專利名稱：輸入偏移電壓校正裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種校正輸入偏移電壓的裝置，特別涉及一種用于調整運算放 大器的輸入偏移電壓的校正裝置。背錄技術輸入偏移電壓是為了讓靜態(tài)直流輸出電壓等于零或是某個默認值，而必須 加在輸入端的直流電壓。如果運算放大器的輸入級完美對稱，晶體管也完全匹 配，則輸入偏移電壓等于零。但受到制造過程變異的影響，芯片上的幾何結構 和摻雜絕不可能絲毫不差，因此所有運算放大器都需要在反相和非反相輸入端 之間加上很小的電壓，以便彌補它們之間的不匹配。所以一般在應用比較器或運算放大器的特性時，輸入偏移電壓為需考慮的 重要參數(shù)之一。輸入偏移電壓的大小將會影響直流放大的工作點，應用時的最 大放大倍率，以及信號放大后的誤差等。請參閱圖1非反向放大電路的電路圖。如圖所示為利用運算放大器10做一放大器的應用電路，若其中第一電阻Rl 為lkQ，第二電阻R2為99kQ，則非反向放大電路的放大倍率為100倍。而 運算放大器10的輸出Vo等于輸入電壓Vin加上輸入偏移電壓Vio后乘上100 (Vo= (Vin+Vio) X100)。由上述的公式可發(fā)現(xiàn)，除了欲放大的輸入電壓 Vin被放大100倍外，輸入偏移電壓Vio也被放大了 100倍。所以在電路設計 時需考慮輸入偏移電壓Vio的大小，盡量將輸入偏移電壓Vio設計或調整至最 低，以免過高的輸入偏移電壓Vio造成運算放大器10的輸出Vo誤差過大， 或造成運算放大器10飽和的現(xiàn)象。請再參閱圖2電流偵測電路的電路圖。如圖所示為利用運算放大器10做 一比較器的應用電路，其中若該電路所偵測的電流I范圍在0A 20A之間， 并利用一模擬數(shù)字轉換器21來將電流信號讀入微控制單元31。因偵測電流I 最高可到20A，為降低功率消耗，所使用的電流偵測電阻R3為10mQ/5W。 故電流偵測電阻R3上所形成的電壓大小為0.2V，電流偵測電阻R3上所形成
的電壓經(jīng)過lkQ的第四電阻R4及24 kQ的第五電阻R5的匹配而放大25倍后， 于運算放大器10的輸出端輸出0 5V的電壓。然而，若運算放大器10的輸 入偏移電壓Vio為士30mV時，微控制單元31經(jīng)模擬數(shù)字轉換器21所讀到的 電流值誤差將高達土3A G0mV/10 mQ)，其誤差率為15%。所以運算放大 器10的輸入偏移電壓Vio的大小，會影響微控制單元31所讀取電流值的精確 度。在一般微控制單元半導體制造過程，其中運算放大器的輸入偏移電壓約在 土30mV左右，若要設計一低輸入偏移比較器或放大器， 一般均需使用測試調 整方式(trim)，或是采用切換比較(chopper)的方式設計。然而利用測試調 整方式校正輸入偏移電壓，其校正的結果只有在校正時的環(huán)境下才能保證性 能，因為輸入偏移電壓會隨工作電壓、工作溫度及輸入電壓不同而飄移。所以 若采測試調整方式校正輸入偏移電壓， 一旦工作環(huán)境不同，其運算放大器的特 性就會變差，導致誤差變大。而若采用切換比較(chopper)的方式，其電路 將需額外的時鐘電路及濾波器，所以將造成電路成本較高、工作頻寬無法提升 以及電路反應速度慢而無法適合高速比較器或放大器的應用等缺點。發(fā)明內容有鑒于此，本發(fā)明使用微控制單元設定緩存器，為此來控制激活相關開關 電路，使運算放大器能把工作點的輸入偏移電壓校正到最低，并能根據(jù)工作環(huán) 境變化隨時校正，以維持最佳特性。本發(fā)明提供一種輸入偏移電壓校正裝置，用于調整一運算放大器的輸入偏 移電壓，其特征在于裝置包括一緩存器單元、 一微控制單元、 一開關單元及一 偏移電壓調整單元。而緩存器單元用于暫存一工作模式切換信號，且由微控制 單元設定該工作模式切換信號。其運算放大器的輸出端連接于微控制單元。開 關單元設于一信號輸入端與運算放大器間，根據(jù)工作模式切換信號切換輸入偏 移電壓校正裝置的工作模式。上述的工作模式包括一正常工作模式及一偏移電 壓校正模式，而偏移電壓校正模式還包括一正端校正模式及一負端校正模式。 其各工作模式由開關單元內各開關間的動作來決定，而開關單元內各開關間的 動作根據(jù)緩存器單元內的工作模式切換信號來動作。最后偏移電壓調整單元于 輸入偏移電壓校正裝置工作于偏移電壓校正模式時，用于調整運算放大器的輸
入偏移電壓。而本發(fā)明的輸入偏移電壓校正裝置可利用微控制單元隨時校正輸入偏移 電壓，可改善采測試調整方式校正輸入偏移電壓，而于工作環(huán)境不同，其運算 放大器的特性就會變差，導致誤差變大的缺失。并且由偏移電壓調整單元的設 計(增加調校的位數(shù))，可更精確的調整輸入偏移電壓至最小的范圍，有效提 升運算放大器特性的應用。以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖1為非反向放大電路的電路圖； 圖2為電流偵測電路的電路圖；圖3為本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置的功能方塊圖；圖3A為偏移電壓調整單元的較佳實施例電路示意圖；圖4為本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置較佳實施例的功能方塊圖；圖5為本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置較佳實施例的功能方塊圖；及圖6為本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置較佳實施例的功能方塊圖。其中，附圖標記I偵測電流Vo 輸出Vin輸入電壓Vio輸入偏移電壓Rl第一電阻R2 第二電阻R3電流偵測電阻R4 第四電阻R5第五電阻10， 30運算放大器21模擬數(shù)字轉換器31 微控制單元32緩存器單元321第一緩存器322第二緩存器33 偏移電壓調整單元34開關單元341 第一開關342第二開關343 第三開關35信號輸入端
具體實施方式
請參閱圖3為本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置的功能方塊圖。輸入偏移電壓 校正裝置包括一緩存器單元32、 一微控制單元31、 一開關單元34及一偏移電 壓調整單元33，用于調校運算放大器30的輸入偏移電壓。信號輸入端35輸 入的信號經(jīng)過開關單元34傳送至運算放大器30，該信號經(jīng)處理后便由運算放 大器30輸出至微控制單元31應用。為解決運算放大器30的輸入偏移電壓所 造成的影響，微控制單元31將于緩存器單元32設定工作模式切換信號，以控 制開關單元34將輸入偏移電壓校正裝置于一正常工作模式及一偏移電壓校正 模式間作切換。當輸入偏移電壓校正裝置于一偏移電壓校正模式時，則偏移電 壓調整單元33便將運算放大器30的輸入偏移電壓調整至最小的范圍。請參閱圖3A，為偏移電壓調整單元的較佳實施例電路示意圖。如圖所示， 運算放大器正輸入段與負輸入端間，由一控制電路331來控制開關Sl、 S2、 S3…至Sn，以調整運算放大器30的輸入偏移電壓，將輸入偏移電壓調整至最 小的范圍。然而，偏移電壓調整單元33的位數(shù)越多，其可調整的輸入偏移電壓最小 范圍可越小，所以輸入偏移電壓對運算放大器30應用特性的影響可越小。再 者，上述的偏移電壓校正模式包括一正端校正模式與一負端校正模式，可供運 算放大器30應用時所需來作設計。而一正端校正模式與一負端校正模式間的 切換，如正常工作模式及偏移電壓校正模式間的切換一樣，由微控制單元31 設定緩存器單元32的工作模式切換信號，而開關單元34再根據(jù)緩存器單元 32中的工作模式切換信號執(zhí)行相對應的開關動作，以將輸入偏移電壓校正裝 置激活于微控制單元31所設定的工作模式中。為了避免校正的結果只有在校正時的環(huán)境下才能保證性能，微控制單元 31還可設有一計時模塊(圖未示)，其計時模塊用于提供一校正周期，于一 定的周期設定緩存器單元32中的工作模式切換信號，以將輸入偏移電壓校正 裝置激活于偏移電壓校正模式，而執(zhí)行輸入偏移電壓的調整。另外緩存器單元32可為設于微控制單元31中的緩存器，用以暫存微控制 單元31設定的工作模式切換信號，進而控制開關單元34。請參閱圖4本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置較佳實施例的功能方塊圖。如圖 所示信號輸入端35包括一正信號輸入端及一負信號輸入端。開關單元34包括 一第一開關341、第二開關342及第三開關343。而緩存器單元32包括第一緩 存器321及第二緩存器322。其中第一開關341的一端連接于正信號輸入端， 第一開關341的另一端連接于運算放大器30的正端。第二開關342的一端連 接于負信號輸入端，第二開關342的另一端連接于運算放大器30的負端。而 第三開關343的一端系連接于第一開關341與運算放大器30的正端，第三開 關343的另一端連接于第二開關342與運算放大器30的負端。在上述圖3的說明有提到，緩存器單元32暫存微控制單元31所設定的工 作模式切換信號。而工作模式切換信號包括切換正常工作模式與偏移電壓校正 模式的工作模式切換信號，暫存于第一緩存器321，以及切換正端校正模式與 負端校正模式的工作模式切換信號，暫存于第二緩存器322。其第一開關341、 第二開關342及第三開關343根據(jù)第一緩存器321與第二緩存器342暫存的工 作模式切換信號來作開關動作，以將輸入偏移電壓校正裝置激活于正常工作模 式或偏移電壓校正模式，甚至為偏移電壓校正模式中的正端校正模式或負端校 正模式。而當偏移電壓校正裝置激活于偏移電壓校正模式時，偏移電壓調整單 元33便用于調整運算放大器30的輸入偏移電壓，以維持運算放大器30較佳 特性的應用。然而，若開關單元34中的各開關根據(jù)工作模式切換信號使第一開關341 及第二開關342為閉合狀態(tài)(on)，第三開關343為斷開的狀態(tài)(off)，則 輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一正常工作模式。若開關單元34中的各 開關根據(jù)工作模式切換信號使第一開關341及第三開關為343閉合狀態(tài)(on)， 第二開關342為斷開的狀態(tài)(off)，則輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為 一正端校正模式。若開關單元34中的各開關根據(jù)工作模式切換信號使第二開 關342及第三開關343為閉合狀態(tài)(on)，第一開關341為斷開的狀態(tài)(off)， 則輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一負端校正模式。使用者可視應用電路 所需，由微控制單元31設定各模式間的轉換，以將輸入偏移電壓作適當?shù)恼{ 整。請參閱圖5本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置較佳實施例的功能方塊圖。圖5 的實施例為可用于運算放大器30的輸入偏移電壓，其校正模式為負端校正的 應用。其相關的動作原理與圖4的實施例相同，所以不再贅述，而本實施例針 對利用開關單元34來切換工作模式的方法作進一步說明。
圖5的實施例中開關單元34包括第一開關341及一第三開關343。而第 一開關341的一端連接于正信號輸入端，第一開關341的另一端連接于運算放 大器30的正端。而第三開關343的一端連接于第一開關341與運算放大器30 的正端，第三開關343的另一端連接于負信號輸入端與運算放大器30的負端。 負信號輸入端直接連接于運算放大器30的負端。而微控制單元31于緩存器單元32設定工作模式切換信號后，若根據(jù)緩存 器單元32所暫存的工作模式切換信號，使第一開關341為閉合狀態(tài)(on)， 第三開關343為斷開的狀態(tài)(off)，則輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為 一正常工作模式。若根據(jù)工作模式切換信號使第一開關341為斷開狀態(tài)(off )， 第三開關343為閉合的狀態(tài)(on)，則輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一 負端校正模式。所以利用微控制單元31設定緩存單元32的暫存信號，以控制開關單元 34的動作，即可將輸入偏移電壓校正裝置于正常工作模式與負端校正模式間 作切換。請參閱圖6本發(fā)明輸入偏移電壓校正裝置較佳實施例的功能方塊圖。圖6 的實施例為可用于運算放大器30的輸入偏移電壓，其校正模式為正端校正的 應用。其相關的動作原理與圖4的實施例相同，所以不再贅述，而本實施例針 對利用開關單元34來切換工作模式的方法作進一步說明。圖6的實施例中開關單元34包括第二開關342及一第三開關343。而第 二開關342的一端連接于負信號輸入端，第二開關342的另一端連接于運算放 大器30的負端。而第三開關343的一端連接于正信號輸入端與運算放大器30 的正端，第三開關343的另一端連接于負信號輸入端與運算放大器30的負端。 正信號輸入端直接連接于運算放大器30的負端。而微控制單元31于緩存器單元32設定工作模式切換信號后，若根據(jù)緩存 器單元32所暫存的工作模式切換信號，使第二開關342為閉合狀態(tài)(on)， 第三開關343為斷開的狀態(tài)(off)，則輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為 一正常工作模式。若根據(jù)工作模式切換信號使第二開關342為斷開狀態(tài)(off )， 第三開關343為閉合的狀態(tài)(on)，則輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一 正端校正模式。所以利用微控制單元31設定緩存單元32的暫存信號，以控制開關單元34的動作，即可將輸入偏移電壓校正裝置于正常工作模式與正端校正模式間 作切換。綜上所述，利用本發(fā)明的輸入偏移電壓校正裝置可有效校正運算放大器 30的輸入偏移電壓，所以當運算放大器30應用于放大器或比較器的電路時， 可大大降低輸入偏移電壓對應用電路所帶來的影響。當然，本發(fā)是明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的 情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形， 但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種輸入偏移電壓校正裝置，用于校正一運算放大器的輸入偏移電壓，其特征在于，該裝置包括一緩存器單元，用于暫存一工作模式切換信號；一微控制單元，連接于該運算放大器的輸出端，用于設定該工作模式切換信號；一開關單元，設于一信號輸入端與該運算放大器間，根據(jù)該工作模式切換信號切換該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式；及一偏移電壓調整單元，根據(jù)該工作模式切換信號來調整該運算放大器的輸入偏移電壓。
2、 根據(jù)權利要求1所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該輸入 偏移電壓校正裝置的工作模式包括一正常工作模式及一偏移電壓校正模式。
3、 根據(jù)權利要求2所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該偏移電壓校正模式包括一正端校正模式及一負端校正模式。
4、 根據(jù)權利要求1所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該緩存 器單元還包括一第一緩存器，用于暫存切換該正常工作模式與該偏移電壓校正 模式的該工作模式切換信號。
5、 根據(jù)權利要求4所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該緩存 器單元還包括一第二緩存器，用于暫存切換該正端校正模式與該負端校正模式 的該工作模式切換信號。
6、 根據(jù)權利要求1所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該開關 單元還包括一第一開關，連接于該信號輸入端的正信號輸入端與該運算放大器的正端間；一第二開關，連接于該信號輸入端的負信號輸入端與該運算放大器的負端 間；及一第三開關，該第三開關的一端連接于該第一開關與該運算放大器的正 端，該第三開關的另一端連接于該第二開關與該運算放大器的負端。
7、 根據(jù)權利要求6所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該開關 單元根據(jù)該工作模式切換信號使該第一開關及該第二開關為閉合狀態(tài)，該第三 開關為斷開的狀態(tài)，則該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一正常工作模式。
8、 根據(jù)權利要求6所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該開關 單元根據(jù)該工作模式切換信號使該第一開關及該第三開關為閉合狀態(tài)，該第二 開關為斷開的狀態(tài)，則該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一正端校正模式。
9、 根據(jù)權利要求6所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該開關 單元根據(jù)該工作模式切換信號使該第二開關及該第三開關為閉合狀態(tài)，該第一 開關為斷開的狀態(tài)，則該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一負端校正模 式。
10、 根據(jù)權利要求l所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該偏移 電壓調整單元為一數(shù)字元的偏移電壓調整單元，并將該運算放大器的調整至一 最低輸入偏移電壓。
11、 根據(jù)權利要求l所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該開關單元還包括一第一開關，連接于該信號輸入端的正信號輸入端與該運算放大器的正端 間；及一第三開關，該第三開關的一端連接于該第一開關及該運算放大器的正 端，該第三開關的另一端連接于該信號輸入端的負信號輸入端及該運算放大器 的負端。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，根據(jù) 該工作模式切換信號使該第一開關為閉合狀態(tài)，該第三開關為斷開的狀態(tài)，則 該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一正常工作模式。
13、 根據(jù)權利要求ll所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，根據(jù) 該工作模式切換信號使該第一開關為斷開狀態(tài)，該第三開關為閉合的狀態(tài)，則 該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一負端校正模式。
14、 根據(jù)權利要求l所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該開關單元還包括一第二開關，連接于該信號輸入端的負信號輸入端與該運算放大器的負端 間；及一第三開關，該第三開關的一端連接于該第二開關及該運算放大器的負 端，該第三開關的另一端連接于該信號輸入端的正信號輸入端及該運算放大器 的正端。
15、 根據(jù)權利要求14所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，根據(jù) 該工作模式切換信號使該第二開關為閉合狀態(tài)，該第三開關為斷開的狀態(tài)，則 該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一正常工作模式。
16、 根據(jù)權利要求14所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，根據(jù)該工作模式切換信號使該第二開關為斷開狀態(tài)，該第三開關為閉合的狀態(tài)，則 該輸入偏移電壓校正裝置的工作模式為一正端校正模式。
17、 根據(jù)權利要求l所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該緩存 器單元設于該微控制單元內。
18、 根據(jù)權利要求l所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該輸入 偏移電壓校正裝置應用于一比較器的電路。
19、 根據(jù)權利要求l所述的輸入偏移電壓校正裝置，其特征在于，該輸入 偏移電壓校正裝置應用于一放大器的電路。
全文摘要
一種用于運算放大器的輸入偏移電壓校正裝置。其特征在于包括開關單元、緩存器單元、偏移電壓調整單元及微控制單元。本發(fā)明由微控制單元設定緩存器單元以控制開關單元，而由開關單元切換不同工作模式。若輸入偏移電壓校正裝置于偏移電壓調整模式時，還利用偏移電壓調整單元調整運算放大器的輸入偏移電壓，以輸出更精確的信號。再者，本發(fā)明可根據(jù)工作環(huán)境隨時調整輸入偏移電壓，以維持運算放大器最佳的特性。
文檔編號H03F1/00GK101119103SQ20061009919
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月2日 優(yōu)先權日2006年8月2日
發(fā)明者陳俊雄 申請人:盛群半導體股份有限公司