[发明专利]具有改进的高速响应的高精度组合放大器

说明书

本发明的领域为数据采集系统的高精度放大器，更具体地说，是由两种串联连接的集成电路运算放大器组成的高精度组合放大器。

先有技术的高精度放大器是已知的。本文所用术语的高精度放大器是指其精度要求大约是0.005%。通常已知放大器可得到的精度只和该放大器的开环增益有关。在无需高速度的应用场合中，可提供足够增益的单级运算放大器是现成可购得的。然而，由于对获得高速性能的折衷，高速运放大都有较低的开环增益。在本文所用术语的高速应用场合是指要求稳定时间大约为700毫微秒（ns）的应用场合。当应用既要求高精度又要求高速度时，这意味在所要求的稳定时间（700ns）内，输出必须稳定在所要求的精度之内（0.005%）。

由于可利用的单级的增益的减小，高速运放、现有的高速高精度放大器通常包含串联连接的两个高速运放。在该结构中，组合的运放对的净增益为各增益的乘积，该乘积对高精度应用是足够的。然而，为稳定复合结构，补偿网络必不可少的。先有的补偿网络可很好地工作在低速应用中，但会引起组合放大器高速性能例如稳定时间变差。因此，先有的组合运放已能达到必要的精度，但由于所用补偿电路引起的延迟使高速性能受到限制。

按照本发明的高速、高精度组合放大器包括串联连接的第一和第二运算放大器级和与第二运算放大器连接的补偿网络。补偿网络在组合放大器的开环响应中产生一个零、一个第一极点和一个第二极点。这样构造补偿网络使补偿网络开环响应的第二极点近似等于零，从而使该第二极点与零点相互抵消。

本发明的一个主要优点是为高精度组合放大器改进了高速性能即减小了稳定时间。本发明给出的极点/零点相消简化了组合放大器的开环响应，实际上象一个较简单、较快速、单极点响应的单级放大器那样工作。结果是大大减小了组合放大器的稳定时间。

为实现本发明提出的极点/零点相消，第二运算放大器可包含第一和第二外部补偿连接点，而补偿网络可包括并联连接在第一和第二外部补偿连接点之间的电容器和电阻器。使用外部补偿的好处在于它提供对第二极点位置的较大程度的控制而对元件容差和温度变化不大敏感。

本发明主要目的是提供一种其零点位置可调整或微调以使第二极点与零点进行的所要求抵消的组合放大器。因此，该组合放大器可包括用于调整零点以使零点近似等于第二极点的可调整电路。该可调电路包含连接在第一运放输出和第二运放输入端之间的各个分压器，在该电阻分压器中至少一个电阻是可变的。

本发明的以上和其它的目的和优点通过以下描述是很清楚的。在说明书中参考附图，并以图示方式说明本发明最佳实施例。但是该实施例不代表本发明全部范围，本发明范围可参考权利要求书加以说明。

图1是用于计算机X射线断层造影（CT）扫描器的数据采集子系统的方框图，该子系统使用于本发明的高速度、高精度的组合放大器;

图2是构成图1数据采集子系统一部分的浮点放大器的方框图;

图3是构成图1数据采集子系统一部分的数据变换器的净传递函数的曲线图;

图4是先有技术反相放大器的简图;

图5是先有技术的、未补偿的组合放大器的简略图;

图6是先有技术的、已补偿组合放大器的简略图;

图7是构成图2浮点放大器一部分的反相增益为8的组合放大器的简略图;

图8是带有构成图7放大器一部分的外部补偿的运算放大器的简略图。

参考图1，计算机X射线断层造影（CT）数据采集子系统1接收多个输入信道2上每一个的模拟输入信号。输入信号调整之后（未示出），输入信道2被连接到多路传输器3，在图象处理控制器4的控制下在某一时刻选择一个输入信道2。多路传输器3的输出是对应于所选输入信道2上模拟输入信号的模拟信号。输出5作为输入连接到数据变换器6。数据变换器6将模拟输出5转换或变换为包含分别如下所述的独立的指数和小数部分7、8的浮点数据输出信号。然后以已知方式，由图象处理控制器4进行采样和处理。

在典型CT系统中，每个输入信道2是一个其自身为一来自47个不同X射线检测器（未示出）的复合多路信号，该系统共有16个这类输入信道2。多数CT系统设计和工作要求指出每个输入信道2上的所有47个检测器信号必须每一毫秒顺序采样一次，例如每1毫秒采样总计752次。由于先有放大器的速度局限，过去必须采用与复杂多路传输方案同时工作的总共12个数据变换器6，以便在要求时间内采集所有样本。