正，并将校正的电压输出至所述源极随耦器。
本发明还提供了一种输出电压的自动校正方法，包括上文所述的低功耗校正电路。所述电压传感模块包括第一比较器和第二比较器；所述数位控制模块设置有振荡器；所述振荡器包括D触发器、多元涟波传递加法器，所述自动校正方法的步骤如下：
S1、设置标准规格电压、预设比例，并通过所述标准规格电压、预设比例计算第一目标电压、第二目标电压；
S2、所述源极随耦器接入初始参考电压、输入电压，经所述源极随耦器降压生成输出电压；
S3、所述电压传感模块将所述输出电压分别与所述第一目标电压、第二目标电压进行比较，所述第一比较器、第二比较器的输出信号是否分别为低电平信号、高电平信号；如是，则执行步骤S4，如否，则依次执行步骤S5-S7；所述第一比较器、第二比较器输出均为高低电平信号，所述高低电平信号包括低电平信号与高电平信号；
S4、所述参考电压控制模块直接向所述源极随耦器输出所述初始参考电压，所述源极随耦器向负载输出动态电流；
S5、所述电压传感模块将所述第一比较器、第二比较器的输出信号分别传输至所述数位控制模块；
S6、所述数位控制模块对所述高低电平信号进行位运算与逻辑运算，产生校正误差；
S7、所述参考电压控制模块根据所述校正误差对所述初始参考电压进行误差校正，形成校正参考电压并传输至所述源极随耦器，所述源极随耦器的所述接入初始参考电压更新为所述校正参考电压，并将更新的输出电压，输出至所述电压传感模块，转至步骤S3。
进一步地，在步骤S3中，当所述输出电压高于所述第一目标电压时，所述第一比较器、第二比较器均输出高电平信号；当所述输出电压不高于所述第一目标电压，且不低于所述第二目标电压时，所述所述第一比较器、第二比较器分别输出低电平信号、高电平信号；当所述输出电压低于所述第二目标电压（VR-lov）时，所述第一比较器、第二比较器均输出低电平信号。
进一步地，所述步骤S6还进一步包括如下步骤：
S60、采用所述D触发器及逻辑运算将所述高低电平信号转化成运算加数和输出信号，形成第一运算数；
S61、将所述第一运算数进行XOR逻辑运算，形成第二运算数；
S62、将所述第二运算数通过两次多元涟波传递加法器进行加法运算，生成第三运算数，所述参考电压控制模块根据所述第三运算数对所述初始参考电压进行误差校正与输出。
本发明提供的一种输出电压的低功耗校正电路及自动校正方法至少具有如下有益技术效果：
本发明采用源极随耦器替换线性线性电压转换器，源极随耦器本身不会有静态电流，不会产生静态功率消耗，因而能够有效减少传感器的片上***的功率消耗；另一方面，源极随耦器容易受制程偏移、温度变异和输入电压调整而影响，使输出的动态电流不稳定，因而本发明采用电压校正单元，并设计自动的电压校正方法，有效避免了源极随耦器的电流输出不稳定的缺点。因此，本结构具备功耗低、输出稳定，具备较大的应用价值。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明的低功耗校正电路的整体结构示意图；
图2是本发明的源极随耦器的电路结构示意图；
图3是本发明的电压传感模块的电路结构示意图；
图4是本发明的数位控制模块的结构示意图；
图5是本发明的参考电压控制模块的结构及校正示意图；
图6是本发明的自动校正方法的流程图；
图7是本发明的自动校正方法中参考电压控制模块的校正流程意图。
图中，1、源极随耦器；2、电压校正单元；20、电压传感模块；200、第一比较器；201、第二比较器；21、数位控制模块；22、参考电压控制模块；Vin、输入电压；Vout、输出电压；VR、标准规格的电压；IL、动态电流；VR-hiv、第一目标电压；VR-lov、第二目标电压；Vref、参考电压；Vb、偏置电压。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在诸如传感器的片上***（System on Chip，SoC）的电源结构设计中，现有技术中在上层结构常采用数个线性电压转换器，线性电压转换器会产生静态电流，增加SoC的静态功率消耗，不利于低功耗、低电压的WiFi产品的开发，本发明着手降低其静态功率的消耗。详见如下实施例。
实施例一：
参见图1，本发明提供一种输出电压的低功耗校正电路实施例，包括源极随耦器1以及与源极随耦器1连接的电压校正单元2。具体地，电压校正单元2包括依次连接的电压传感模块20、数位控制模块21以及参考电压控制模块22，源极随耦器1与电压传感模块20、参考电压控制模块22均相连。需要说明的是，采用线性电压转换器的片上***为了降低功耗，在不传输资料时，***会进入睡眠待机，此时尽管负载功率消耗极小，线性电压转换器依然要保持开启，提供稳定的输出电压，此过程中会有静态电流，产生一定的静态功耗。采用源极随耦器能够有效改善这一技术问题，源级随耦器本身不会有静态电流，而且在低电压操作也很容易，但是容易受制程偏移、温度变异和输入电压调整而影响，使输出电压不稳定，可能会超出负载可接受的电压范围。因此本发明采用校正技术，去调整参考电压，确保输出电压控制在负载可接受的电压范围，这样就实现了比线性电压转换器更低的功率消耗。
参见图2，源极随耦器1包括晶体管M1、稳压电容C1。具体的，晶体管M1的栅极、漏极分别接入一参考电压Vref、一广范围的输入电压Vin，源极连接负载3（如类比或数位负载电路），稳压电容C1连接在晶体管M1的源极与地端之间，用于进一步稳压，其容值通常不超过10uF。晶体管M1的源极与负载3之间设有输出端口，输出端口输出一个动态电流IL供负载3所用，输出一个输出电压为Vout，用于对参考电压Vref的校正。参考电压Vref用于控制晶体管M1的导通与截止，输出电压Vout根据动态电流IL的大小来确定，其电压值为参考电压Vref减去一个通过动态电流IL计算的驱动电压。输出电压Vout与动态电流IL的关系为：动态电流IL愈大，输出电压Vout愈低。因此，通过调整参考电压Vref就能确定输出电压Vout落入预设范围，进而使动态电流IL控制在载可接受的范围。进一步地，源极随耦器1能够将输入电压Vin通过晶体管M1进行降压，形成输出电压Vout，电压校正单元2对参考电压Vref进行校正，使得输出电压Vout满足预设范围（见下文描述），此时，动态电流IL传输至负载3。需说明的是，动态电流IL根据负载3的实际情况来确定，参考电压Vref的初始值可为由动态电流IL确定的晶体管M1的驱动电压。优选地，所述晶体管M1为N-MOS晶体管。
参见图3，电压传感模块20包括第一比较器200和第二比较器201。第一比较器200的正相端口接入输出电压Vout，负相端口接入第一目标电压VR-hiv，第二比较器201的正相端口接入输出电压Vout，负相端口接入第二目标电压VR-lov，第一比较器200、第二比较器201的输出端均与数位控制模块21连接。电压传感模块20能够将输出电压Vout分别与第一目标电压VR-hiv、第二目标电压VR-lov进行比较，并分别对输出电压Vout高于第一目标电压VR-hiv、低于第二目标电压VR-lov以及落入第二目标电压VR-lov、第一目标电压VR-hiv之间的比较结果进行高低电平信号输出。其中，输出电压Vout的预设范围为：[VR-lov，VR-hiv]，第二目标电压VR-lov、第一目标电压VR-hiv分别为源极随耦器1接入的负载最小可接受输入电压与最大可接受输入电压。第一目标电压VR-hiv、第二目标电压VR-lov的计算方法见（实施例二）。
进一步地，第一比较器200包括晶体管M2～M8。具体地，晶体管M2、晶体管M3组成差分对，晶体管M4、晶体管M5组成电流镜。在差分对、电流镜中，晶体管M2的源极连接晶体管M3的源极，晶体管M2的漏极、晶体管M3的漏极分别连接晶体管M4的漏极、晶体管M5的漏极，晶体管M4的源极、晶体管M5的源极均连接至输入电压Vin，晶体管M4的栅极、晶体管M4的漏极、晶体管M5的栅极均相连，晶体管M2的栅极、晶体管M3的栅极分别连接至第一目标电压VR-hiv、输出电压Vout。晶体管M6的漏极与晶体管M2的源极、晶体管M3的源极均相连，源极连接至地端，栅极与晶体管M8的栅极均连接至偏置电压Vb。晶体管M8的源极连接至地端，漏极与晶体管M7的漏极均连接至输出端。晶体管M7的源极连接至输入电压Vin，栅极与晶体管M3的漏极、晶体管M5的漏极均相连；第二比较器201包括晶体管M9～M15。具体地，晶体管M9、晶体管M10组成差分对，晶体管M11、晶体管M12组成电流镜。在差分对、电流镜中，晶体管M9的源极连接晶体管M10的源极，晶体管M9的漏极、晶体管M10的漏极分别连接晶体管M11的漏极、晶体管M12的漏极，晶体管M11的源极、晶体管M12的源极均连接至输入电压Vin，晶体管M11的栅极、晶体管M11的漏极、晶体管M12的栅极均相连，晶体管M9的栅极、晶体管M10的栅极分别连接至第二目标电压VR-lov、输出电压Vout。晶体管M13的漏极与晶体管M9的源极、晶体管M10的源极均相连，源极连接至地端，栅极与晶体管M15的栅极均连接至偏置电压Vb。晶体管M15的源极连接至地端，漏极与晶体管14的漏极均连接至输出端。晶体管M14的源极连接至输入电压Vin，栅极与所述晶体管M10的漏极、晶体管M12的漏极均相连。优选地，所述晶体管M4、晶体管M5、晶体管M7、晶体管M11、晶体管M12、晶体管M14为P-MOS晶体管，所述晶体管M2、晶体管M3、晶体管M6、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M13、晶体管M15为N-MOS晶体管。
参见图4，数位控制模块21设置有振荡器，振荡器优选为32KHz振荡器，振荡器用于对电压传感模块20传输过来的高低电平信号信号进行位运算与逻辑运算，形成校正误差。振荡器中设有D触发器（D flip-flop）、Logic电路以及多元涟波传递加法器，此为现有技术，在此不再赘述。
参见图5，参考电压控制模块22为多工器，多工器设有多个电压位阶的输入端口，多工器22能够根据数位控制模块21计算的校正误差，对参考电压Vref进行校正，并将校正的电压输出至源极随耦器1。
具体实施方案：降压阶段，输入电压Vin经晶体管M1的漏极输入，参考电压Vref经晶体管M1栅极输入，在经动态电流IL确定的驱动电压下，输出电压Vout被降压到参考电压Vref与驱动电压的差，输出电压Vout经晶体管M1的源极分别传输至第一比较器200的差分对、电流镜以及第二比较器201的差分对、电流镜电路中。
当输出电压Vout大于第一目标电压VR-hiv时，在第一比较器200中，作为电流源的晶体管M6的输出电流经过晶体管M2流向晶体管M4变少，使晶体管M4的栅极与晶体管M5的栅极电位上升、进而M5漏极电位下降，输入电压Vin经晶体管M7向输出端口Ohiv输出高电平信号（用“1”表示）。在第二比较器201中，输出电压Vout大于第二目标电压VR-lov，作为电流源的晶体管M13的输出电流经过晶体管M9流向晶体管M11变少，使晶体管M11的栅极与晶体管M12的栅极电位上升、进而M12漏极电位下降，输入电压Vin经晶体管M14向输出端口Olov输出高电平信号（用“1”表示），此时，电压传感模块20输出的高低电平信号为11；当输出电压Vout介于第二目标电压VR-lov，第一目标电压VR-hiv之间时，在第一比较器200中，作为电流源的晶体管M6的电流经由晶体管M2流入晶体管M4中，晶体管M4的栅极与晶体管M5的栅极以及晶体管M2的漏极连接，进而管晶体M5漏极电位上升，使得晶体管M7的栅极电压大致为输入电压Vin，从而晶体管M7截止，晶体管M8的向输出端口输Ohiv出低电平信号（用“0”表示）。在第二比较器（201）中，按照上述输出电压Vout大于第二目标电压VR-lov一样的分析，输出电压Vout经晶体管M14向输出端口Olov输出高电平信号（用“1”表示），此时，电压传感模块20输出的高低电平信号为01。同理，当输出电压Vout低于第二目标电压VR-lov时，如上分析电压传感模块20输出的高低电平信号为00。
上述输出电压传感模块20输出的高低电平信号在数位控制模块21中，依次经D触发器、Logic电路、多元涟波传递加法器形成修正误差，修正误差再经参考电压控制模块22的多工器对参考电压Vref进行校正，并将校正的电压输出至源极随耦器1。由此便完成一次电压校正，如果一次校正未能使输出电压Vout落入[VR-lov，VR-hiv]的预设范围内，将按照上述进行多次校正。
实施例二：
参见图6，本发明还提供了一种输出电压的自动校正方法实施例，包括实施例一所述低功耗校正电路，其中，电压传感模块20包括第一比较器200和第二比较器201，数位控制模块21设置有振荡器，振荡器包括D触发器、多元涟波传递加法器。本实施例的自动校正方法的步骤如下；
S1、设置标准规格电压、预设比例，并通过标准规格电压、预设比例计算第一目标电压、第二目标电压。具体地，标准规格电压根据低功耗校正电路连接的负载3确定，第一目标电压、第二目标电压的计算公式分别描述如下：
VR-Hiv=VR*（1+W） （1）
VR-lov=VR*（1-W） （2）
其中，VR-Hiv为第一目标电压值，VR-lov为第二目标电压值，W为预设比例，预设比例优选为10%，VR为标准规格电压值。
S2、源极随耦器1接入初始参考电压、输入电压，经源极随耦器1降压生成输出电压。输出电压根据动态电流的大小来确定，其电压值为初始参考电压减去一个通过动态电流计算的驱动电压，动态电流IL的大小根据低功耗校正电路连接的负载3确定，初始参考电压的值可为由动态电流确定的晶体管M1的驱动电压。
S3、电压传感模块20将输出电压分别与第一目标电压、第二目标电压进行比较，第一比较器、第二比较器的输出信号是否分别为低电平信号、高电平信号；如是，则执行步骤S4，如否，则依次执行步骤S5-S7；第一比较器200、第二比较器（201）输出均为高低电平信号，高低电平信号包括低电平信号与高电平信号；
S4、参考电压控制模块22直接向源极随耦器1输出初始参考电压，源极随耦器1向负载3输出动态电流；
S5、电压传感模块20将第一比较器、第二比较器的输出信号分别传输至数位控制模块21；
S6、数位控制模块21对高低电平信号进行位运算与逻辑运算，产生校正误差；
S7、参考电压控制模块22根据所述校正误差对初始参考电压进行误差校正，形成校正参考电压并传输至源极随耦器1，源极随耦器1的接入初始参考电压更新为校正参考电压，并将更新的输出电压，输出至电压传感模块20，转至步骤S3。
进一步地，在步骤S3中，输出电压高于第一目标电压，第一比较器200、第二比较器201均输出高电平信号；或，输出电压不高于所述第一目标电压，且不低于所述第二目标电压，第一比较器200、第二比较器201分别输出低电平信号、高电平信号；或，输出电压低于第二目标电压，第一比较器200、第二比较器201均输出低电平信号。第一比较器200和第二比较器201的输出结果为输出电压见表1所示。
参见图4，数位控制模块21，内设有极低功耗的32KHz振荡器，主要目的是采用硬件方式实现定期效正，确保在长时间使用时，输出电压都在预设范围内。本实施例是以3-bit作为校正精准度，当设计愈多位元数，代表在相同可调电压范围下，可调灵敏度会愈高；或是在相同可调灵敏度下，可调电压范围会愈广。步骤S6中的数位控制模块21还进一步包括如下步骤：
S60、采用D触发器及逻辑运算将所述高低电平信号转化成运算加数和输出信号，形成第一运算数，为描述之便设为N,A。具体地，第一比较器200和第二比较器201的输出结果，经过D触发器，再进行逻辑运算，由两个bit位生成四bit位。如，第一比较器200和第二比较器201的输出均为低电位，经D触发器跟Logic电路后得N,A[2:0]=0001；第一比较器200和第二比较器201的输出均为高电位，经D触发器跟Logic电路后得N,A[2:0]=1001；第一比较器200和第二比较器201的输出分别为低电位、高电位，经D触发器跟Logic电路后得N,A[2:0]=0000。由此经上述步骤便产生加数A[2:0]和N的输出信号。其中，N代表正负号或进位数，“1”为负号；“0”为正号。例如N,A[2:0]=1001，代表“-1”；N,A[2:0]=0001，代表“+1”，详见真值表1。
S61、将第一运算数进行XOR逻辑运算，形成第二运算数，设为A'。具体地，把A[2:0]和N去做XOR异或逻辑运算，产生新的加数，例如，N,A[2:0]=1001，将N分别与A[2:0]的每一位进行XOR运算，其结果为：N,A'[2:0]=1110。
S62、将第二运算数通过两次多元涟波传递加法器进行加法运算，生成第三运算数，设为Q，参考电压控制模块22根据所述第三运算数对初始参考电压进行误差校正与输出。具体地，多元涟波传递加法器为三位元涟波传递加法器，Q*[2:0]为前次Q[2:0]经过DFF负缘触发产生的被加数，将它跟经步骤S41的第二运算数和进位数N，透过三位元涟波传递加法器产生和Q[2:0]，其值代表参考电压的控制信号。例如，Q*[2:0]=100，N, A'[2:0]=1110，进行每一位加法运算Q*[2:0]+A[2:0]+N，其结果为：Q[2:0]=100+110+1=1011，第四bit为溢位，不取值，只取后三位得Q[2:0]=011，其中，初始时Q*[2:0]=100。
在本实施例中，参考电压控制器22为多工器，具体为一个8-to-1的多工器，有着八个电压位阶的输入讯号和一个电压输出端。参考电压控制器22接收数位控制模块21的校正输出的第三运算数，并通过该数选择匹配的校正参考电压。一种校正对照表见表2所示，例如Q[2:0]=111，校正参考电压为Vref+4ΔV；Q[2:0]=000，校正参考电压为Vref-3ΔV，其中，Vref为初始参考电压，ΔV为校正单位电压（如，为VR为标准规格电压值的十分之一）。
具体实施例为：外接输入电压Vin经源极随耦器1降压，输出电压Vout不稳定，可能会超出负载可接受的电压范围，因而需要通过输出电压Vout来判断是否需要校正参考电压Vref，进而达到校正输出电压Vout的目的。具体来说，输出电压Vout有三种情况，（1）高于第一目标电压VR-hiv；（2）低于第二目标电压VR-lov；（3）介于第二目标电压VR-lov与第一目标电压VR-hiv之间。如果介于第二目标电压VR-lov与第一目标电压VR-hiv之间，对于（3）则不需要校正，其他两种情况则需要启动校正程序。当输出电压Vout输入电压传感模块20时，该模块会将输出电压Vout与第一目标电压VR-hiv、第二目标电压VR-lov进行比较，输出高低电平信号。当输出电压Vout处于情况（1）、（2）、（3）时，分别输出11、00以及01。高低电平信号需要在数位控制模块21中进行逻辑与位运算，确定校正误差信号。
当电压传感模块20输出信号为11时，在步骤S40中，经D触发器及逻辑运算，并按照真值表（见表1）输出第一运算数N,A[2:0]=1001，在步骤S41中，经XOR逻辑运算，输出第二运算数N,A' [2:0]=1110，在步骤S42中，经两次三元涟波传递加法器运算，输出第三运算数Q[2:0]=011，Q[2:0]=011将会保存在该加法器中，记为Q*[2:0]=011，以供下次参与运算。Q[2:0]=011为最终的校正误差，并在参考电压控制模块22中进行校正输出，按照参考电压校正对照表，校正误差为-ΔV，参考电压控制模块22输出的校正参考电压为Vref-ΔV，即将初始参考电压減少1个校正单位电压，得出第一次校正参考电压，校正参考电压输入至源极随耦器1。如果输出电压Vout未落入情况（3）的范围（介于第二目标电压VR-lov与第一目标电压VR-hiv之间），需要进一步校正，执行步骤S2-S7，第二次计算的第三运算数Q[2:0]=010，按照参考电压校正对照表校正参考电压的输出为Vref-2ΔV；如果输出电压Vout未落入情况（3）的范围（介于第二目标电压VR-lov与第一目标电压VR-hiv之间），继续执行第三次校正，第三次计算的第三运算数Q[2:0]=001，按照参考电压校正对照表，参考电压控制模块22输出的校正参考电压为Vref-3ΔV；如果输出电压Vout未落入情况（3）的范围（介于第二目标电压VR-lov与第一目标电压VR-hiv之间），将继续进行第四次校正，第四次计算的第三运算数Q[2:0]=000，按照参考电压校正对照表，参考电压控制模块22输出的校正参考电压为Vref-4ΔV。以上步骤中，如果输出电压Vout落入情况（3）的范围，校正结束，极随耦器1向负载3输出稳定的动态电流。
同理，当电压传感模块20输出信号为01时，按照上述步骤，校正误差Q[2:0]=100，校正误差为0，按照参考电压校正对照表，校正参考电压为Vref，即为初始参考电压，此时，无需进行电压校正，极随耦器1直接向负载3输出稳定的动态电流。当电压传感模块20输出信号为00时，按照上述步骤，校正误差Q[2:0]=101，校正误差为+ΔV，按照参考电压校正对照表，参考电压控制模块22输出的校正参考电压为Vref+ΔV，即将初始参考电压增加1个校正单位电压，得出校正参考电压。校正参考电压输入至源极随耦器1，执行步骤S2-S7，直到输出电压Vout落入情况（3）的范围，校正程序结束，极随耦器1向负载3输出稳定的动态电流。
完成以上步骤，便实现了对输出电压Vout的动态调整过程，保持其值落入预设的范围。
表1 真值表
Figure 280183DEST_PATH_IMAGE001
表2 参考电压校正对照表
Figure 600305DEST_PATH_IMAGE002
综上所述，本发明采用源极随耦器替换线性线性电压转换器，源极随耦器本身不会有静态电流，不会产生静态功率消耗，因而能够有效减少传感器的片上***的功率消耗；另一方面，源极随耦器容易受制程偏移、温度变异和输入电压调整而影响，使输出的动态电流不稳定，因而本发明采用电压校正单元，并设计自动的电压校正方法，有效避免了源极随耦器的电流输出不稳定的缺点。因此，本结构具备功耗低、输出稳定，具备较大的应用价值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种输出电压的低功耗校正电路，其特征在于，包括源极随耦器（1）以及与所述源极随耦器（1）连接的电压校正单元（2）；
所述电压校正单元（2）包括依次连接的电压传感模块（20）、数位控制模块（21）以及参考电压控制模块（22）；所述源极随耦器（1）与所述电压传感模块（20）、参考电压控制模块（22）均相连。
2.根据权利要求1所述的低功耗校正电路，其特征在于，所述源极随耦器（1）包括晶体管M1、稳压电容C1；
所述晶体管M1的栅极、漏极分别接入参考电压（Vref）、输入电压（Vin），源极连接负载（3）；所述稳压电容C1连接在所述晶体管M1的源极与地端之间；
所述晶体管M1的源极与所述负载（3）之间设有输出端口；所述源极随耦器（1）向所述负载（3）输出的电流为动态电流（IL）；
所述源极随耦器（1）将所述输入电压（Vin）通过所述晶体管M1进行降压形成输出电压（Vout）；所述电压校正单元（2）对所述参考电压（Vref）进行校正，使得所述输出电压（Vout）满足预设范围，此时，所述动态电流（IL）传输至所述负载（3）。
3.根据权利要求2所述的低功耗校正电路，其特征在于，所述电压传感模块（20）包括第一比较器（200）和第二比较器（201）；
所述第一比较器（200）的正相端口接入所述输出电压（Vout），负相端口接入第一目标电压（VR-hiv）；
所述第二比较器（201）的正相端口接入所述输出电压（Vout），负相端口接入第二目标电压（VR-lov）；
所述第一比较器（200）、第二比较器（201）的输出端均与所述数位控制模块（21）连接；
所述电压传感模块（20）将所述输出电压（Vout）分别与所述第一目标电压（VR-hiv）、第二目标电压（VR-lov）进行比较，并分别对所述输出电压（Vout）高于所述第一目标电压（VR-hiv）、低于所述第二目标电压（VR-lov）以及落入所述第二目标电压（VR-lov）、第一目标电压（VR-hiv）之间的比较结果进行高低电平信号输出。
4.根据权利要求3所述的低功耗校正电路，其特征在于，所述第一比较器（200）包括晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7以及晶体管M8；
所述晶体管M2、晶体管M3组成差分对，所述晶体管M4、晶体管M5组成电流镜；所述晶体管M2的源极连接所述晶体管M3的源极，所述晶体管M2的漏极、晶体管M3的漏极分别连接所述晶体管M4的漏极、晶体管M5的漏极；所述晶体管M4的源极、晶体管M5的源极均连接至所述输入电压（Vin）；所述晶体管M4的栅极、晶体管M4的漏极、晶体管M5的栅极均相连；所述晶体管M2的栅极、晶体管M3的栅极分别连接至所述第一目标电压（VR-hiv）、输出电压（Vout）；
所述晶体管M6的漏极与所述晶体管M2的源极、晶体管M3的源极均相连，源极连接至地端，栅极与所述晶体管M8的栅极均连接至偏置电压（Vb）；所述晶体管M8的源极连接至地端，漏极与所述晶体管M7的漏极均连接至输出端；所述晶体管M7的源极连接至所述输入电压（Vin），栅极与所述晶体管M3的漏极、晶体管M5的漏极均相连。
5.根据权利要求3所述的低功耗校正电路，其特征在于，所述第二比较器（201）包括晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12、晶体管M13、晶体管M14以及晶体管M15；
所述晶体管M9、晶体管M10组成差分对，所述晶体管M11、晶体管M12组成电流镜；所述晶体管M9的源极连接所述晶体管M10的源极，所述晶体管M9的漏极、晶体管M10的漏极分别连接所述晶体管M11的漏极、晶体管M12的漏极；所述晶体管M11的源极、晶体管M12的源极均连接至所述输入电压（Vin）；所述晶体管M11的栅极、晶体管M11的漏极、晶体管M12的栅极均相连；所述晶体管M9的栅极、晶体管M10的栅极分别连接至所述第二目标电压（VR-lov）、输出电压（Vout）；
所述晶体管M13的漏极与所述晶体管M9的源极、晶体管M10的源极均相连，源极连接至地端，栅极与所述晶体管M15的栅极均连接至偏置电压（Vb）；所述晶体管M15的源极连接至地端，漏极与所述晶体管14的漏极均连接至输出端；所述晶体管M14的源极连接至所述输入电压（Vin），栅极与所述晶体管M10的漏极、晶体管M12的漏极均相连。
6.根据权利要求3所述的低功耗校正电路，其特征在于，所述数位控制模块（21）设置有振荡器；所述振荡器包括D触发器、多元涟波传递加法器；
所述振荡器用于对所述电压传感模块（20）传输过来的高低电平信号信号进行位运算与逻辑运算，形成校正误差。
7.根据权利要求6所述的低功耗校正电路，其特征在于，所述参考电压控制模块（22）为多工器；
所述多工器设有多个电压位阶的输入端口；所述多工器（22）能够根据所述数位控制模块（21）计算的所述校正误差，对所述参考电压（Vref）进行校正，并将校正后的电压输出至所述源极随耦器（1）。
8.一种输出电压的自动校正方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的低功耗校正电路；
所述电压传感模块（20）包括第一比较器（200）和第二比较器（201）；所述数位控制模块（21）设置有振荡器；所述振荡器包括D触发器、多元涟波传递加法器；所述自动校正方法包括如下步骤：
S1、设置标准规格电压和预设比例，并通过所述标准规格电压、预设比例计算第一目标电压和第二目标电压；
S2、所述源极随耦器（1）接入初始参考电压、输入电压，经所述源极随耦器（1）降压生成输出电压；
S3、所述电压传感模块（20）将所述输出电压分别与所述第一目标电压、第二目标电压进行比较，所述第一比较器（200）、第二比较器（201）的输出信号是否分别为低电平信号、高电平信号；如是，则执行步骤S4，如否，则依次执行步骤S5-S7；所述第一比较器（200）、第二比较器（201）输出均为高低电平信号，所述高低电平信号包括低电平信号与高电平信号；
S4、所述参考电压控制模块（22）直接向所述源极随耦器（1）输出所述初始参考电压，所述源极随耦器（1）向负载（3）输出动态电流；
S5、所述电压传感模块（20）将所述第一比较器、第二比较器的输出信号分别传输至所述数位控制模块（21）；
S6、所述数位控制模块（21）对所述高低电平信号进行位运算与逻辑运算，产生校正误差并传输至所述参考电压控制模块（22）；
S7、所述参考电压控制模块（22）根据所述校正误差对所述初始参考电压进行误差校正，形成校正参考电压并传输至所述源极随耦器（1），所述源极随耦器（1）的所述初始参考电压更新为所述校正参考电压，并将更新的输出电压，输出至所述电压传感模块（20），转至所述步骤S3。
9.根据权利要求8所述的自动校正方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
当所述输出电压高于所述第一目标电压时，所述第一比较器（200）、第二比较器（201）均输出高电平信号；
当所述输出电压不高于所述第一目标电压，且不低于所述第二目标电压时，所述第一比较器（200）、第二比较器（201）分别输出低电平信号、高电平信号；
当所述输出电压低于所述第二目标电压时，所述第一比较器（200）、第二比较器（201）均输出低电平信号。
10.根据权利要求8所述的自动校正方法，其特征在于，所述步骤S6进一步包括如下步骤：
S60、采用所述D触发器及逻辑运算将所述高低电平信号转化成运算加数和输出信号，形成第一运算数；
S61、将所述第一运算数进行XOR逻辑运算，形成第二运算数；
S62、将所述第二运算数通过两次多元涟波传递加法器进行加法运算，生成第三运算数，所述参考电压控制模块（22）根据所述第三运算数对所述参考电压进行误差校正与输出。
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