CN113726337A - 电流补偿电路及补偿电流的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种电流补偿电路及补偿电流的操作方法，所述补偿电流的操作方法用于模拟前端且包括：感测电流状态，且确定电流状态是否为正或负电流状态。根据电流状态确定适当控制信号，且若电流状态为负电流状态，会发送所述适当控制信号以导通正电流电子开关，或者若电流状态为正电流状态，会发送适当控制信号以导通负电流电子开关。当正电流电子开关导通时，正补偿电流流通，以偏移负寄生电流，且当负电流电子开关导通时，负补偿电流流通，以偏移正寄生电流。主控制单元使用与不同电流状态相关的不同宽度的脉宽调制信号，来让脉宽调制信号发送，以导通正电流电子开关或负电流电子开关。

Description

电流补偿电路及补偿电流的操作方法
技术领域
本发明涉及一种模拟前端(Analog front end，AFE)，特别涉及一种具有脉宽调制电流补偿的模拟前端电路，其电流补偿电路及补偿电流的操作方法。
背景技术
参照图1，其为模拟前端检测电路10的图。当T[n]接收感测信号源，它将信号转换为电流Isense，并将其储存在积分器20中。遗憾的是，在检测路径上有许多寄生电容，这使得检测电流从Isense变为Isense+Iother。为了偏移Iother的过剩电流，现有技术增加了电容补偿电路Ccomp。补偿电流Icomp是通过补偿高电压(Vcomph)和补偿低电压(Vcompl)的电压切换产生的。
如此将会导致补偿电容器的值过大，使得布局区域具有较大面积的电容，并对电路性能产生负面影响。
因此，为了克服现有技术的缺点，需要具有脉宽调制电流补偿的模拟前端电路，其在正向和负向上均具补偿电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于模拟前端(AFE)的电流补偿电路，其使用脉宽调制(Pulse width modulation，PWM)信号以产生正补偿电流以及负补偿电流。
当VTX信号从低变高时，积分器感测到正电流。此时，感测到的Iother电流大于零(＞0)，因此负补偿电流导通，仅有Isense流入积分器。
当VTX信号从高变低时，积分器感测到负电流。此时，感测到的Iother电流小于零(＜0)，因此正补偿电流导通，仅有Isense流入积分器。
结果，本发明通过使用负补偿电流和正补偿电流来偏移Iother的过剩电流，仅有Isense流入积分器，从而消除了检测路径上的寄生电容造成的负面影响。
本发明提供一种电流补偿电路，用于模拟前端，所述电流补偿电路包括正电流电子开关，正电流电子开关连接于正电压供应器以及电流路径之间；以及负电流电子开关，负电流电子开关连接于接地端以及电流路径之间。
在一个具体实施例中，根据感测电流状态，导通正电流电子开关或负电流电子开关。当正电流电子开关导通时，正补偿电流流通。当负电流电子开关导通时，负补偿电流流通。在一个具体实施例中，脉宽调制信号导通正电流电子开关或负电流电子开关。
在一个具体实施例中，用于模拟前端的电流补偿电路还包括主控制单元，主控制单元发送相应于正及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度。主控制单元包括寄存器表，所述寄存器表包含相应于正电流补偿状态及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度。根据感测电流状态，主控制单元发送适当脉宽调制信号，以导通正电流电子开关(pwm-p信号)或负电流电子开关(pwm-n信号)。在一个具体实施例中，正补偿电流偏移负寄生电流，且负补偿电流偏移正寄生电流。
本发明还提供了一种电流补偿电路，用于模拟前端，所述电流补偿电路包括第一运算放大器，第一运算放大器包括第一负输入端；第一正输入端，第一正输入端接收输入电压信号；以及第一输出端，第一输出端电性连接至第一负输入端。电流补偿电路还包括第二运算放大器，第二运算放大器包括第二负输入端，第二负输入端接收参考电压信号；第二正输入端；以及第二输出端。第一电容连接于第二运算放大器的第二负输入端以及第二输出端之间；第二电容连接于第二运算放大器的第二正输入端以及第二输出端之间。电流补偿电路还包括正电流电子开关，正电流电子开关连接于正电压供应器以及第二运算放大器的第二正输入端之间；以及负电流电子开关，负电流电子开关连接于接地端以及第二运算放大器的第二正输入端之间。在一个具体实施例中，正电流电子开关是通过脉宽调制信号导通。在一个具体实施例中，负电流电子开关是通过脉宽调制信号导通。
在一个具体实施例中，用于模拟前端的电流补偿电路还包括主控制单元，主控制单元发送相应于正及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度。主控制单元包括寄存器表，所述寄存器表包含相应于正电流补偿状态及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度。根据感测状态，主控制单元发送适当脉宽调制信号(pwm-p信号或pwm-n信号)，以导通正电流电子开关(pwm-p信号)或负电流电子开关(pwm-n信号)。当正电流电子开关导通时，正补偿电流自正电压供应器流通至第二正输入端。正补偿电流偏移负寄生电流。当负电流电子开关导通时，负补偿电流自第二正输入端流通至接地端。负补偿电流偏移正寄生电流。
在一个具体实施例中，用于模拟前端的电流补偿电路整合在集成电路中。
本发明还提供了一种补偿电流的操作方法，用在模拟前端电路中，所述补偿电流的操作方法包括在模拟前端电路中，感测电流状态；根据电流状态，确定适当信号；发送适当信号，以导通电子开关；以及允许补偿电流流通，以偏移寄生电流。若是电流状态指示寄生电流小于零，发送适当信号以导通电子开关，而允许正补偿电流流通。若是电流状态指示寄生电流大于零，发送适当信号以导通电子开关，而允许负补偿电流流通。在一个具体实施例中，主控制单元确定电流状态，且使用具有不同宽度的脉宽调制信号，来让脉宽调制信号发送，以导通正电子开关或负电子开关。主控制单元确定电流状态，且使用具有不同脉宽调制宽度的寄存器表来确定要发送的适当信号。
本发明还提供了一种补偿电流的操作方法，用在模拟前端电路中，所述补偿电流的操作方法包括在模拟前端电路中，感测电流状态；确定电流状态是否为正或是负电流状态；根据电流状态，确定适当控制信号；若是电流状态为负电流状态，发送适当控制信号，以导通正电流电子开关；若是电流状态为正电流状态，发送适当控制信号，以导通负电流电子开关；当正电流电子开关导通时，允许正补偿电流流通，以偏移负寄生电流；以及当负电流电子开关导通时，允许负补偿电流流通，以偏移正寄生电流。在一个具体实施例中，主控制单元确定电流状态，且使用具有不同宽度的脉宽调制信号，来让脉宽调制信号发送，以导通正电子开关或负电子开关。主控制单元使用具有不同脉宽调制宽度的寄存器表来确定要发送的适当控制信号。
附图说明
图1为现有技术的模拟前端检测电路的图；
图2A为根据本发明一个具体实施例的电流补偿电路的模拟前端的图；
图2B为根据本发明一个具体实施例的负电流补偿电路的模拟前端的图；
图2C为根据本发明一个具体实施例的正电流补偿电路的模拟前端的图；
图3为根据本发明一个具体实施例的在模拟前端电路中补偿电流的操作方法的流程图一；
图4为根据本发明一个具体实施例的在模拟前端电路中补偿电流的操作方法的流程图二；
图5为根据本发明一个具体实施例的负电流补偿信号的时序图；
图6为根据本发明一个具体实施例的正电流补偿信号的时序图。
【附图标记】
10 模拟前端检测电路
20 积分器
200 脉宽调制电流补偿电路
210 第一运算放大器
230 第二运算放大器
240 正电流电子开关
250 负电流电子开关
260 主控制单元(MCU)
300 补偿电流的操作方法
310～340 步骤
400 补偿电流的操作方法
410～470 步骤
具体实施方式
为了便于理解本发明的目的、特征以及效果，以下提供具体实施例与附图来用于本发明的详细说明。
参照图2A，其为根据本发明一个具体实施例的电流补偿电路的模拟前端的图。
所述模拟前端具有脉宽调制电流补偿电路200，包括第一运算放大器210、第二运算放大器230、正电流电子开关240以及负电流电子开关250。第一运算放大器210和第二运算放大器230作为积分器的功能。
第一运算放大器210包括第一负输入端以及第一正输入端，第一正输入端接收输入电压信号VTX。第一运算放大器210还包括第一正输出端，其电性连接至第一负输入端。
第二运算放大器230包括第二负输入端，第二负输入端接收参考电压信号Vref。第二运算放大器230还包括第二正输入端、第二正输出端以及第二负输出端。第一回馈电容CF1连接于第二负输入端以及第二正输出端之间。第二正输出端用以输出正输出电压信号(VOP[n])。第二回馈电容CF2连接于第二正输入端以及第二负输出端之间。第二负输出端用以输出负输出电压信号(VON[n])。
第一运算放大器210的第一正输出端电性连接至第二运算放大器230的第二正输入端。
正电流电子开关240连接于正电压供应器以及第二正输入端之间。
负电流电子开关250连接于接地端以及第二正输入端之间。
脉宽调制信号导通正电流电子开关240或负电流电子开关250。脉宽调制正信号(pwm-p信号)导通正电流电子开关240。脉宽调制负信号(pwm-n信号)导通负电流电子开关250。
当正电流电子开关240导通时，正补偿电流(Icomp-p)自正电压供应器流通至第二正输入端。正补偿电流(Icomp-p)偏移负寄生电流。
当负电流电子开关250导通时，负补偿电流(Icomp-n)自第二正输入端流通至接地端。负补偿电流(Icomp-n)偏移正寄生电流。
当T[n]接收感测信号源时，它将所述信号转换为电流Isense，并将其载入至第一运算放大器210中。遗憾的是，在检测路径上有许多寄生电容，这使得检测电流从Isense变为Isense+Iother。为了偏移Iother的过剩电流，具有脉宽调制电流补偿电路的模拟前端使用脉宽调制(PWM)信号，产生正补偿电流和负补偿电流。
参照图2B，其为根据本发明一个具体实施例的具有脉宽调制负电流补偿电路的模拟前端的图。
当VTX信号(在第一运算放大器210的第一正输入端)从低变高时，第一运算放大器210感测到正电流。此时，感测到的Iother电流大于零(＞0)，因此负电流电子开关250导通，且负补偿电流Icomp-n自第二运算放大器230的第二正输入端，通过负电流电子开关250流通至接地端。
结果，本发明通过使用负补偿电流Icomp-n来偏移Iother的过剩电流，且仅有Isense流入第二运算放大器230，从而消除了检测路径上的寄生电容造成的负面影响。
参照图2C，其为根据本发明一个具体实施例的具有脉宽调制正电流补偿电路的模拟前端的图。
当VTX信号(在第一运算放大器210的第一正输入端)从高变低时，第一运算放大器210感测到负电流。此时，感测到的Iother电流小于零(＜0)，因此正电流电子开关240导通，且正补偿电流Icomp-p自正电压供应器，通过正电流电子开关240流通至第二运算放大器230的第二正输入端。
结果，本发明通过使用正补偿电流Icomp-p来偏移Iother的过剩电流，且仅有Isense流入第二运算放大器230，从而消除了检测路径上的寄生电容造成的负面影响。
参照图3，其为根据本发明一个具体实施例的在模拟前端电路中补偿电流的操作方法的流程图一。
在一个具体实施例中，本发明还提供了一种在模拟前端电路中补偿电流的操作方法300，其包括在步骤310中，在模拟前端电路中，感测电流状态。在步骤320中，根据感测电流状态，确定适当信号。在步骤330中，发送适当信号以导通电子开关。在步骤340中，允许补偿电流流通，以偏移任何寄生电流。若在步骤310中，电流状态指示寄生电流小于零，发送适当信号(pwm-p信号)以导通正电子开关，而允许正补偿电流流通。若在步骤310中，电流状态指示寄生电流大于零，发送适当信号(pwm-n信号)以导通负电子开关，而允许负补偿电流流通。在一个具体实施例中，参照图2A、图2B、图2C，主控制单元(Master control unit，MCU)260确定电流状态，且使用具有不同宽度的脉宽调制信号，来让脉宽调制信号发送，以导通正电子开关或负电子开关。主控制单元使用寄存器表来确定要发送的适当控制信号，其中寄存器表具有与不同电流状态相关的不同脉宽调制宽度。
参照图4，其为根据本发明一个具体实施例的在模拟前端电路中补偿电流的操作方法的流程图二。
本发明还提供了一种在模拟前端电路中补偿电流的操作方法400，其包括在步骤410中，在模拟前端电路中，感测电流状态。在步骤420中，确定电流状态是否为正电流状态或是负电流状态。然后，在步骤430中，根据感测电流状态，确定适当控制信号。在步骤440中，若是电流状态为负电流状态，发送适当控制信号，以导通正电流电子开关。在步骤450中，若是电流状态为正电流状态，发送适当控制信号，以导通负电流电子开关。在步骤460中，当正电流电子开关导通时，允许正补偿电流流通，以偏移负寄生电流。在步骤470中，当负电流电子开关导通时，允许负补偿电流流通，以偏移正寄生电流。
在一个具体实施例中，主控制单元确定电流状态，且使用具有不同宽度的脉宽调制信号，来让脉宽调制信号发送，以导通正电子开关或负电子开关。主控制单元使用寄存器表来确定要发送的适当控制信号，其中寄存器表具有与不同电流状态相关的不同脉宽调制宽度。
参照图5，其为根据本发明一个具体实施例的负电流补偿信号的时序图。
如图5所示，当Iother大于零(Iother＞0)时，主控制单元发送脉宽调制信号(pwm-n)，以导通负电流电子开关，且致能补偿电流Icomp-n以进行补偿。Iother*Tsense–Icomp-n*Tpwm-n＝0。
参照图6，其为根据本发明一个具体实施例的正电流补偿信号的时序图。
如图6所示，当Iother小于零(Iother＜0)时，主控制单元发送脉宽调制信号(pwm-p)，以导通正电流电子开关，且致能补偿电流Icomp-p以进行补偿。Iother*Tsense+Icomp-p*Tpwm-p＝0。
虽然本发明已经通过特定的具体实施例进行描述，但在不脱离本发明权利要求书所界定的范围以及发明点之下，本领域技术人员可就此等具体实施例做出许多修改和变化。

Claims (25)

1.一种电流补偿电路，用于模拟前端，其特征在于，所述电流补偿电路包括：
正电流电子开关，所述正电流电子开关连接于正电压供应器以及电流路径之间；以及
负电流电子开关，所述负电流电子开关连接于接地端以及所述电流路径之间；
其中根据感测电流状态，导通所述正电流电子开关或所述负电流电子开关；
其中当所述正电流电子开关导通时，正补偿电流流通；以及
其中当所述负电流电子开关导通时，负补偿电流流通。
2.根据权利要求1所述的电流补偿电路，其特征在于，脉宽调制信号导通所述正电流电子开关或所述负电流电子开关。
3.根据权利要求1所述的电流补偿电路，其特征在于，所述电流补偿电路还包括：
主控制单元，所述主控制单元包括寄存器表，所述寄存器表包含相应于正及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度；
其中，根据所述感测电流状态，所述主控制单元发送适当脉宽调制信号，以导通所述正电流电子开关或所述负电流电子开关。
4.根据权利要求1所述的电流补偿电路，其特征在于，所述正补偿电流偏移负寄生电流。
5.根据权利要求1所述的电流补偿电路，其特征在于，所述负补偿电流偏移正寄生电流。
6.一种电流补偿电路，用于模拟前端，其特征在于，所述电流补偿电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器包括：
第一负输入端；
第一正输入端，所述第一正输入端接收输入电压信号；以及
第一输出端，所述第一输出端电性连接至所述第一负输入端；
第二运算放大器，所述第二运算放大器包括：
第二负输入端，所述第二负输入端接收参考电压信号；
第二正输入端；以及
第二输出端；
第一电容，连接于所述第二负输入端以及所述第二输出端之间；
第二电容，连接于所述第二正输入端以及所述第二输出端之间；
正电流电子开关，所述正电流电子开关连接于正电压供应器以及所述第二正输入端之间；以及
负电流电子开关，所述负电流电子开关连接于接地端以及所述第二正输入端之间。
7.根据权利要求6所述的电流补偿电路，其特征在于，所述正电流电子开关是通过脉宽调制信号导通。
8.根据权利要求6所述的电流补偿电路，其特征在于，所述负电流电子开关是通过脉宽调制信号导通。
9.根据权利要求6所述的电流补偿电路，其特征在于，所述电流补偿电路还包括：
主控制单元，所述主控制单元包括寄存器表，所述寄存器表包含相应于正及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度；
其中，根据感测状态，所述主控制单元发送适当脉宽调制信号，以导通所述正电流电子开关或所述负电流电子开关。
10.根据权利要求6所述的电流补偿电路，其特征在于，当所述正电流电子开关导通时，正补偿电流自所述正电压供应器流通至所述第二正输入端。
11.根据权利要求10所述的电流补偿电路，其特征在于，所述正补偿电流偏移负寄生电流。
12.根据权利要求6所述的电流补偿电路，其特征在于，当所述负电流电子开关导通时，负补偿电流自所述第二正输入端流通至接地端。
13.根据权利要求12所述的电流补偿电路，其特征在于，所述负补偿电流偏移正寄生电流。
14.一种补偿电流的操作方法，用在模拟前端电路中，其特征在于，所述补偿电流的操作方法包括：
在所述模拟前端电路中，感测电流状态；
根据所述电流状态，确定适当信号；
发送所述适当信号，以导通电子开关；以及
允许补偿电流流通，以偏移寄生电流。
15.根据权利要求14所述的补偿电流的操作方法，其特征在于，若是所述电流状态指示所述寄生电流小于零，发送所述适当信号以导通所述电子开关，而允许正补偿电流流通。
16.根据权利要求14所述的补偿电流的操作方法，其特征在于，若是所述电流状态指示所述寄生电流大于零，发送所述适当信号以导通所述电子开关，而允许负补偿电流流通。
17.根据权利要求14所述的补偿电流的操作方法，其特征在于，主控制单元确定所述电流状态，且使用具有不同脉宽调制宽度的寄存器表来确定要发送的所述适当信号。
18.一种补偿电流的操作方法，用在模拟前端电路中，其特征在于，所述补偿电流的操作方法包括：
在所述模拟前端电路中，感测电流状态；
确定所述电流状态是否为正或是负电流状态；
根据所述电流状态，确定适当控制信号；
若是所述电流状态为负电流状态，发送所述适当控制信号，以导通正电流电子开关；
若是所述电流状态为正电流状态，发送所述适当控制信号，以导通负电流电子开关；
当所述正电流电子开关导通时，允许正补偿电流流通，以偏移负寄生电流；以及
当所述负电流电子开关导通时，允许负补偿电流流通，以偏移正寄生电流。
19.根据权利要求18所述的补偿电流的操作方法，其特征在于，主控制单元确定所述电流状态，且使用具有不同脉宽调制宽度的寄存器表来确定要发送的所述适当控制信号。
20.一种电流补偿电路，用于模拟前端，其特征在于，所述电流补偿电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器包括：
第一负输入端；
第一正输入端，所述第一正输入端接收输入电压信号；以及
第一输出端，所述第一输出端电性连接至所述第一负输入端；
第二运算放大器，所述第二运算放大器包括：
第二负输入端，所述第二负输入端接收参考电压信号；
第二正输入端；以及
第二输出端；
正电流电子开关，所述正电流电子开关连接于正电压供应器以及所述第二正输入端之间；
负电流电子开关，所述负电流电子开关连接于接地端以及所述第二正输入端之间；以及
主控制单元，所述主控制单元包括寄存器表，所述寄存器表包含相应于正及负电流补偿状态的脉宽调制信号宽度；
其中，根据感测状态，所述主控制单元发送适当脉宽调制信号，以导通所述正电流电子开关或所述负电流电子开关。
21.根据权利要求20所述的电流补偿电路，其特征在于，所述电流补偿电路还包括：
第一电容，连接于所述第二负输入端以及所述第二输出端之间；以及
第二电容，连接于所述第二正输入端以及所述第二输出端之间。
22.根据权利要求20所述的电流补偿电路，其特征在于，当所述正电流电子开关导通时，正补偿电流自所述正电压供应器流通至所述第二正输入端。
23.根据权利要求22所述的电流补偿电路，其特征在于，所述正补偿电流偏移负寄生电流。
24.根据权利要求20所述的电流补偿电路，其特征在于，当所述负电流电子开关导通时，负补偿电流自所述第二正输入端流通至接地端。
25.根据权利要求24所述的电流补偿电路，其特征在于，所述负补偿电流偏移正寄生电流。
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