CN114094949A - 一种通用放大器初始化电路、装置及方法 - Google Patents

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杨静
毛崇雪
罗建龙
张鹏
梁伟
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Abstract

本发明公开了一种通用放大器初始化电路、装置及方法，所述初始化电路包括电流采集电路、信号处理电路、电压产生电路和状态上报电路；电流采集电路，通过电阻将放大器的漏电流采样为电压信号，放大后向其后级传递；信号处理电路，将前级传递的电压信号经过比较器采样为数字信号后，通过逻辑运算电路产生后级所需的多种信号；电压产生电路，通过逻辑运算电路产生的信号控制升降计数器产生二进制数，并用译码电路编码后用于控制传输门阵列的开关，使得电阻阵列上的电压信号得以选择性向VG传递；状态上报电路，将其前级传递来的信号做电平转换，加驱动后向上位机传递。本发明保证了放大电路静态工作点的一致性，可提升产品的可制造型和鲁棒性。

Description

一种通用放大器初始化电路、装置及方法
技术领域
本发明涉及放大器行业应用领域，更为具体的，涉及一种通用放大器初始化电路、装置及方法。
背景技术
当出现由于放大器中晶体管工艺偏差导致的静态工作点偏移问题时，现有技术普遍使用可变电压源来作为放大器的栅压，在使用前需要手动对可变电压源进行调整以获得合适的静态工作点，无法解决器件老化、使用环境变化等原因导致的静态工作点偏移问题，致使产品的可制造型和鲁棒性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通用放大器初始化电路、装置及方法，可以节约由于放大器工艺偏差导致的生产过程中手动调整静态工作点的工序，降低制造难度的同时避免了手动调整带来的工艺扰动，保证了放大电路静态工作点的一致性，并且可以解决传统手段无法处理的器件老化、使用环境变化导致的静态工作点偏移问题，提升产品的可制造型和鲁棒性等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种通用放大器初始化电路，包括电流采集电路、信号处理电路、电压产生电路和状态上报电路；所述电流采集电路设有电阻和放大器，用于通过电阻将放大器的漏电流采样为电压信号，放大后向其后级传递；在其后级的信号处理电路中设有比较器和逻辑运算电路，用于将前级传递的电压信号经过比较器采样为数字信号后，通过逻辑运算电路产生后级所需的多种信号；所述电压产生电路设有升降计数电路、译码电路、传输门阵列和电阻阵列，用于通过逻辑运算电路产生的信号控制升降计数器产生二进制数，并用译码电路编码后用于控制传输门阵列的开关，使得电阻阵列上的电压信号得以选择性向VG传递；所述状态上报电路设有驱动电路，用于将其前级传递来的信号做电平转换，加驱动后向上位机传递。
进一步地，所述逻辑运算电路产生后级所需的信号包括REPORT信号、U/D信号、INC信号和EN信号。
进一步地，所述电压产生电路通过U/D信号、INC信号、EN信号控制一个升降计数器产生不同的5位二进制数，并用所述译码电路编码为32bit独热码，以控制所述传输门阵列的开关。
进一步地，在所述状态上报电路中，所述将其前级传递来的信号做电平转换包括将其前级传递来的REPORT信号做电平转换。
进一步地，所述译码电路包括5-32译码器。
进一步地，所述信号处理电路设有寄存器，寄存器与逻辑运算电路连接。
一种通用放大器初始化装置，设置有如上所述的通用放大器初始化电路。
一种通用放大器初始化方法，包括步骤：采用如上所述的通用放大器初始化电路进行通用放大器的初始化处理。
本发明的有益效果是：
本发明属于放大器行业应用领域，提供一种放大器的自动初始化方案，包括相应的电路、装置及方法，能够解决由放大器中晶体管工艺偏差、器件老化、使用环境变化等原因导致的静态工作点偏移问题。在实施例中，例如提供涉及一种放大器的初始化电路，该电路能在上电时自动采集放大器中晶体管的工作电流用于控制其栅压变化，对放大器提供了电流采集接口和栅压偏置接口，对上位机提供初始化状态信号接口，实现对放大器的自动初始化及状态上报。
本发明实施例提供的一种通用放大器初始化电路，可以将其加入到放大电路的设计中，可以节约由于放大器工艺偏差导致的生产过程中手动调整静态工作点的工序，降低制造难度的同时避免了手动调整带来的工艺扰动，保证了放大电路静态工作点的一致性，并且可以解决了传统手段无法处理的器件老化、使用环境变化导致的静态工作点偏移问题，提升产品的可制造型和鲁棒性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是所述一种通用放大器初始化电路的***框图。
图2是本发明实施例中电流采集电路原理图。
图3是本发明实施例中信号处理电路原理图。
图4是本发明实施例中电压产生电路原理图。
图5是本发明实施例中状态上报电路原理图。
图6是本发明实施例中M2N7000转移特性仿真图。
图7是本发明实施例中M2N7000输出特性仿真图。
图8是本发明实施例中初始化M2N7000-VG仿真结果及关键信号时序图。
图9是本发明实施例中初始化M2N7000-IDS仿真结果及关键信号时序图。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1所示，一种通用放大器初始化电路，包括电流采集电路、信号处理电路、电压产生电路和状态上报电路；电流采集电路设有电阻和放大器，用于通过电阻将放大器的漏电流采样为电压信号，放大后向其后级传递；在其后级的信号处理电路中设有比较器和逻辑运算电路，用于将前级传递的电压信号经过比较器采样为数字信号后，通过逻辑运算电路产生后级所需的多种信号；电压产生电路设有升降计数电路、译码电路、传输门阵列和电阻阵列，用于通过逻辑运算电路产生的信号控制升降计数器产生二进制数，并用译码电路编码后用于控制传输门阵列的开关，使得电阻阵列上的电压信号得以选择性向VG传递；状态上报电路设有驱动电路，用于将其前级传递来的信号做电平转换，加驱动后向上位机传递。
在本发明可选的实施方式中，需要说明的是，逻辑运算电路产生后级所需的信号包括REPORT信号、U/D信号、INC信号和EN信号。
在本发明可选的实施方式中，需要说明的是，电压产生电路通过U/D信号、INC信号、EN信号控制一个升降计数器产生不同的5位二进制数，并用译码电路编码为32bit独热码，以控制传输门阵列的开关。
在本发明可选的实施方式中，需要说明的是，在状态上报电路中，将其前级传递来的信号做电平转换包括将其前级传递来的REPORT信号做电平转换。
在本发明可选的实施方式中，需要说明的是，译码电路包括5-32译码器。
在本发明可选的实施方式中，需要说明的是，信号处理电路设有寄存器，寄存器与逻辑运算电路连接。
在本发明可选的实施方式中，例如一种通用放大器初始化装置，设置有如上的通用放大器初始化电路。
在本发明可选的实施方式中，例如一种通用放大器初始化方法，包括步骤：采用如上的通用放大器初始化电路进行通用放大器的初始化处理。
在本发明可选的实施方式中，涉及的技术方案详细说明如下：
如图1所示，包括电流采集电路、信号处理电路、电压产生电路、状态上报电路。
如图2所示，电流采集电路通过电阻将放大器的漏电流采样为电压信号，放大后向后级传递。
如图3所示，信号处理电路将前级传递的电压信号经过两个比较器采样为数字信号，通过逻辑运算电路产生后级所需的各种信号，包括REPORT(单bit状态上报)、U/D(电压升降控制)、INC(电压升降时钟)、EN(电压升降使能)。
如图4所示，电压产生电路通过U/D、INC、EN控制一个升降计数器产生不同的5位二进制数，并用译码电路编码为32bit独热码以控制传输门阵列的开关，使得电阻阵列上的电压信号得以选择性向VG传递。
如图5所示，状态上报电路将前级传递的REPORT信号做电平转换，加驱动后向上位机传递。
如图2所示，电流采集电路通过小电阻R1将Ids(放大器中晶体管的漏电流)进行采样得到Vref：
Vref＝R1*Ids
对Vref做放大处理得到U0：
Figure BDA0003351641520000061
如图3所示，信号处理电路原理图通过比较器将U0采样为UH_temp和UL_temp，改变R4和R5,R6和R7的比例，即可控制Ids的大小：
表1UH_temp和UL_temp真值表
Figure BDA0003351641520000062
经过逻辑运算电路后,EN、U/D、INC、REPORT真值表如表2示。
表2信号处理电路输出真值表
Figure BDA0003351641520000063
Figure BDA0003351641520000071
其中，当Ids稳定在设定区间一段时间(128个CLK周期)后，EN、U/D、INC、REPORT真值表如表3示，此时电路初始化完成，放大器静态偏置不再受控于Ids。
表3初始化完成后各信号真值表
Figure BDA0003351641520000072
如图4所示，在电压产生电路中，EN、U/D、INC分别为所述5位二进制加减计数器的使能信号、加减控制信号、时钟信号，其输出的5位二进制数经所述5-32译码器后编码为32为独热码，控制传输门矩阵与电阻矩阵的联通点改变VG(放大器中晶体管的栅压)的值，相关信号真值表如表4所示。
表4电压产生电路相关信号真值表
Figure BDA0003351641520000073
Figure BDA0003351641520000081
如图6所示是功率场效应管M2N7000在PSPICE中仿真得到的转移特性曲线，如图7所示是其输出特性曲线，表5是该MOS管用于功率放大时的一个典型静态工作点。
表5 M2N7000用于功率放大时的一个典型静态工作点
Figure BDA0003351641520000082
利用一种通用放大器初始化电路对M2N7000进行初始化，将其置入如图二所示的电流采集电路原理图中的放大器位置，使用PSPICE进行仿真，如图7、图8和图9所示，当CLK周期为10us时，0.4ms内VG稳定于3.167V，Ids稳定于65.696mA，1.5ms内REPORT信号被置为高电平，表示MOS管初始化完成。始化后的静态工作点参数如表6所示。
表6 M2N7000初始化完成后的静态工作点
Figure BDA0003351641520000083
Figure BDA0003351641520000091
以上为本发明典型的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (8)

1.一种通用放大器初始化电路，其特征在于，包括电流采集电路、信号处理电路、电压产生电路和状态上报电路；所述电流采集电路设有电阻和放大器，用于通过电阻将放大器的漏电流采样为电压信号，放大后向其后级传递；在其后级的信号处理电路中设有比较器和逻辑运算电路，用于将前级传递的电压信号经过比较器采样为数字信号后，通过逻辑运算电路产生后级所需的多种信号；所述电压产生电路设有升降计数电路、译码电路、传输门阵列和电阻阵列，用于通过逻辑运算电路产生的信号控制升降计数器产生二进制数，并用译码电路编码后用于控制传输门阵列的开关，使得电阻阵列上的电压信号得以选择性向VG传递；所述状态上报电路设有驱动电路，用于将其前级传递来的信号做电平转换，加驱动后向上位机传递。
2.根据权利要求1所述的通用放大器初始化电路，其特征在于，所述逻辑运算电路产生后级所需的信号包括REPORT信号、U/D信号、INC信号和EN信号。
3.根据权利要求2所述的通用放大器初始化电路，其特征在于，所述电压产生电路通过U/D信号、INC信号、EN信号控制一个升降计数器产生不同的5位二进制数，并用所述译码电路编码为32bit独热码，以控制所述传输门阵列的开关。
4.根据权利要求2所述的通用放大器初始化电路，其特征在于，在所述状态上报电路中，所述将其前级传递来的信号做电平转换包括将其前级传递来的REPORT信号做电平转换。
5.根据权利要求3所述的通用放大器初始化电路，其特征在于，所述译码电路包括5-32译码器。
6.根据权利要求1～5任一所述的通用放大器初始化电路，其特征在于，所述信号处理电路设有寄存器，寄存器与逻辑运算电路连接。
7.一种通用放大器初始化装置，其特征在于，设置有如权利要求6所述的通用放大器初始化电路。
8.一种通用放大器初始化方法，其特征在于，包括步骤：采用如权利要求6所述的通用放大器初始化电路进行通用放大器的初始化处理。
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