CN117978167B - 一种多运放的轮转校准方法、校准电路和多通道驱动*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多运放的轮转校准方法、校准电路及应用其的多通道驱动***，所述多运放包括第一运放至第N运放，N为大于1的整数；在给定的时钟信号产生跳变沿时，对所述第一运放至所述第N运放依次进行自校准，在对第K运放自校准时，将设置的轮转运放的输出信号作为所述第K运放的输出信号；其中，在所述第K运放自校准前，根据所述第K运放的输入信号得到所述轮转运放的输出信号，K为大于1小于等于N的整数。本发明可以实时对多个运放依次校准，消除温度对各运放的失调电压的影响，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种多运放的轮转校准方法、校准电路和多通道驱动***。
背景技术
在汽车应用中，需要多通道（例如三通道）的高边驱动芯片来驱动不同类型的负载，如阻性负载，感性负载，容性负载；相较于单通道的高边驱动芯片，该类型芯片能驱动的负载数量更多，占用面积更小。该类型芯片通常需要输出高精度的采样电流值，方便***上准确监测输出电流，以提供更好的保护；为了提高采样电流的精度，需要高精度的采样运放。
由于每个通道的电流采样电路是相互独立的，为了使得电流/电压的采样精度较高，需要对每个通道的采样运放进行校准，现有技术中主要有两种运放的校准方式：①每个采样运放通过trim(修调)的方式消除失调电压；②为了保证采样信号的连续性，每个采样运放各自通过Ping-Pong的自调零校准方式消除失调电压。
通过trim的方式消除失调电压，无法抵消温度对于失调电压的影响；因为trim只能在特定温度下进行，只能消除该温度下的失调电压。应用中随着温度的变化，失调电压会发生变化，这部分变化将影响采样精度。每个通道各自通过Ping-Pong自调零校准方式消除失调电压，每个通道都需要两个采样运放，才能保证一个运放校准的时候，还有一个运放可以正常工作，以3通道为例，总共需要6个采样运放，通道越多需要的运放越多，消耗的芯片面积越多，成本越高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多运放的轮转校准方法、校准电路和多通道驱动***，可以实时对运放进行校准，方式简单，成本低。
本发明还提供一种多运放的轮转校准方法，所述多运放包括第一运放至第N运放，N为大于1的整数，在给定的时钟信号产生跳变沿时，对所述第一运放至所述第N运放依次进行自校准，在第K运放进行自校准时，将设置的轮转运放的输出信号作为所述第K运放的输出信号；
其中，在所述第K运放自校准前，根据所述第K运放的输入信号得到所述轮转运放的输出信号，K为大于1小于等于N的整数。
可选的，在所述第K运放自校准前，将所述第K运放的同相输入信号和反相输入信号分别输入至所述轮转运放的同相输入端和反相输入端。
可选的，在所述第K运放自校准前，对所述轮转运放进行自校准。
可选的，在所述第一运放至所述第N运放上电后，对所述第一运放至所述第N运放进行初始化校准。
可选的，对所述第K运放进行自校准的步骤包括：获取所述第K运放的失调电压，根据所述失调电压对所述第K运放的输入信号或/和输出信号进行补偿。
可选的，在所述多运放的环境温度变化时，设置所述时钟信号在一定时间范围内产生跳变沿。
可选的，设置所述时钟信号每隔一段时间产生跳变沿。
本发明还提供一种多运放的轮转校准电路，所述多运放包括第一运放至第N运放，N为大于1的整数，包括轮转运放和N个开关切换电路，每个运放对应一个相应的开关切换电路；在给定的时钟信号产生跳变沿时，第一运放至第N运放依次进行自校准，在第K运放进行自校准时，通过对应的开关切换电路，将所述轮转运放的输出信号切换为所述第K运放的输出信号；
其中，在所述第K运放自校准前，将所述第K运放的同相输入信号和反相输入信号分别输入至所述轮转运放的同相输入端和反相输入端，K为大于1小于等于N的整数。
可选的，在所述第一运放至所述第N运放上电后，对所述第一运放至所述第N运放进行初始化校准；在所述第K运放自校准前，对所述轮转运放进行自校准。
可选的，每个所述的开关切换电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端连接在相应运放的输出端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述轮转运放的输出端；在所述第K运放进行自校准时，控制所述第一开关关断，所述第二开关开通，所述第一开关管和所述第二开关的公共连接端输出的信号作为所述第K运放的输出信号。
可选的，在所述多运放的环境温度变化时，设置所述时钟信号在一定时间范围内产生跳变沿；或者，设置所述时钟信号每隔一段时间产生跳变沿。
本发明还提供一种多通道驱动***，用于驱动多种类型的负载，包括以上任意一种所述的多运放的轮转校准电路，所述多运放分别与所述多种类型的负载一一对应，所述多运放分别用于采样多种类型的负载上的电信号。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明使用轮转运放可以实时的对各个运放进行轮转校准，可以有效消除温度\湿度等各种环境对各个运放失调电压的影响，提高运放的使用精度；本发明只需要设置一个额外的轮转运放，就可以对各运放进行校准，芯片占用面积小，成本低，需要校准的运放越多，优势相对越明显。
附图说明
图1为本发明多运放的轮转校准电路原理图；
图2为本发明多运放的轮转校准工作波形图；
图3为本发明多通道驱动***原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和区间上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，示意了本发明多运放的轮转校准电路原理图，本发明中所说的多运放至少为两个运放，本发明的原理图以三个运放为例进行说明，这三个运放依次为A1、A2和A3，对应的轮转校准电路包括一个轮转运放B和三个开关切换电路U1、U2、U3，还包括多个开关k31、k32、k33、k41、k42、k43，三个开关切换电路U1、U2、U3依次将运放A1、A2和A3的输出端分别与轮转运放B的输出端进行连接。其中，运放A1的第一输入端接收输入信号INP1，其第二输入端接收输入信号INN1，其输出端通过开关切换电路U1与轮转运放B的输出端连接；运放A2的第一输入端接收输入信号INP2，其第二输入端接收输入信号INN2，其输出端通过开关切换电路U2与轮转运放B的输出端连接；运放A3的第一输入端接收输入信号INP3，其第二输入端接收输入信号INN3，其输出端通过开关切换电路U3与轮转运放B的输出端连接。其中，轮转运放B的第一输入端通过开关k31连接运放A1的第一输入端(即接收输入信号INP1)，通过开关k32连接运放A2的第一输入端（即接收输入信号INP2），通过开关k33连接运放A3的第一输入端（即接收输入信号INP3），轮转运放B的第二输入端通过开关k41连接运放A1的第二输入端（即接收输入信号INN1），通过开关k42连接运放A2的第二输入端（即接收输入信号INN2），通过开关k43连接运放A3的第二输入端（即接收输入信号INN3）。其中，开关切换电路U1包括开关k11和开关k21，开关k11第一端连接运放A1的输出端，开关k11第二端连接开关k21第一端，开关k21第二端连接轮转运放B的输出端，开关k11和开关k21连接端的输出信号OUT1作为运放A1的输出信号；开关切换电路U2包括开关k12和开关k22，开关k12第一端连接运放A1的输出端，开关k12第二端连接开关k22第一端，开关k22第二端连接轮转运放B的输出端，开关k12和开关k22连接端的输出信号OUT2作为运放A2的输出信号；开关切换电路U3包括开关k13和开关k23，开关k13第一端连接运放A1的输出端，开关k13第二端连接开关k23第一端，开关k23第二端连接轮转运放B的输出端，开关k13和开关k23连接端的输出信号OUT3作为运放A3的输出信号。结合图2示意的工作波形图对该轮转校准电路原理图进行说明。在多运放上电后，先对每个运放进行初始校准，经初始校准后的各运放在当前温度/环境下的失调电压被消除/补偿。在初始校准后，在设置的时钟信号产生跳变沿时，各个运放依次进行自校准，以图中示意的三个运放A1、A2、A3为例，运放A1先进行自校准、随后运放A2、A3依次进行自校准。以对运放A1进行自校准为例，在运放A1进行自校准前，需要将开关k31、开关k41开通，以将运放A1的输入信号INP1、INN1输入至轮转运放B的输入端，即将运放A1的第一输入端连接至轮转运放B的第一输入端，将运放A1的第二输入端连接至轮转运放B的第二输入端，或者说，轮转运放B的第一输入端接收输入信号INP1，轮转运放B的第二输入端接收输入信号INN1，以保证轮转运放B进入对应通道时会更加平稳顺滑，保证运放A1自校准时得到的输出信号依然能够连续和准确。在运放A1进行自校准前，还对轮转运放B进行自校准。在运放A1进行自校准时，开关切换电路U1用于将轮转运放B的输出信号Vo作为运放A1的输出信号，具体的，在开关切换电路U1中，通过开关控制信号TCAL1/控制开关k11关断，通过开关控制信号TCAL1（与信号TCAL1/ 电位相反）控制开关k21开通，开关k11和开关k12连接端的输出信号OUT1等于轮转运放B的输出信号Vo，即将轮转运放B的输出信号Vo作为运放A1的输出信号，以保证运放A1在自校准时依然具有准确的输出信号，保证运放A1自校准前后输出信号保持连续和准确。对运放A2、A3进行自校准的步骤参照运放A1自校准的说明，在运放A2自校准前，将运放A2的输入信号INP2、INN2输入至轮转运放B的相应输入端，运放A2自校准时，在开关切换电路U2中，通过开关控制信号TCAL2/控制开关k12关断，通过开关控制信号TCAL2（与信号TCAL2/电位相反）控制开关k22开通，以将轮转运放B的输出信号Vo切换为运放A2的输出信号；在运放A3自校准前，将运放A3的输入信号INP3、INN3输入至轮转运放B的相应输入端，运放A3自校准时，在开关切换电路U3中，通过开关控制信号TCAL3/控制开关k13关断，通过开关控制信号TCAL3（与信号TCAL3/电位相反）控制开关k23开通，以将轮转运放B的输出信号Vo切换为运放A3的输出信号。通常情况下，隔一段时间，时钟信号就会产生跳变沿，各个运放（A1、A2、A3）就会依次进行自校准；在另一些情况下，当各个运放所处环境例如温度发生变化时，也会设置时钟信号产生跳变沿，进而触发各个运放进行轮转校准。运放的自校准为通过消除运放的失调电压来完成自校准，具体的，根据失调电压对运放的输入信号或/和输出信号进行补偿以抵消失调电压对运放输出信号的影响。在运放较多时，依然能够按照上述说明各个运放依次进行轮转校准，且依然只需要一个额外的轮转运放B，电路通道越多，运放越多，本发明的优势越明显，不需要占用更多的芯片面积，极大节省了校准成本。在多种场合都会用到多运放，特别是多通道采样电路中，以及多通道控制电路中等，本发明对多运放的校准可以保证通过多运放得到的多个采样信号/控制信号在运放校准切换时无明显变化，切换平稳顺滑，保证信号的准确监测以及***的正常运行。
如图2所示，示意了本发明多运放的轮转校准工作波形图，在运放A1、A2、A3上电后，先进行初始校准，消除当前环境对各运放失调电压的影响。运放A1自校准前，先将运放A1的输入信号分别输入至轮转运放B的输入端，另外轮转运放B还需进行自校准，以消除当前环境及之前输入变化对轮转运放失调电压的影响，在时钟信号CLK产生跳变沿时，运放A进行自校准，此时轮转运放B的输出信号作为运放A的输出信号，该阶段对应第一通道，即在第一通道内完成了运放A1的自校准以及自校准前的准备。在运放A1进行自校准后，轮转运放B再进行自校准以及将运放A2的输入信号输入至轮转运放B的输入端（轮转运放B的自校准和输入信号切换之间的顺序不做限定），以为运放2的自校准进行准备，运放A2完成自校准完成后，A3再进行自校准，这里不再做进一步的详细阐述。运放A1-A3完成自校准后，表明各运放一次轮转校准结束，时钟信号CLK的下个跳变沿来临时，触发各运放下一次的轮转校准。根据校准需要，可以设置时钟信号CLK产生跳变沿的时刻以及各个跳变沿之间的时间间隔。
如图3所示，示意了多通道驱动***原理图，应用了多运放及上述的轮转校准技术，图中的多通道以三个通道为例，包括第一通道01、第二通道02和第三通道03，多通道的驱动***用于驱动不同类型的负载，例如阻性负载、感性负载和容性负载。每个通道中具有一个采样模块和驱动管，以第一通道01为例，包括第一采样模块101和驱动管NMOS1，驱动管NMOS1连接在输入电源VIN和对应的第一负载102之间，在驱动管NMOS1开通时，输入电源VIN驱动第一负载102正常工作，第一采样模块101包括用于采样第一负载102上电流的第一采样运放A1和第一采样电流输出模块1011，第一采样电流输出模块1011根据第一采样运放A1的输出结果得到相应的采样电流。通道选择器04根据需要监测/控制的负载电流选择相应的采样电流VCS输出。多通道驱动***还包括设置的轮转运放B，各个通道中的采样运放通过轮转运放B依次进行自校准，使得各个通道得到的采样电流不仅准确，而且能够保证在采样运放自校准时，采样电流无明显变化，保持平稳顺滑。各个采样运放不限于用来采样负载电流，也可以用于采样负载电压，或者多通道***中的其他电信号。多运放也不限于用在多通道的信号采样中，也可以用在电路控制中，总之，多运放的适用范围不限。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种多运放的轮转校准方法，所述多运放包括第一运放至第N运放，N为大于1的整数，其特征在于：在给定的时钟信号产生跳变沿时，对所述第一运放至所述第N运放依次进行自校准，在第K运放进行自校准时，将设置的轮转运放的输出信号作为所述第K运放的输出信号；每个运放对应一个相应的开关切换电路，在第K运放进行自校准时，通过对应的开关切换电路，将所述轮转运放的输出信号切换为所述第K运放的输出信号；
其中，在所述第K运放自校准前，根据所述第K运放的输入信号得到所述轮转运放的输出信号，K为大于1小于等于N的整数。
2.根据权利要求1所述的多运放的轮转校准方法，其特征在于：在所述第K运放自校准前，将所述第K运放的同相输入信号和反相输入信号分别输入至所述轮转运放的同相输入端和反相输入端。
3.根据权利要求2所述的多运放的轮转校准方法，其特征在于：在所述第K运放自校准前，对所述轮转运放进行自校准。
4.根据权利要求2所述的多运放的轮转校准方法，其特征在于：在所述第一运放至所述第N运放上电后，对所述第一运放至所述第N运放进行初始化校准。
5.根据权利要求2所述的多运放的轮转校准方法，其特征在于：对所述第K运放进行自校准的步骤包括：获取所述第K运放的失调电压，根据所述失调电压对所述第K运放的输入信号或/和输出信号进行补偿。
6.根据权利要求1所述的多运放的轮转校准方法，其特征在于：在所述多运放的环境温度变化时，设置所述时钟信号在一定时间范围内产生跳变沿。
7.根据权利要求1所述的多运放的轮转校准方法，其特征在于：设置所述时钟信号每隔一段时间产生跳变沿。
8.一种多运放的轮转校准电路，所述多运放包括第一运放至第N运放，N为大于1的整数，其特征在于：包括轮转运放和N个开关切换电路，每个运放对应一个相应的开关切换电路；在给定的时钟信号产生跳变沿时，第一运放至第N运放依次进行自校准，在第K运放进行自校准时，通过对应的开关切换电路，将所述轮转运放的输出信号切换为所述第K运放的输出信号；
其中，在所述第K运放自校准前，将所述第K运放的同相输入信号和反相输入信号分别输入至所述轮转运放的同相输入端和反相输入端，K为大于1小于等于N的整数。
9.根据权利要求8所述的多运放的轮转校准电路，其特征在于，在所述第一运放至所述第N运放上电后，对所述第一运放至所述第N运放进行初始化校准；在所述第K运放自校准前，对所述轮转运放进行自校准。
10.根据权利要求8所述的多运放的轮转校准电路，其特征在于，每个所述的开关切换电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端连接在相应运放的输出端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述轮转运放的输出端；在所述第K运放进行自校准时，控制所述第一开关关断，所述第二开关开通，所述第一开关管和所述第二开关的公共连接端输出的信号作为所述第K运放的输出信号。
11.根据权利要求8所述的多运放的轮转校准电路，其特征在于：在所述多运放的环境温度变化时，设置所述时钟信号在一定时间范围内产生跳变沿；或者，设置所述时钟信号每隔一段时间产生跳变沿。
12.一种多通道驱动***，用于驱动多种类型的负载，其特征在于：包括权利要求8-11任意一种所述的多运放的轮转校准电路，所述多运放分别与所述多种类型的负载一一对应，所述多运放分别用于采样多种类型的负载上的电信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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