本发明属于模拟集成电路领域，特别是涉及一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器。
背景技术：
1、运算放大器(operational-amplifier，opa，简称运放)是精密信号调节的重要部件，可以通过不同形式的反馈构成诸如加法器、积分器、电流检测电路等多种不同功能的功能单元，被广泛应用于各类模拟集成电路设计中。
2、通用高压运算放大器的失调电压基本在mv量级，如果配置成用于电流检测的应用电路比如差动放大器，为保证检测精度则其闭环增益基本需设置在10倍及以上；其本身的输入共模电压范围上限无法达到电源轨，进一步限制了其应用电路的输入共模电压范围。目前典型用于电流检测的运算放大器基本采用的都是零漂移系列运算放大器，其失调电压均在μv量级，但是高压零漂移系列运算放大器的输入共模电压范围上限无法达到电源轨，仍然限制了其应用电路的输入共模电压范围。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，包括：线性稳压器、共模跟踪调节器、输入斩波器、第一级放大器、输出斩波器、开关电容陷波滤波器、第二级放大器、第三级放大器、电平转换电路、时钟发生器和前馈放大器；所述线性稳压器用于产生时钟发生器的供电电压、第二级放大器的供电电压和共模跟踪调节器的参考电压；所述共模跟踪调节器根据线性稳压器产生的参考电压和差分输入信号的共模电压输出正浮动电压和负浮动电压；其中，正浮动电压作为第一级放大器和前馈放大器的供电电压；所述时钟发生器用于产生两组互补的时钟信号，其中一组互补的时钟信号为clk1和clk2，另一组互补的时钟信号为clk3和clk4；所述电平转换电路用于根据正浮动电压和负浮动电压对时钟信号clk1和clk2进行电平转换产生互补的时钟信号clk1h和clk2h；所述输入斩波器设置在第一级放大器的输入端，所述输出斩波器设置在第一级放大器的输出端；所述输入斩波器用于根据时钟信号clk1h和clk2h将高压斩波型运算放大器的输入信号调制到斩波频率fchop处；所述输出斩波器用于根据时钟信号clk1和clk2将第一级放大器的输出信号解调回基带，并将第一级放大器的初始失调电压和1/f噪声调制到斩波频率fchop处；所述开关电容陷波滤波器的输入端接输出斩波器的输出端，所述开关电容陷波滤波器的输出端接第二级放大器的输入端，用于根据时钟信号clk3和clk4滤除调制到斩波频率fchop处的第一级放大器的初始失调电压和1/f噪声；所述第二级放大器的输出端接第三级放大器的输入端；所述第三级放大器的输出端为高压斩波型运算放大器的输出端；所述前馈放大器的输入端接高压斩波型运算放大器的输入信号；所述前馈放大器的输出端接第三级放大器的输入端，用于放大频率大于或等于斩波频率fchop的输入信号。
2、本发明至少具有以下有益效果
3、本发明提出的高压斩波型运算放大器具有超宽的工作电压范围，应用于电流检测时具有远超过电源轨vcc的超宽输入共模范围；使用该高压斩波型运算放大器构建的电流检测电路具备超高精度以及大大提高其应用电路的共模抑制比。
1.一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，包括：线性稳压器、共模跟踪调节器、输入斩波器、第一级放大器、输出斩波器、开关电容陷波滤波器、第二级放大器、第三级放大器、电平转换电路、时钟发生器和前馈放大器；所述线性稳压器用于产生时钟发生器的供电电压、第二级放大器的供电电压和共模跟踪调节器的参考电压；所述共模跟踪调节器根据线性稳压器产生的参考电压和差分输入信号的共模电压输出正浮动电压和负浮动电压；其中，正浮动电压作为第一级放大器和前馈放大器的供电电压；所述时钟发生器用于产生两组互补的时钟信号，其中一组互补的时钟信号为clk1和clk2，另一组互补的时钟信号为clk3和clk4；所述电平转换电路用于根据正浮动电压和负浮动电压对时钟信号clk1和clk2进行电平转换产生互补的时钟信号clk1h和clk2h；所述输入斩波器设置在第一级放大器的输入端，所述输出斩波器设置在第一级放大器的输出端；所述输入斩波器用于根据时钟信号clk1h和clk2h将高压斩波型运算放大器的输入信号调制到斩波频率fchop处；所述输出斩波器用于根据时钟信号clk1和clk2将第一级放大器的输出信号解调回基带，并将第一级放大器的初始失调电压和1/f噪声调制到斩波频率fchop处；所述开关电容陷波滤波器的输入端接输出斩波器的输出端，所述开关电容陷波滤波器的输出端接第二级放大器的输入端，用于根据时钟信号clk3和clk4滤除调制到斩波频率fchop处的第一级放大器的初始失调电压和1/f噪声；所述第二级放大器的输出端接第三级放大器的输入端；所述第三级放大器的输出端为高压斩波型运算放大器的输出端；所述前馈放大器的输入端接高压斩波型运算放大器的输入信号；所述前馈放大器的输出端接第三级放大器的输入端，用于放大频率大于或等于斩波频率fchop的输入信号。
2.根据权利要求1所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述高压斩波型运算放大器还包括：嵌套密勒频率补偿电路，所述嵌套密勒频率补偿电路包括：电容ca1、电容ca2、电容cb1、电容cb2、电容cc1和电容cc2；电容ca1的一端接地，电容ca1的另一端接输出斩波器的第二输出端；电容ca2、电容cb2、电容cc1和电容cc2的一端接高压斩波型运算放大器的输出端；所述电容ca2的另一端接输出斩波器的第一输出端；电容cb2的另一端接第二级放大器的同相输入端；电容cc1的另一端接第三级放大器的反向输入端；电容cc2的另一端接第三级放大器的同相输入端；电容cb1的一端接第二级放大器的反向输入端；电容cb1的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述第二级放大器、第三级放大器和前馈放大器包括：pmos管mp11～mp23、pldmos管mpd3～mpd9、nldmos管mnd6～mnd7、nmos管mn21～mn27、电阻r3～r4、电流源is1～is3；所述mp11的源极、mp12的源极、电阻r3的plus端和电阻r4的plus端接cvdd；所述mp11的栅极、mp11的漏极、mn21的漏极、mp14的漏极和mpd4的源极连接；所述mp12的栅极、mp12的漏极、mn22的漏极、mp13的漏极和mpd3的源极连接；所述mp13的源极和电阻r3的minus端连接；所述mp14的源极和电阻r4的minus端连接；所述mp13的栅极和mp14的栅极接偏置电压vbp2；所述mn21的源极、mn22的源极和电流源is1的plus端连接；所述电流源is1的minus端接地；所述mn21的栅极和mp15的栅极接高压斩波型运算放大器的同相输入端inp；所述mn22的栅极和mp16的栅极接高压斩波型运算放大器的反向输入端inn；所述mp15的源极、mp16的源极和电流源is2的minus端连接；所述电流源is2的plus端接正浮动电压cvdd；所述mp15的漏极和mpd5的源极连接；所述mp16的漏极和mpd6的源极连接；所述mpd5的栅极和mpd6的栅极接偏置电压vbp4；所述mpd4的漏极、mpd5的漏极、mp18的漏极、mn24的源极和mn26的漏极连接；所述mpd3的漏极、mpd6的漏极、mp17的漏极、mn23的源极和mn25的漏极连接；所述mpd3的栅极和mpd4的栅极接偏置电压vbp3；所述mp17的源极、mp18的源极和电流源is3的minus端连接；所述电流源is3的plus端接第二级放大器的供电电压vs1；所述mp17的栅极接开关电容陷波滤波器的同相输出端vp；所述mp18的栅极接开关电容陷波滤波器的反向输出端vm；所述mp19的源极、mp20的源极和mp23的源极接vcc；所述mp19的栅极和mp20的栅极接偏置电压vbp5；所述mp19的漏极和mp21的源极连接；所述mp20的漏极和mp22的源极连接；所述mp21的栅极和mp22的栅极接偏置电压vbp6；所述mp21的漏极和mpd7的源极连接；所述mp22的漏极、mpd8的源极、mnd6的漏极、mp23的栅极和电容cc2的plus端连接；所述mpd7的栅极和mpd8的栅极接偏置电压vbp7；所述mnd6的栅极接偏置电压vbn4；所述mpd7的漏极、mn23的漏极、mn25的栅极和mn26的栅极连接；所述mpd8的漏极、mnd6的源极、mn24的漏极、mn27的栅极和电容cc1的plus端连接；所述mn23的栅极和mn24的栅极接偏置电压vbn5；所述mn25的源极、mn26的源极和mn27的源极接地；所述mp23的漏极和mpd9的源极连接；所述mpd9的栅极接偏置电压vbp8；所述mpd9的漏极、cc2的minus端、cc1的minus端和mnd7的漏极接高压斩波型运算放大器的输出端vout；所述mnd7的栅极接偏置电压vbn6；所述mnd7的源极和mn27的漏极连接。
4.根据权利要求1所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述共模跟踪调节器包括：所述共模跟踪调节器包括：pmos管mp1～mp4、pldmos管mpd1～mpd2、nldmos管mnd1～mnd3、nmos管mn1～mn6、电阻r1～r2、电阻rm1～rm2、以及电容c1；所述mp1～mp4的源极接正浮动电压cvdd；mp1的漏极、mp1的栅极、mp2的栅极和mnd1的漏极连接；所述mp2的漏极、mp3的栅极、mn1的栅极、mpd1的栅极、mnd2的漏极和电阻r2的minus端连接；所述mp3的漏极、mn1的漏极和mpd2的栅极连接；所述mp4的栅极、mp4的漏极、mn2的栅极和mn2的漏极连接；所述电阻r1和电阻r2的plus端接正浮动电压cvdd；电阻r1的minus端接mpd1的源极；所述mpd1的漏极和mn4的漏极接共模跟踪调节器的参考电压vs1；所述mpd2的源极接正浮动电压cvdd；所述mpd2的漏极、电阻rm1的minus端和电阻rm2的minus端连接产生共模电压vcm；电阻rm1的plus端接高压斩波型运算放大器的差分输入端vin+；电阻rm2的plus端接高压斩波型运算放大器的差分输入端vin-；所述mn1的源极、mn3的源极、mnd3的漏极和电容c1的minus端接负浮动电压cvss；所述mn3的漏极、mn3的栅极和mn2的源极连接；所述电容c1的plus端接正浮动电压cvdd；所述mn4的源极、mn4的栅极、mnd1的源极、mnd2的源极和mn5的漏极连接；所述mn5的源极和mn6的源极接地；所述mn6的漏极和mnd3的源极连接；所述mnd1的栅极接偏置电压vbn1；所述mnd2的栅极和mnd3的栅极接偏置电压vbn2，所述mn5的栅极和mn6的栅极接偏置电压vbn3。
5.根据权利要求4所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述正浮动电压cvdd和负浮动电压cvss相差一个固定电压△v，即：
6.根据权利要求4所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，当vcm≤vs1时，cvdd≈vs1；当vcm＞vs1时，cvdd≈vcm。
7.根据权利要求1所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述电平转换电路包括：pmos管mp5～mp10、nldmos管mnd4～mnd5、nmos管mn7～mn12、电容c2、反相器inv1～inv2；所述mp5～mp10的源极接正浮动电压cvdd；所述mp5的栅极和mp6的栅极接偏置电压vbp1；所述mp5的漏极、mnd4的漏极、mp8的栅极和mn12的栅极连接；所述mp6的漏极、mnd5的漏极、mp7的栅极和mn11的栅极连接；所述mp7的漏极、mp9的漏极、mn9的漏极、mp10的栅极、mn10的栅极和inv1的输入端连接；所述mp8的漏极、mp10的漏极、mn10的漏极、mp9的栅极、mn9的栅极和inv2的输入端连接；所述mnd4的源极、mn7的漏极和电容c2的plus端连接；所述mnd5的源极、mn8的漏极和电容c2的minus端连接；所述mnd4的栅极和mn8的栅极接时钟信号clk1；所述mnd5的栅极和mn7的栅极接时钟信号clk2；所述mn7的源极和mn8的源极接地；所述mn9的源极和mn11的漏极连接；所述mn10的源极和mn12的漏极连接；所述mn11的源极和mn12的源极接负浮动电压cvss；所述inv1～inv2由cvdd和cvss作为正、负供电电压；inv1～inv2的输出端分别输出互补的时钟信号clk1h和clk2h。
8.根据权利要求7所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述时钟信号clk1和clk2、clk1h和clk2h之间的数字逻辑电平关系为：
9.根据权利要求1所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述输入斩波器和输出斩波器采用相同的电路结构均包括：cmos传输门tg1～tg4；所述tg1的输入端和tg2的输入端接输入斩波器或输出斩波器的同相输入端vin1；所述tg3的输入端和tg4的输入端接输入斩波器或输出斩波器的反向输入端vin2；所述tg1的输出端和tg3的输出端接输入斩波器或输出斩波器的输出端vo1；所述tg2的输出端和tg4的输出端接输入斩波器或输出斩波器的输出端vo2；在输入斩波器中，所述tg1的两个控制端分别接时钟信号clk1h和clk2h；tg2的两个控制端分别接时钟信号clk2h和clk1h；tg3的两个控制端分别接时钟信号clk2h和clk1h；tg4的两个控制端分别接时钟信号clk1h和clk2h；在输出斩波器中，tg1的两个控制端分别接时钟信号clk1和clk2；tg2的两个控制端分别接时钟信号clk2和clk1；tg3的两个控制端分别接时钟信号clk2和clk1；tg4的两个控制端分别接时钟信号clk1和clk2。
10.根据权利要求1所述的一种自适应拓宽共模范围用于电流检测的高压斩波型运算放大器，其特征在于，所述开关电容陷波滤波器包括：nmos管mn13～mn20、电容cnf1～cnf3；所述mn13的源极、mn14的漏极和电容cnf1的plus端连接；所述mn15的源极、mn16的漏极和cnf1的minus端连接；所述mn17的源极、mn18的漏极、cnf2的plus端连接，mn19的源极、mn20的漏极、cnf2的minus端连接；所述mn13的栅极、mn15的栅极、mn18的栅极和mn20的栅极接时钟信号clk3；所述mn14的栅极、mn16的栅极、mn17的栅极、mn19的栅极接时钟信号clk4；所述mn13的漏极、mn17的漏极和开关电容陷波滤波器的同相输入端vin3连接；所述mn15的漏极、mn19的漏极和开关电容陷波滤波器的反向输入端vin4连接；所述电容cnf2的plus端、mn17的源极和mn18的漏极连接；所述电容cnf2的minus端、mn19的源极和mn20的漏极连接；所述mn14的源极、mn18的源极、电容cnf3的plus端和开关电容陷波滤波器的同相输出端vp连接；所述mn16的源极、mn20的源极、电容cnf3的minus端和开关电容陷波滤波器的反向输出端vm连接。
