运算放大器增益隆起补偿的方法、系统、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及量子计算领域，更具体地，特别是指一种运算放大器增益隆起补偿的方法、系统、设备和存储介质。

背景技术

随着频率的上升，运算放大器的开环增益总是下降的。但是，闭环增益，有时候却随着频率的上升，出现了比低频增益还大的现象。图1为AD8628闭环增益与频率特性曲线示意图，如图1所示，当AD8628运算放大器的闭环增益Av＝1时，频率超越1M左右后，其闭环增益在不断变大，产生一个凸起，这就是增益隆起。当运算放大器作为比例跟随器时，其闭环增益大小随着频率变化而变化，当频率达到一定上限时，其增益大小异常变大，在有效带宽范围内会造成极大的增益误差，在量子测控板卡设计过程中，这个问题是无法接受的。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种运算放大器增益隆起补偿的方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，本发明根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围，当运算放大器的实际频率在增益隆起的范围内，根据增益隆起的大小对增益进行补偿。

基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种运算放大器增益隆起补偿的方法，包括如下步骤：根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围；响应于确定所述运算放大器的实际频率，判断所述实际频率是否在所述增益隆起的临界参数内；响应于所述实际频率在所述增益隆起的临界参数内，根据所述实际频率计算出增益隆起的大小；以及根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小。

在一些实施方式中，所述根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围的步骤包括：根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段。

在一些实施方式中，所述根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段的步骤包括：根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点；根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点。

在一些实施方式中，所述根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点的步骤包括：根据运算放大器的闭环增益的预设数值确定开环增益的第二数值，并在所述特性曲线上确定开环增益为所述第二数值对应的频率和相移。

在一些实施方式中，所述根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点的步骤包括：根据增益隆起的大小为一确定临界点的开环增益；在所述曲线图上设置所述临界点的开环增益对应的直线，并确定所述直线与所述曲线的交点；分别计算每个交点左右两端的增益隆起；响应于交点左端的增益隆起大于一且交点右端的增益隆起小于一或者交点左端的增益隆起小于一且交点右端的增益隆起大于一，将所述交点设置为待定交点；结合所述曲线图中开环增益的走势在所述待定交点中选择无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点。

在一些实施方式中，所述方法还包括：响应于所述运算放大器的实际频率小于或等于截止频率，进行增益补偿；响应于所述运算放大器的实际频率大于截止频率，进行告警提醒。

在一些实施方式中，所述根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小的步骤包括：通过仿真软件进行增益补偿或者通过调整运算放大器的电阻进行增益补偿。

本发明实施例的另一方面，提供了一种运算放大器增益隆起补偿的系统，包括：参数模块，用于根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围；判断模块，用于响应于确定所述运算放大器的实际频率，判断所述实际频率是否在所述增益隆起的临界参数内；计算模块，用于响应于所述实际频率在所述增益隆起的临界参数内，根据所述实际频率计算出增益隆起的大小；补偿模块，用于根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小。

本发明实施例的又一方面，还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现如上方法的步骤。

本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。

本发明具有以下有益技术效果：根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围，当运算放大器的实际频率在增益隆起的范围内，根据增益隆起的大小对增益进行补偿。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为AD8628闭环增益与频率特性曲线示意图；

图2为本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的方法的实施例的示意图；

图3为运算放大器组成的放大电路负反馈框图；

图4为AD8628开环增益、相位与频率特性曲线示意图；

图5为本发明提供的闭环增益大小补偿功能框图；

图6为本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的方法的整体流程图；

图7为本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的系统的实施例的示意图；

图8为本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的电子设备的实施例的硬件结构示意图；

图9为本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的计算机存储介质的实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明实施例的第一个方面，提出了一种运算放大器增益隆起补偿的方法的实施例。图2示出的是本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的方法的实施例的示意图。如图2所示，本发明实施例包括如下步骤：

S1、根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围；

S2、响应于确定所述运算放大器的实际频率，判断所述实际频率是否在所述增益隆起的临界参数内；

S3、响应于所述实际频率在所述增益隆起的临界参数内，根据所述实际频率计算出增益隆起的大小；以及

S4、根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小。

在量子计算测控系统中，相干时间内，通过QND(量子非破坏性测量)方式获取量子比特状态，FPGA基于ADC采集的数据进行判决并反馈，并基于反馈信息通过AWG再次产生操控信号，这是实现QEC的需求。因为量子相干时间很短，因此基于量子反馈的QEC需要快速的硬件判决和反馈能力，涵盖了上下变频、数据采集、数据运算和判决以及波形发生等处理过程，这一过程需在约几百纳秒(具体取决于数据处理的复杂度、可选波形数量、通道数等)内处理完毕，依赖于FPGA的强大硬件处理能力。在量子测控系统中，基于ADC的输入前端，DAC的输出后端均有大量的模拟处理电路，用于调理输入和输出。其中运算放大器作为处理模拟信号增益的关键器件，常常用于前后端电路中。在电子工程中，运算放大器(OperationalAmplifier，简称op-amp)是一种常用的集成电路，可以对信号进行放大、滤波、求反相、求同相等操作。运算放大器的增益隆起是指在限定频率范围内，运算放大器的放大倍数随着频率的逐渐升高而逐渐增大的一种现象，也称为运算放大器的频率响应。当应用中的输入信号频率低于增益隆起频率时，运算放大器具有很高的增益；但是，当输入信号频率高于增益隆起频率时，运算放大器输出的增益会逐渐降低。因此，在使用运算放大器时，必须理解它的增益特性，以便在合适的频率范围内保持恰当的增益。

图3为运算放大器组成的放大电路负反馈框图，如图3所示，设置衰减系数

当衰减系数为1，反馈系数为1，即运放设计为电压跟随器时，可得如下公式1：

开环增益

由上述公式1和公式2可得，增益隆起两个因素在于某个频率下，

图4为AD8628开环增益、相位与频率特性曲线示意图，根据特性曲线结合公式1判断出会发生增益隆起的情况。

在2.5M处，

因此2.5MHz处一定会出现增益隆起。

图5为本发明提供的闭环增益大小补偿功能框图，如图5所示，根据相关运放的开环增益，相位和频率的特性曲线计算出，增益隆起的临界参数和增益隆起的变化大小，根据相关的参数，基于软件补偿增益。

以前面提到的2.5M为例，根据特性曲线(转换为开环增益、相位与频率关系表)，在2.5M处，

在一些实施方式中，所述根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围的步骤包括：根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段。

可以进一步推导出闭环增益-3dB的有效带宽截止频率，由此在工作频率段分为三部分：无需调整频率段，增益隆起补偿段，有效带宽段。

在一些实施方式中，所述根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段的步骤包括：根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点；根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点。

在一些实施方式中，所述根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点的步骤包括：根据运算放大器的闭环增益的预设数值确定开环增益的第二数值，并在所述特性曲线上确定开环增益为所述第二数值对应的频率和相移。

在一些实施方式中，所述根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点的步骤包括：根据增益隆起的大小为一确定临界点的开环增益；在所述曲线图上设置所述临界点的开环增益对应的直线，并确定所述直线与所述曲线的交点；分别计算每个交点左右两端的增益隆起；响应于交点左端的增益隆起大于一且交点右端的增益隆起小于一或者交点左端的增益隆起小于一且交点右端的增益隆起大于一，将所述交点设置为待定交点；结合所述曲线图中开环增益的走势在所述待定交点中选择无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点。

以AD8628为例，假设无需调整频率的点为Ft，根据图4所示，10K-Ft频率段的相移为-90°左右，根据图1和公式2可得到此区间无增益隆起现象，无需调整。经过测试和计算可得Ft大小600Khz左右。由图4可知，600K时，开环增益约13.3dB，相移-105°，根据公式1可得：

即，此点为无需调整频率的点为Ft＝600KHz。

推算其有效带宽，即

即，此点为有效带宽截止频率的点为4Mhz。

在一些实施方式中，所述方法还包括：响应于所述运算放大器的实际频率小于或等于截止频率，进行增益补偿；响应于所述运算放大器的实际频率大于截止频率，进行告警提醒。

图6为本发明提供的运算放大器增益隆起补偿的方法的整体流程图，如图6所示，在有效带宽内，完成增益补偿，在有效带宽外，进行告警提醒。

在一些实施方式中，所述根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小的步骤包括：通过仿真软件进行增益补偿或者通过调整运算放大器的电阻进行增益补偿。

需要特别指出的是，上述运算放大器增益隆起补偿的方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于运算放大器增益隆起补偿的方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。

基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种运算放大器增益隆起补偿的系统。如图7所示，系统200包括如下模块：参数模块，用于根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围；判断模块，用于响应于确定所述运算放大器的实际频率，判断所述实际频率是否在所述增益隆起的临界参数内；计算模块，用于响应于所述实际频率在所述增益隆起的临界参数内，根据所述实际频率计算出增益隆起的大小；补偿模块，用于根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小。

在一些实施方式中，所述参数模块用于：根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段。

在一些实施方式中，所述参数模块用于：根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点；根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点。

在一些实施方式中，所述参数模块用于：根据运算放大器的闭环增益的预设数值确定开环增益的第二数值，并在所述特性曲线上确定开环增益为所述第二数值对应的频率和相移。

在一些实施方式中，所述参数模块用于：根据增益隆起的大小为一确定临界点的开环增益；在所述曲线图上设置所述临界点的开环增益对应的直线，并确定所述直线与所述曲线的交点；分别计算每个交点左右两端的增益隆起；响应于交点左端的增益隆起大于一且交点右端的增益隆起小于一或者交点左端的增益隆起小于一且交点右端的增益隆起大于一，将所述交点设置为待定交点；结合所述曲线图中开环增益的走势在所述待定交点中选择无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点。

在一些实施方式中，所述系统还包括执行模块，所述执行模块用于：响应于所述运算放大器的实际频率小于或等于截止频率，进行增益补偿；响应于所述运算放大器的实际频率大于截止频率，进行告警提醒。

在一些实施方式中，所述补偿模块用于：通过仿真软件进行增益补偿或者通过调整运算放大器的电阻进行增益补偿。

基于上述目的，本发明实施例的第三个方面，提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：S1、根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围；S2、响应于确定所述运算放大器的实际频率，判断所述实际频率是否在所述增益隆起的临界参数内；S3、响应于所述实际频率在所述增益隆起的临界参数内，根据所述实际频率计算出增益隆起的大小；以及S4、根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小。

在一些实施方式中，所述根据运算放大器的开环增益、相位和频率的特性曲线确定增益隆起的临界参数和增益隆起的变化范围的步骤包括：根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段。

在一些实施方式中，所述根据运算放大器的开环增益将工作频率段分为无需调整频率段、增益隆起补偿段和有效带宽段的步骤包括：根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点；根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点。

在一些实施方式中，所述根据增益隆起的大小为第二数值确定增益有效带宽段的截止频率点的步骤包括：根据运算放大器的闭环增益的预设数值确定开环增益的第二数值，并在所述特性曲线上确定开环增益为所述第二数值对应的频率和相移。

在一些实施方式中，所述根据增益隆起的大小为第一数值确定无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点的步骤包括：根据增益隆起的大小为一确定临界点的开环增益；在所述曲线图上设置所述临界点的开环增益对应的直线，并确定所述直线与所述曲线的交点；分别计算每个交点左右两端的增益隆起；响应于交点左端的增益隆起大于一且交点右端的增益隆起小于一或者交点左端的增益隆起小于一且交点右端的增益隆起大于一，将所述交点设置为待定交点；结合所述曲线图中开环增益的走势在所述待定交点中选择无需调整频率段和增益隆起补偿段的临界点。

在一些实施方式中，所述步骤还包括：响应于所述运算放大器的实际频率小于或等于截止频率，进行增益补偿；响应于所述运算放大器的实际频率大于截止频率，进行告警提醒。

在一些实施方式中，所述根据所述增益隆起的大小补偿实际的增益大小的步骤包括：通过仿真软件进行增益补偿或者通过调整运算放大器的电阻进行增益补偿。

如图8所示，为本发明提供的上述运算放大器增益隆起补偿的电子设备的一个实施例的硬件结构示意图。

以如图8所示的装置为例，在该装置中包括一个处理器301以及一个存储器302。

处理器301和存储器302可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

存储器302作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的运算放大器增益隆起补偿的方法对应的程序指令/模块。处理器301通过运行存储在存储器302中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现运算放大器增益隆起补偿的方法。

存储器302可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据运算放大器增益隆起补偿的方法的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器302可选包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个运算放大器增益隆起补偿的方法对应的计算机指令303存储在存储器302中，当被处理器301执行时，执行上述任意方法实施例中的运算放大器增益隆起补偿的方法。

执行上述运算放大器增益隆起补偿的方法的电子设备的任何一个实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时执行运算放大器增益隆起补偿的方法的计算机程序。

如图9所示，为本发明提供的上述运算放大器增益隆起补偿的计算机存储介质的一个实施例的示意图。以如图9所示的计算机存储介质为例，计算机可读存储介质401存储有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序402。

最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，运算放大器增益隆起补偿的方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。