專(zhuān)利名稱：斬波穩(wěn)定放大器的制作方法
斬波穩(wěn)定放大器
要求優(yōu)先權(quán)
本申請(qǐng)要求GwilymFrancisLuff于2008年6月23日提交的、題為"斬 波穩(wěn)定放大器(CHOPPER STABILIZED AMPLIFIER)"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 12/144,384、以及Gwilym Francis Luff于2008年6月11日提交的美國(guó) 臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/060,763的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)均通過(guò)引用結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
圖1A示出多路徑混合嵌入式密勒(Miller)補(bǔ)償放大器100，其在 Eschauzier等人所著的題為"具有120 dB增益和6 MHz UGF的混合嵌入式 密勒補(bǔ)償?shù)目删幊痰?.5V CMOS AB類(lèi)運(yùn)算放大器(A programmable 1.5V CMOS class-AB operational amplifier with hybrid nested Miller compensation for 120 dB gain and 6 MHz UGF) " (IEEE固態(tài)電路期刊(Solid陽(yáng)State Circuits, IEEE Journal of), 1994年12月第29巻第12期1497-1504頁(yè))的文章的圖 11中公開(kāi)。放大器IOO是多級(jí)放大器，在外部密勒補(bǔ)償環(huán)(CI)之內(nèi)結(jié)合 了內(nèi)部密勒反饋的前向嵌套(C2)和向后向嵌套(C3)兩者。C2禾nC3兩 者處于相同嵌套級(jí)，因此設(shè)計(jì)方程與在Eschauzier等人所著的題為"具有多 路徑的嵌入式密勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的lOO-MHz、 100-dB運(yùn)算放大器(A 100-MHz 100-dB operational amplifier with multipath nested Miller compensation structure)" (IEEE固態(tài)電路期刊(Solid-State Circuits, IEEE Journal of)， 1992 年12月第27巻第12期1709-1717頁(yè))的文章所公開(kāi)的單嵌入式多路徑密 勒放大器相類(lèi)似。
放大器100的問(wèn)題在于放大級(jí)Gml中的直流偏移有害地影響放大器 100的輸出。如圖1B所示，可將斬波器112和114放置于Gml的輸入端 和輸出端以減輕這樣的直流偏移。為了便于斬波，將Gml的輸出端設(shè)成差 分，給予Gm2差分輸入，且將密勒補(bǔ)償電容C1分成Cla和Clb。所得的
7圖IB的放大器101與由Huijsing所著的題為"儀表放大器進(jìn)展 (Instrumentation Amplifier Developments)" (AACD 2008會(huì)議論文105-109頁(yè)) 的文章的圖7.1所示的電路相同。參考圖1B，在Gml輸入端處的斬波器 112使輸入信號(hào)頻率上移至斬波頻率。在Gml輸出端處的斬波器114使信 號(hào)移回基帶，然而來(lái)自Gml的直流偏移和1/f噪聲仍被頻率上移至斬波頻 率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例， 一種放大器包括差分輸入端和輸出端，在
放大器差分輸入端和輸出端之間有低頻路徑和高頻路徑。低頻路徑中的斬 波器對(duì)第一放大級(jí)的差分輸入端和輸出端的差分信號(hào)在斬波頻率斬波，以
產(chǎn)生一被斬波差分信號(hào)，該被斬波差分信號(hào)中的第一放大級(jí)的直流偏移已 被頻率上移至斬波頻率。在低頻路徑中嵌入第二和第三放大級(jí)之間的連續(xù)
時(shí)間濾波器使由斬波導(dǎo)致的處于斬波頻率的斬波頻率紋波衰減。第三放大 級(jí)的輸出端直接或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的放大級(jí)連接至放大器的輸出 端°
根據(jù)一實(shí)施例，緩沖器的輸入端連接至放大器的輸出端。同時(shí)，補(bǔ)償 電容連接于第二放大級(jí)的差分輸入端之一與緩沖器的輸出端之間。此緩沖 器允許通過(guò)補(bǔ)償電容進(jìn)行反饋，但阻止斬波頻率紋波通過(guò)補(bǔ)償電容前饋到 放大器的輸出端。
根據(jù)以下陳述的詳細(xì)描述、附圖以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的更多的 和替代的實(shí)施例、另外的細(xì)節(jié)和特征、方面以及各種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)將變得 更加明顯。


圖IA示出現(xiàn)有技術(shù)的多路徑混合嵌入式密勒補(bǔ)償放大器。
圖IB示出現(xiàn)有技術(shù)的帶有斬波穩(wěn)定的多路徑混合嵌入式密勒補(bǔ)償放大器。
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的斬波穩(wěn)定放大器。圖2B示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的斬波穩(wěn)定放大器。
圖2C示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的斬波穩(wěn)定放大器。 圖2D示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的斬波穩(wěn)定放大器。 圖3A示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例如何在圖2A-2D的放大器的放大級(jí) Gm2和Gm3之間實(shí)現(xiàn)圖2A-2D中的濾波器。圖3B示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施 例在圖2A-2D的放大器的放大級(jí)Gm2和Gm3之間實(shí)現(xiàn)圖2A-2D中的濾波 器的替代方案。
圖4示出圖3A所示的陷波濾波器對(duì)于單位電流輸入的示例性頻率響應(yīng)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例如何實(shí)現(xiàn)圖2A-2C的緩沖器Al的細(xì)節(jié)。 圖6示出圖2A的放大器的示例性模擬開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)。 圖7示出用于概括本發(fā)明的實(shí)施例的方法的高級(jí)流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1B中的放大器101的問(wèn)題在于，放大級(jí)Gml的直流偏移和1/f噪 聲成分在Gml輸出端處的斬波器輸出端處表現(xiàn)為方波電流。該電流前饋至 放大器101的輸出端，并在放大器101的輸出端處表現(xiàn)為不合需要的斬波 頻率紋波。更具體地，斬波頻率紋波通過(guò)兩條路徑到輸出端。第一條路徑 是通過(guò)Gm2、 Gm3和Gm4。第二條路徑是通過(guò)Cla直接到輸出端。Gm4 的有限跨導(dǎo)允許該方波電流通過(guò)Cla而在放大器輸出端產(chǎn)生方波紋波。以 下描述的本發(fā)明的特定實(shí)施例濾去剛描述的不合需要的斬波頻率紋波。
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的斬波穩(wěn)定放大器200。放大器200包 括多個(gè)放大級(jí)，包括具有差分輸入和互補(bǔ)差分輸出的輸入放大級(jí)Gml、中 間放大級(jí)Gm2和Gm3、輸出放大級(jí)Gm4、以及另一個(gè)輸入放大級(jí)Gm5。 此外，放大器200包括在中間放大級(jí)Gm2和Gm3之間的濾波器222、緩沖 器A1、以及電容器Cla、 Clb和C3。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，陷波濾波器222是 連續(xù)時(shí)間陷波濾波器。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，濾波器222的其他細(xì)節(jié) 在下面參考圖3A、 3B和4進(jìn)行討論。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，緩 沖器Al的其他細(xì)節(jié)在下面參考圖5進(jìn)行討論。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，放大級(jí)Gml、 Gm2、 Gm3、 Gm4以及Gm5中的每一個(gè)均是跨導(dǎo)放大器(TA)。 更明確地，Gml、 Gm2、 Gm3、 Gm4以及Gm5中的每一個(gè)均可以是運(yùn)算跨 導(dǎo)放大器(OTA)。
仍然參考圖2A，放大器200還包括在輸入放大級(jí)Gml的差分輸入端 處的輸入斬波器212，和在輸入放大級(jí)Gml的互補(bǔ)差分輸出端處的輸出斬 波器214。該輸入斬波器212使輸入信號(hào)(在放大器200的差分輸入端處接 收到的)頻率上移至斬波頻率。輸出斬波器214使信號(hào)偏移回基帶。此外， 斬波器212和214使輸入放大級(jí)Gml的直流偏移和1/f噪聲成分頻率移至 斬波頻率(例如，100KHz)附近。在兩個(gè)斬波器212和214之間，所需要 的信號(hào)在包圍斬波頻率和它的諧波的小頻帶中。輸出斬波器214應(yīng)使所有 直流偏移和1/f噪聲頻率平移。此外，提供給斬波器212和214的驅(qū)動(dòng)信號(hào)
應(yīng)具有精確的對(duì)稱性。
頻移的DC偏移和1/f噪音成分在輸出斬波器214的輸出端處表現(xiàn)為方 波電流，在到中間級(jí)Gm2的輸入端處也如此。包括斬波頻率紋波的該電流 到放大器200的輸出端有兩個(gè)可能的前向路徑，包括通過(guò)電容Cla的第一 路徑，以及通過(guò)中間放大級(jí)Gm2和Gm3的第二路徑。這樣的斬波頻率紋 波也可以稱為斬波頻率處的"偽象"或"偽信號(hào)"，或稱為斬波器頻率紋波。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)電容Cla的第一路徑被緩沖器Al切 斷，從而阻止斬波頻率紋波前饋到放大器200的輸出端。換言之，緩沖器 Al吸收通過(guò)電容Cla的誤差電流(在斬波頻率處)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例，緩沖器A1是單位增益軌對(duì)軌緩沖器，其能產(chǎn)生在高和低電壓軌的幾 毫伏內(nèi)的輸出。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的緩沖器Al的示例性細(xì)節(jié)在圖6 中提供。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，嵌入于中間放大級(jí)Gm2和Gm3之間的濾 波器222是斬波頻率紋波顯著地衰減(優(yōu)選至微伏級(jí))，而不干擾放大器 200的全環(huán)增益和相位特性。使斬波頻率紋波顯著衰減也可以稱為"濾去" 斬波頻率紋波。
放大級(jí)Gml、 Gm2、 Gm3和Gm4 —起提供可以稱為四級(jí)低頻路徑或 簡(jiǎn)單地稱為低頻路徑的路徑。放大級(jí)Gm5和Gm4 —起提供可以稱為兩級(jí)高頻路徑或簡(jiǎn)單地稱為高頻路徑的路徑。兩級(jí)高頻路徑相對(duì)于四級(jí)低頻路
徑具有相對(duì)高的帶寬。例如，兩級(jí)高頻路徑可具有500KHz帶寬，四級(jí)低 頻路徑可具有5KHz帶寬。四級(jí)低頻路徑在交叉頻率處優(yōu)先于兩級(jí)高頻路 徑。更明確地，兩級(jí)高頻路徑處理高于交叉頻率的頻率，而四級(jí)低頻路徑 處理低于交叉頻率的頻率。
圖2A還示出了時(shí)鐘發(fā)生器和驅(qū)動(dòng)器模塊216，其也可以稱為時(shí)鐘源。 時(shí)鐘源可以在放大器200的內(nèi)部或外部。時(shí)鐘發(fā)生器可以例如由一個(gè)RC 振蕩器實(shí)現(xiàn)。例如，斬波時(shí)鐘可由200KHz的RC振蕩器生成，然后被二分 頻以提供lOOKHz的斬波頻率。斬波器212和214內(nèi)的斬波開(kāi)關(guān)可由轉(zhuǎn)換 速率受控的不重疊時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)一一一個(gè)電平升至全電源范圍甩于輸 入斬波器212，而另一電平處于低Vdd用于輸出斬波器214d。這些僅是一 些示例，而非限制性的。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，中間放大級(jí)Gm2和Gm3的跨導(dǎo)(Gm)是輸入 放大級(jí)Gml和輸入放大級(jí)Gm5的跨導(dǎo)的約百分之一。這使內(nèi)部積分器 (C2/Gm2和C3/Gm3)的時(shí)間常數(shù)增加，因此它們?cè)跀夭l率處提供較大 衰減。中間放大級(jí)Gm2和Gm3的低Gm也減少中間放大級(jí)Gm2和Gm3 的電流消耗。因?yàn)橹虚g放大級(jí)Gm3被輸入放大級(jí)Gm5的更大的輸出電導(dǎo) 負(fù)載，所以它的開(kāi)環(huán)電壓增益被降低。然而，此增益不足能夠被中間放大 級(jí)Gm2的電壓增益彌補(bǔ)。
圖2A示出可被稱為四級(jí)多路徑放大器的放大器，因?yàn)檠貜妮斎攵说捷?出端的最長(zhǎng)路徑有四個(gè)Gm級(jí)(也就是，四個(gè)跨導(dǎo)級(jí))。圖2B示出根據(jù)本 發(fā)明一實(shí)施例的三級(jí)多路徑放大器200，，其沿從輸入端到輸出端的最長(zhǎng)路 徑包括三個(gè)Gm級(jí)。在圖2B中，在高頻路徑中的唯一放大級(jí)是Gm5。因 此，在圖2B中，Gm5對(duì)高頻路徑既是輸入端也是輸出端。進(jìn)一步地，在 圖2B中，放大級(jí)Gm3對(duì)低頻路徑是輸出放大級(jí)。圖2C示出根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的五級(jí)多路徑放大器200"，其沿從輸入端到輸出端的最長(zhǎng)路徑包 括五個(gè)Gm級(jí)。正如根據(jù)這些附圖能夠理解的，在需要時(shí)可增加額外的Gm 級(jí)，這樣仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖2D示出圖2A中的緩沖器A1可以被 短路代替。雖然圖2D所示的電路沒(méi)有提供如圖2A的電路同樣多的斬波頻率濾去，但濾波器222本身仍將提供明顯的好處。同樣，在圖2B和2C中， 緩沖器Al也可被短路代替。然而，在這些電路的每一個(gè)中也使用緩沖器 Al是有好處的，以最大化斬波頻率紋波的衰減。除非另作說(shuō)明，圖2A-2D 中的放大器將共同稱為放大器200。進(jìn)一步地，除非另作說(shuō)明，放大器200 將被認(rèn)為既包括濾波器222又包括緩沖器Al。
圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如何將放大器200的濾波器222 實(shí)現(xiàn)為放大級(jí)Gm2和Gm3之間的前向路徑中的陷波濾波器。更明確地， 圖3A示出如何將濾波器222實(shí)現(xiàn)為包括一對(duì)電阻器R、 一對(duì)電容器C/4、 電阻器R/2以及電容器C/2的雙T陷波濾波器。雙T濾波器的陷波頻率是 這些龜阻器和電容器的值的一個(gè)函數(shù)。橫跨雙T輸出端子偽差分地取輸出 以維持陷波的衰減。當(dāng)由一個(gè)電流源供給時(shí)，帶有開(kāi)路負(fù)載的雙T陷波濾 波器網(wǎng)絡(luò)在低于陷波頻率時(shí)擔(dān)當(dāng)積分器，在高于陷波頻率時(shí)擔(dān)當(dāng)電阻。因 此，接收中間放大級(jí)Gm2的電流輸出的雙T陷波濾波器在低于陷波頻率的 頻率時(shí)擔(dān)當(dāng)積分器，例如如圖4的示例性頻率響應(yīng)曲線所示。仍然參考圖 3A，雙T陷波濾波器的"公共端子"處的電流回流到中間放大級(jí)Gm2的反相 輸入端，以提供在中間放大級(jí)Gm2的輸入端和輸出端處分極的密勒反饋路 徑。更進(jìn)一步地，通過(guò)將雙T陷波濾波器回返到電容Clb，提供了更高頻 率時(shí)的消聲信號(hào)回返。
如上所述，雙T陷波濾波器的陷波頻率是電阻器和電容器的值的函數(shù)。 還如上所述，提供時(shí)鐘信號(hào)給斬波器的時(shí)鐘發(fā)生器可由RC振蕩器構(gòu)成， 在這種情況下，時(shí)鐘信號(hào)的頻率也是電阻器和電容器的值的函數(shù)。在這兩 種情形中，由于工藝變化，電阻器和電容器的值也會(huì)不同。因此，如果放 大器200包括時(shí)鐘源，可將電路設(shè)計(jì)成使斬波時(shí)鐘頻率和雙T陷波頻率能 追蹤工藝和溫度變化。在使用了外部提供的時(shí)鐘的應(yīng)用中，允許調(diào)節(jié)雙T 陷波濾波器(和/或外部時(shí)鐘源)中的電阻器和/或電容器的值會(huì)是有用的， 因此陷波頻率可以與時(shí)鐘頻率匹配。
需要注意的是，可選的三個(gè)終端濾波器能用于代替圖3A中的雙T陷 波濾波器，其中這些濾波器的"共同端子"處的電流被提供給中間放大級(jí) Gm2的反相輸入端以及放大級(jí)Gm3的反相輸入端。因此，這些替代濾波器的使用也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這樣的替代濾波器可以是陷波濾波器或可
以是低通濾波器，其示例在圖3B中示出。圖3B所示的三端低通濾波器包
括兩個(gè)電阻器和三個(gè)電容器。還可使用替代的低通濾波器。例如如果斬波 頻率沒(méi)有被很好控制而"漂移"在窄陷波界限之外，則低通濾波器是有用 的。然而，低通濾波器將提供較少的斬波頻率衰減。因此，如果斬波頻率 被很好控制，則使用陷波濾波器會(huì)是有益的。
根據(jù)特定實(shí)施例，圖3A的雙T陷波濾波器、圖3B的三端低通濾波器、 或替代的三端濾波器是連續(xù)時(shí)間濾波器比較有利，因?yàn)檫B續(xù)時(shí)間濾波器不 需要帶有臨界定時(shí)要求的復(fù)雜時(shí)鐘策略。更進(jìn)一步地，因?yàn)檫B續(xù)時(shí)間濾波 器的輸出端處沒(méi)有開(kāi)關(guān)元件，從濾波器到放大器200的輸出端不存在時(shí)鐘 頻率干擾的路徑。
仍然參考圖3A，可標(biāo)識(shí)"偏移校正"電壓Vf，其是雙T濾波器輸出端 的電壓。為保持平衡該電壓對(duì)沖輸入放大級(jí)Gm5的輸入偏移電壓，其中 Vf= (Gm5/Gm3) *Vos5， Vos5是輸入放大級(jí)Gm5的輸入偏移電壓。
轉(zhuǎn)回圖2A，為進(jìn)一步解釋放大器200的操作，在頻率上解釋該電路的 不同部分的功能是有用的。在設(shè)計(jì)中有三個(gè)關(guān)鍵頻率，包括單位增益帶寬 (UGBW)、斬波頻率以及交叉頻率。UGBW由輸入放大級(jí)Gm5和外密勒 電容C3設(shè)置。例如，UGBW可被設(shè)置為500KHz。斬波頻率由控制斬波器 212和214的斬波開(kāi)關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可將斬波頻率設(shè) 置得足夠低以最小化由于電荷注入導(dǎo)致的直流誤差，但盡可能高以抑制紋 波。例如，如果UGBW是500KHz，那么斬波頻率可以是100KHz，其低于 UGBW，但高于0至10KHz的有用信號(hào)帶寬。如上所述，交叉頻率是一頻 率，當(dāng)?shù)陀谠擃l率時(shí)低頻路徑(包括放大級(jí)Gml、 Gm2、 Gm3和Gm4)優(yōu) 先于高頻路徑(包括放大級(jí)Gm5和Gm4)。圖2A中的交叉頻率由Gm2/Cf 和Gm3/C3的比率設(shè)定，其中Cf是濾波器222的全部電容。例如，交叉頻 率可被設(shè)為5KHz，以提供良好的斬波頻率紋波衰減。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，低 頻路徑提供對(duì)微伏直流準(zhǔn)確性有益的大于150dB的低頻增益，高頻路徑提 供500KHz單位增益帶寬和高于交叉頻率的所有增益。替代的UGBW、替 代的斬波和交叉頻率、以及替代的增益的使用均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，緩沖器Al是軌對(duì)軌單位增益電壓緩沖器，其吸收通
過(guò)電容器Cla的誤差電流(在斬波頻率處)。更明確地，緩沖器Al使放 大器200的輸出與外部密勒電容Cla隔離，以阻止輸入放大級(jí)Gml的斬波 頻率紋波通過(guò)電容Cla器反饋到放大器200的輸出端。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如何將圖2A-2C中的緩沖器Al實(shí) 現(xiàn)為低偏移軌對(duì)軌單位增益電壓緩沖器。圖5中所示的緩沖器Al電路的有 用特性在于，輸入電平移位器件M7和M11是二極管連接的器件，而不是 源極跟隨器。這降低了偏移電壓，因?yàn)镹FETM7和M6的Vgs追蹤，PFET Mil和M12的Vgs亦然。在圖5的電路中，M7和Mil的偏置電流從緩沖 器A1的輸入端被引出。當(dāng)用于放大器200時(shí)，此點(diǎn)(也就是，緩沖器A1 輸入端)由放大器200的輸出放大級(jí)Gm4饋電，其可提供和接收此電流。 圖5中所示的緩沖器Al電路的另一有用特性在于，公共柵器件TP650和 TN650擴(kuò)大輸出電壓擺動(dòng)。如通常的互補(bǔ)跟隨器所常見(jiàn)，當(dāng)輸入接近正軌 時(shí)，電流源TP651超出凈空并且器件M7和M6變得無(wú)效。在此電路中， 當(dāng)M7和M8的柵電壓接近電源值時(shí)，公共柵器件TP650導(dǎo)通，從而將偏 置電流提供給PMOS跟隨器M12。器件M12繼續(xù)跟隨輸入電壓直到電流源 TP651衰竭。當(dāng)輸入接近負(fù)軌時(shí)TN650產(chǎn)生相似的效果。M7和M11的偏 置電流成為供電電壓附近的上拉和下拉電流，因此偏置電流是重要的。根 據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電平移動(dòng)器偏置電流等于輸出跟隨器偏置電流。當(dāng)此電路 作為AB類(lèi)互補(bǔ)跟隨器時(shí)，它具有在中間范圍的高電流驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)電壓 接近供電軌時(shí)，該電路作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源跟隨器，具有受偏置電流限制的驅(qū) 動(dòng)能力。
緩沖器Al的替代電路的使用也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。更進(jìn)一步地，當(dāng) 緩沖器A1被描述為具有單位增益時(shí)，在替代實(shí)施例中，緩沖器A1可具有 非單位增益，并仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖6示出圖2A的放大器200的示例性模擬開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)。更明確地， 圖6示出放大器200的6dB/倍頻程頻率響應(yīng)和90度相移沒(méi)有改變。
雖然在許多不同應(yīng)用中有用，但放大器200在精確的模擬信號(hào)處理、 電池管理、溫度感測(cè)、應(yīng)變感測(cè)(例如，用于數(shù)字范圍)中特別有用，但
14不限于此。放大器200能夠用作運(yùn)算放大器或者儀器放大器，但不限于此。
通過(guò)給決定電路的輸入偏移和輸入偏移漂移性能的輸入放大級(jí)Gml 提供斬波穩(wěn)定，放大器200提供出色的直流性能。斬波穩(wěn)定在電路內(nèi)生成 位于斬波頻率的斬波器頻率紋波(也稱為斬波頻率紋波)，其被濾波器222 和緩沖器Al過(guò)濾出以不干擾放大器200的幅度和相位響應(yīng)的方式濾去。因 此，放大器200提供高準(zhǔn)確度，仍以與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相似的方式運(yùn)行， 所以當(dāng)將放大器200作為運(yùn)算放大器使用時(shí)，終端用戶不必使用非傳統(tǒng)設(shè) 計(jì)技術(shù)和/或額外的電路系統(tǒng)。
圖7的高級(jí)流程圖用于概括本發(fā)明的實(shí)施例的方法，其可以應(yīng)用于具 有差分輸入端、輸出端以及從差分輸入端到輸出端的低頻路徑和高頻路徑 的放大器。參考圖7，在步驟702，在斬波頻率對(duì)(低頻路徑的)放大級(jí)的 差分輸入端和輸出端處的差分信號(hào)進(jìn)行斬波，從而產(chǎn)生被斬波的差分信號(hào)， 其具有放大級(jí)頻率被上移至斬波頻率的直流偏移。在步驟704，在(低頻路
徑的)一對(duì)附加放大級(jí)之間執(zhí)行連續(xù)時(shí)間濾波，以使在斬波頻率斬波所得 的斬波頻率紋波衰減。如上所說(shuō)明地，可通過(guò)連續(xù)時(shí)間陷波濾波器或替代 的連續(xù)時(shí)間低通濾波器實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間濾波。仍參考圖7，如步驟706所指明 地，允許通過(guò)一個(gè)補(bǔ)償電容(例如，Cla)的反饋(對(duì)于低頻路徑)，同時(shí) 阻止斬波頻率紋波通過(guò)補(bǔ)償電容(例如，Cla)前饋。如上所說(shuō)明的，可使 用緩沖器(例如，Al)來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟706。根據(jù)上述放大器200的描述，將 可理解本發(fā)明的實(shí)施例的方法的其它細(xì)節(jié)。
以上已經(jīng)借助于說(shuō)明具體功能的性能及其關(guān)系的功能建立模塊對(duì)本發(fā) 明的實(shí)施例進(jìn)行了描述。為了描述方便起見(jiàn)，在此常常任意地定義這些功 能建立模塊的邊界。只要正確地實(shí)現(xiàn)具體的功能及其關(guān)系，即可限定替代 的邊界。因此任何這樣替代的邊界都在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
以上描述是本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。這些實(shí)施例為了說(shuō)明和描述的 目的而提供，但不旨在窮舉本發(fā)明或?qū)⑵湎拗朴谒_(kāi)的精確形式。眾多 修改和變化對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，而且在本發(fā)明的范 圍內(nèi)。
為了最好地描述本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用，選擇并描述了實(shí)施例，從而使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明。旨在通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)及 其等價(jià)物限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括反相輸入端、正相輸入端和輸出端，所述放大器包括第一放大級(jí)，包括差分輸入端和互補(bǔ)差分輸出端；第一斬波器，連接于所述放大器的反相和正相輸入端與所述第一放大級(jí)的差分輸入端之間；第二放大級(jí)，包括差分輸入端和輸出端；第二斬波器，連接于所述第一放大級(jí)的互補(bǔ)差分輸出端與所述第二放大級(jí)的差分輸入端之間；第三放大級(jí)，包括差分輸入端和輸出端；以及連續(xù)時(shí)間濾波器，其被配置成使所述第一和第二斬波器產(chǎn)生的斬波頻率紋波衰減；其中所述第三放大級(jí)的輸出端直接或通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上另外的放大級(jí)連接至所述放大器的輸出端。
2. 如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，還包括緩沖器，包括輸入端和輸出端，所述緩沖器的輸入端連接至所述放大器的 輸出端；以及補(bǔ)償電容器，連接于所述第二放大級(jí)的差分輸入端中的正相端與所述緩沖 器的輸出端之間；其中所述緩沖器允許通過(guò)所述補(bǔ)償電容器的反饋，而阻止斬波頻率紋波通 過(guò)所述補(bǔ)償電容器前饋到所述放大器的輸出端。
3. 如權(quán)利要求2所述的放大器，其特征在于，其中緩沖器是軌對(duì)軌單位 增益緩沖器。
4. 如權(quán)利要求2所述的放大器，其特征在于，還包括附加電容器，其連接于所述第二放大級(jí)的差分輸入端中的反相端與接地之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，還包括補(bǔ)償電容器，其連接于所述第二放大級(jí)的差分輸入端中的正相端與所述放大器的輸出端之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的放大器，進(jìn)一步包括附加電容器，其連接于所述第二放大級(jí)的差分輸入端中的反相端與接地之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述連續(xù)時(shí)間濾波器包括 陷波濾波器。
8. 如權(quán)利要求7所述的放大器，其特征在于，所述連續(xù)時(shí)間陷波濾波器 包括雙T陷波濾波器。
9. 如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述連續(xù)時(shí)間濾波器包括 低通濾波器。
10. 如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，還包括第四放大級(jí)，其包括差分輸入端和輸出端，所述第四放大級(jí)的差分輸入端 連接至所述放大器的反相和正相輸入端，所述第四放大級(jí)的輸出端連接至所述 第三放大級(jí)的輸出端。
11. 如權(quán)利要求IO所述的放大器，其特征在于，還包括 第五放大級(jí)，其包括輸入端和輸出端，所述第五放大級(jí)的輸入端連接到所述第三放大級(jí)的輸出端和所述第 四放大級(jí)的輸出端，以及所述第五放大級(jí)的輸出端直接或通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上附加放大級(jí)連 接到所述放大器的輸出端。
12. 如權(quán)利要求ll所述的放大器，其特征在于，還包括 后向嵌套電容器，其連接于所述第五放大級(jí)的輸入端與輸出端之間。
13. 如權(quán)利要求IO所述的放大器，其特征在于所述第一、第二和第三放大級(jí)提供從所述放大器的輸入端到輸出端的低頻 路徑的至少一部分；以及所述第四放大級(jí)提供從所述放大器的輸入端到輸出端的高頻路徑的至少 一部分。
14. 一種放大器，包括差分輸入端和輸出端，所述放大器包括 低頻路徑，其在所述放大器的差分輸入端與輸出端之間；高頻路徑，其在所述放大器的差分輸入端與輸出端之間； 所述低頻路徑包括多個(gè)放大級(jí)；在所述低頻路徑內(nèi)的斬波器，其對(duì)所述低頻路徑中的所述放大器的差分輸 入端和輸出端處的差分信號(hào)在斬波頻率斬波，以產(chǎn)生一被斬波差分信號(hào)，所述 被斬波差分信號(hào)中的所述放大級(jí)之一的直流偏移已被頻率上移至所述斬波頻 率；以及在所述低頻路徑內(nèi)的所述斬波器之后的連續(xù)時(shí)間濾波器，用來(lái)使在所述斬 波頻率處斬波而導(dǎo)致的斬波頻率紋波衰減。
15. 如權(quán)利要求14所述的放大器，其特征在于，還包括緩沖器，包括輸入端和輸出端，所述緩沖器的輸入端連接至所述放大器的 輸出端；以及補(bǔ)償電容器，其連接于緩沖器輸出端與所述低頻路徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間；其中所述緩沖器允許通過(guò)所述補(bǔ)償電容器的反饋，而阻止斬波頻率紋波通 過(guò)所述補(bǔ)償電容器前饋到所述放大器的輸出端。
16. —種用于放大器的方法，包括對(duì)放大級(jí)的差分輸入端和輸出端處的差分信號(hào)在斬波頻率斬波，以產(chǎn)生一 被斬波差分信號(hào)，所述被斬波差分信號(hào)中的所述放大級(jí)的直流偏移已被頻率上移至所述斬波頻率；以及在一對(duì)附加放大級(jí)之間執(zhí)行連續(xù)時(shí)間濾波，以使在斬波頻率處斬波而導(dǎo)致 的斬波頻率紋波衰減。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括允許通過(guò)補(bǔ)償電容器的反饋，而阻止所述斬波頻率紋波通過(guò)所述補(bǔ)償電容 器前饋。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，使用緩沖器以允許通過(guò)所 述補(bǔ)償電容器的反饋，而阻止斬波頻率紋波通過(guò)所述補(bǔ)償電容器前饋。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述放大器包括差分輸入 端、輸出端以及從所述差分輸入端到所述輸出端的低頻路徑和高頻路徑，其中 在所述斬波頻率處的所述斬波在低頻路徑中進(jìn)行。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括允許通過(guò)補(bǔ)償電容器對(duì)所述低頻路徑的反饋，而阻止斬波頻率紋波通過(guò)所 述補(bǔ)償電容器前饋到所述放大器的輸出端。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，使用緩沖器以允許通過(guò)所 述補(bǔ)償電容器的反饋，而阻止斬波頻率紋波通過(guò)所述補(bǔ)償電容器前饋到所述放 大器的輸出端。
22. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)時(shí)間濾波利用連 續(xù)時(shí)間陷波濾波器或連續(xù)時(shí)間低通濾波器實(shí)現(xiàn)。
23. —種放大器，包括差分輸入端和輸出端，所述放大器包括 低頻路徑，其在所述放大器差分輸入端與輸出端之間； 高頻路徑，其在所述放大器差分輸入端與輸出端之間；所述低頻路徑包括多個(gè)放大級(jí)；在所述低頻路徑內(nèi)的斬波器，其對(duì)所述低頻路徑的放大器之一的差分輸入 端和輸出端處的差分信號(hào)在斬波頻率斬波，以產(chǎn)生一被斬波差分信號(hào)，所述被 斬波差分信號(hào)的所述放大級(jí)之一的直流偏移已被頻率上移至所述斬波頻率；在所述低頻路徑內(nèi)的在所述斬波器之后的濾波器，用來(lái)使在斬波頻率處斬 波而導(dǎo)致的斬波頻率紋波衰減；緩沖器，其包括輸入端和輸出端，所述緩沖器的輸入端連接至所述放大器 的輸出端；以及補(bǔ)償電容器，連接于所述緩沖器的輸出端與所述低頻路徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間； 其中所述緩沖器允許通過(guò)所述補(bǔ)償電容的反饋，而阻止斬波頻率紋波通過(guò) 所述補(bǔ)償電容器前饋至所述放大器的輸出端。
24. 如權(quán)利要求23所述的放大器，其特征在于，所述濾波器包括連續(xù)時(shí) 間陷波濾波器或連續(xù)時(shí)間低通濾波器。
25. 如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述連續(xù)時(shí)間濾波器包括 三端連續(xù)時(shí)間濾波器，其包括第一端，其連接至所述第二放大級(jí)的輸出端；第二端，其連接至所述第三放大級(jí)的差分輸入端中的正相端；以及 第三端，其連接至所述第二放大級(jí)的差分輸入端中的反相端和所述第三放 大級(jí)的差分輸入端中的反相端；其中所述第三放大級(jí)的輸出端直接或通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上附加放大級(jí)連 接至所述放大器的輸出端。
26. 如權(quán)利要求25所述的放大器，其特征在于，所述三端連續(xù)時(shí)間濾波 器包括陷波濾波器。
27. 如權(quán)利要求26所述的放大器，其特征在于，所述三端連續(xù)時(shí)間濾波 器包括雙T陷波濾波器。
28. 如權(quán)利要求25所述的放大器，其特征在于，所述三端連續(xù)時(shí)間濾波 器包括低通濾波器。
全文摘要
一種斬波器穩(wěn)定放大器具有差分輸入端、輸出端以及從差分輸入端到輸出端的低頻路徑和高頻路徑。對(duì)低頻路徑的放大級(jí)的差分輸入端和輸出端處的信號(hào)在斬波頻率斬波，以產(chǎn)生被斬波差分信號(hào)，該被斬波差分信號(hào)中的放大級(jí)的直流偏移已被頻率上移至斬波頻率。嵌入另外的一對(duì)放大級(jí)之間的連續(xù)時(shí)間濾波器用來(lái)使在斬波頻率處斬波而導(dǎo)致的斬波頻率紋波衰減。此外，緩沖器用來(lái)允許通過(guò)補(bǔ)償電容器對(duì)低頻路徑的反饋，而阻止斬波頻率紋波動(dòng)通過(guò)補(bǔ)償電容器前饋到放大器的輸出端。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101621281SQ20091016394
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
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