多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實(shí)施例涉及電子系統(tǒng)，更具體地涉及放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 放大器（諸如，運(yùn)算放大器或儀表放大器）可以包括自動(dòng)調(diào)零和/或斬波電路，用 于降低放大器的輸入偏移電壓。
[0003] 在一個(gè)示例中，自動(dòng)調(diào)零放大器可包括主放大器、輔助放大器和電容器，以及所述 輔助放大器可在自動(dòng)歸零階段中操作以存儲(chǔ)電容器兩端的電壓，以校正主放大器的輸入偏 移電壓。在另一示例中，斬波放大器包括可用于在輸入斬波操作期間砍斬或調(diào)節(jié)所述放大 器的輸入信號(hào)的輸入斬波開關(guān)，從而向上移動(dòng)放大器的輸入信號(hào)的頻率。此外，該斬波放 大器可包括用于過濾所述放大器的輸入偏移電壓的濾波器，其可分離于斬波輸入信號(hào)的頻 率。斬波放大器可以進(jìn)一步包括輸出斬波開關(guān)，用于在輸出斬波操作期間解調(diào)或向下偏移 所述斬波輸入信號(hào)的頻率。
[0004] 雖然包括放大器自動(dòng)調(diào)零和/或斬波器電路可以降低放大器的輸入偏移電壓，但 自動(dòng)調(diào)零和/或斬波電路還可以諸如通過生成輸出毛刺和/或噪音而影響放大器的運(yùn)行性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個(gè)方面，提供一種放大器。該放大器包括多個(gè)通道，包括第一通道、第二通道 和第三通道。第一通道、第二通道和第三通道的每個(gè)可操作在多個(gè)階段，包括自動(dòng)歸零階 段、非反相斬波階段和反相斬波階段。該放大器進(jìn)一步包括定時(shí)控制電路，被配置為在第一 時(shí)間間隔期間在自動(dòng)歸零階段操作第一通道，在第二時(shí)間間隔期間在自動(dòng)歸零階段操作第 二通道，以及在第三時(shí)間間隔期間在自動(dòng)歸零階段操作第三通道。第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間 間隔和第三時(shí)間間隔在時(shí)間上相對(duì)于彼此交錯(cuò)排列。
[0006] 在另一個(gè)方面，提供一種放大器。該放大器包括非反相輸入電壓端和反相輸入電 壓端，以及該放大器被配置為接收所述非反相輸入電壓端和反相輸入電壓端之間的差分輸 入電壓。該放大器還包括多個(gè)通道，包括第一通道、第二通道和第三通道。所述放大器還包 括配置成控制所述多個(gè)通道的自動(dòng)調(diào)零序列的定時(shí)控制電路。定時(shí)控制電路被配置成在第 一時(shí)間間隔期間自動(dòng)歸零第一通道，在第二時(shí)間間隔期間自動(dòng)歸零第二通道以及在第三時(shí) 間間隔期間自動(dòng)歸零第三通道。第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間間隔和第三時(shí)間間隔在時(shí)間上相 對(duì)于彼此交錯(cuò)排列。在多聲道放大器的操作中，多個(gè)通道的至少一個(gè)通道被配置為在任何 給定時(shí)間放大所述差分輸入電壓。
[0007] 在另一個(gè)方面，提供了一種電子放大的方法。該方法包括向包括多個(gè)通道的放大 器提供差分輸入電壓的，所述多個(gè)通道包括第一通道、第二通道和第三通道。該方法進(jìn)一步 包括：利用自動(dòng)調(diào)零和斬波定時(shí)控制電路，控制所述多個(gè)通道的定時(shí)。該方法進(jìn)一步包括： 使用自動(dòng)調(diào)零和斬波定時(shí)控制電路，在第一時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零所述第一通道；使用自 動(dòng)調(diào)零和斬波定時(shí)控制電路，在第二時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零所述第二通道；和使用自動(dòng)調(diào) 零和斬波定時(shí)控制電路，在第三時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第三通道。第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間 間隔和第三時(shí)間間隔在時(shí)間上相對(duì)于彼此交錯(cuò)排列。
【附圖說明】
[0008] 圖1是多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的實(shí)施例的示意框圖。
[0009] 圖2A是多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的實(shí)施例的示意框圖。
[0010] 圖2B示出用于圖2A的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大的時(shí)序圖的一個(gè)示例。
[0011] 圖3A是另一多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的實(shí)施例的示意框圖。
[0012] 圖3B是示出用于圖3A的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大的時(shí)序圖的一個(gè)示例。
[0013] 圖4A是多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的另一實(shí)施例的示意框圖。
[0014] 圖4B是圖4A的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的通道的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
[0015] 圖5A示出使用圖4B的通道實(shí)現(xiàn)的圖4A的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大的時(shí)序圖 的一個(gè)示例。
[0016] 圖5B示出使用圖4B的通道實(shí)現(xiàn)的圖4A的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大的時(shí)序圖 的另一不例。
[0017] 圖5C示出使用圖4B的通道實(shí)現(xiàn)的圖4A的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大的時(shí)序圖 的另一不例。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本某些實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的具體實(shí)施例的各種描述。然而， 本發(fā)明可以以許多不同方式體現(xiàn)，如由權(quán)利要求書定義和涵蓋。在本說明書中，參考了附 圖，其中類似的附圖標(biāo)記可以指示相同或功能相似的元件。
[0019] 缺乏補(bǔ)償，放大器可以具有輸入偏移電壓。例如，使用常規(guī)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體（CMOS)工藝制造的放大器可以具有例如在約lmV到大約10毫伏的范圍內(nèi)的輸入偏移電 壓。放大器也可具有閃爍或1/f噪聲，其可以具有相關(guān)聯(lián)的噪聲功率譜密度（PSD)，其在較 低頻率變大。
[0020] 為了減少或除去輸入偏置電壓和/或閃爍噪聲，放大器可包括斬波電路。在一個(gè) 示例中，所述斬波電路包括在輸入斬波操作期間斬波或者調(diào)節(jié)所述放大器的輸入信號(hào)的輸 入斬波開關(guān)，從而向上移動(dòng)放大器的輸入信號(hào)的頻率。此外，該斬波電路包括輸出斬波開 關(guān)，其在輸出斬波操作期間解調(diào)或向下移動(dòng)斬波輸入信號(hào)的頻率。
[0021] 放大器的斬波操作可導(dǎo)致在放大器的輸出出現(xiàn)調(diào)制輸出電壓紋波。經(jīng)調(diào)制的電壓 波紋可以具有相對(duì)于放大器的輸入偏移電壓的幅度改變的幅度。
[0022] 例如，放大器的斬波操作可導(dǎo)致電壓毛刺出現(xiàn)在放大器的輸出，由于在輸入斬波 電路中來自開關(guān)打開或關(guān)閉的電荷注入。
[0023] 雖然低通后置濾波器可用于在調(diào)制和/或毛刺之后過濾波紋，可取的是減少所述 放大器的輸入偏置電壓，同時(shí)引入相對(duì)小的波動(dòng)和/或毛刺，從而放寬后過濾器的設(shè)計(jì)約 束。
[0024] 在某些配置中，放大器可以進(jìn)一步包括自動(dòng)調(diào)零電路。通過在放大器中包括自動(dòng) 調(diào)零和斬波器電路，所述放大器能夠具有較低的整體的輸入偏移電壓，導(dǎo)致后置濾波器的 相對(duì)小的波動(dòng)和/或設(shè)計(jì)約束電壓可以放寬。
[0025] 結(jié)合了自動(dòng)歸零和斬波電路的放大器的一個(gè)示例可以描述為于2002年11月5 日發(fā)表、共同擁有的美國專利號(hào)6476671、和標(biāo)題"PING-PONGAMPLIFIERWITHAUT0-ZEROINGANDCHOPPING"，在此通過引用將其全部在此并入本文。乒乓自動(dòng)歸零和斬波放大 器可以包括兩個(gè)通道，可以是彼此重復(fù)。此外，當(dāng)?shù)谝煌ǖ辣粩嚅_以執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零，第二通 道可以提供放大，并且反之亦然。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)通道在給定的時(shí)間提供放大，該放大器可具 有相對(duì)于提供相似量放大而沒有自動(dòng)調(diào)零的放大器的大約兩倍的功率消耗和/或區(qū)域。此 外，當(dāng)一個(gè)通道從用于自動(dòng)調(diào)零信號(hào)路徑斷開，而另一個(gè)通道重新連接到用于放大的信號(hào) 路徑，可以在信號(hào)路徑中引入相對(duì)大的干擾。信號(hào)路徑干擾可導(dǎo)致在感興趣的信號(hào)頻帶中 的輸出毛刺和/或噪聲向下折疊。
[0026] 多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器的概述
[0027] 在本文中提供用于多通道自動(dòng)調(diào)零和斬波放大器的裝置和方法。在某些配置中， 放大器包括使用多個(gè)階段操作的至少三個(gè)通道，其中至少包括非反相斬波階段、反相斬波 階段和自動(dòng)歸零階段。該放大器進(jìn)一步包括定時(shí)控制電路，它至少部分地交織或蹣跚通道 階段的定時(shí)。例如，在特定的配置中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)通道在某一時(shí)間實(shí)例中被自動(dòng)調(diào)零，至 少一些剩余通道在非反相斬波階段或反相斬波階段操作。
[0028] 當(dāng)特定的通道在非反相斬波階段或反相斬波階段進(jìn)行操作時(shí)，通道可以貢獻(xiàn)于放 大器的放大。例如，在某些配置中，每個(gè)通道可包括產(chǎn)生輸出電流的跨導(dǎo)放大電路，以及通 過在非反相或者反相斬波階段操作的任何通道產(chǎn)生的輸出電流可以相加在一起，以產(chǎn)生相 加電流。另外，相加電流可被提供給放大器的輸出級(jí)和/或處理以生成所述放大器的輸出 信號(hào)。
[0029] 盡管當(dāng)通道工作在非反相斬波階段以及當(dāng)通道操作在反相斬波階段時(shí)特定通道 可以貢獻(xiàn)于放大器的放大，相對(duì)于所述非反相斬波階段，通道的輸入端的極性和通道的輸 出端的極性可以在反相斬波階段顛倒或翻轉(zhuǎn)。
[0030]例如，通道可包括放大電路，其包括差分輸入和差分輸出。此外，在非反相斬波階 段，輸入斬波開關(guān)可用于提供放大器的差分輸入電壓，為具有陽性或非反相極性的放大電 路的差分輸入。此外，在非反相斬波階段，輸出斬波開關(guān)可以提供所述放大電路的差分輸 出，未經(jīng)反轉(zhuǎn)通道的輸出。然而，在反相斬波階段，輸入斬波開關(guān)可用于提供放大器的差分 輸入電壓，為具有負(fù)或反相極性的放大電路的差分輸入。此外，在反相斬波階段，輸出斬波 開關(guān)可用于反轉(zhuǎn)放大電路的差分輸出，并且提供所述放大電路的通道的輸出的反相差分輸 出。由于輸入斬波開關(guān)和輸出斬波開關(guān)在反相斬波階段提供反轉(zhuǎn)，所述通道產(chǎn)生適當(dāng)極性 的輸出信號(hào)。
[0031] 本文的教導(dǎo)可以被用于提供一種放大器，其相對(duì)于乒乓自動(dòng)歸零和斬波放大器消 耗更少的功率和/或具有較小的區(qū)域。例如，相對(duì)于提供相似量的放大并操作時(shí)無需自動(dòng) 調(diào)零的放大器，乒乓自動(dòng)歸零和斬波放大器可具有兩倍左右的尺寸和功率消耗。與此相反， 由于相對(duì)小比例的放大器的放大電路在時(shí)間斷開用于自動(dòng)調(diào)零，該放大器在本文中可以通 過較小量增加區(qū)域和/或功率消耗（相對(duì)于沒有自動(dòng)調(diào)零的放大器）。
[0032] 另外，在某些實(shí)現(xiàn)方式中，這里的放大器可引入與從放大器的信號(hào)路徑斷開或重 新連接通道相關(guān)聯(lián)的相對(duì)小的輸出毛刺，用于自動(dòng)調(diào)零。例如，由于只有一小部分的放大器 的放大電路在時(shí)間上斷開或重新連接到放大器的信號(hào)路徑，放大器可具有相對(duì)于特定的乒 乓自動(dòng)調(diào)零和斬波放大器的相對(duì)小的輸出毛刺和/或噪聲。
[0033] 此外，在某些實(shí)現(xiàn)方式中，放大器這里可以引入與在輸入斬波電路中開關(guān)打開或 關(guān)閉的電荷注入相關(guān)聯(lián)的相對(duì)小的輸出毛刺。例如，由于只有相對(duì)較小的比例的開關(guān)總數(shù) 可以在時(shí)間上在所述放大器的信號(hào)路徑中打開或關(guān)閉，放大器可具有相對(duì)于特定的乒乓自 動(dòng)歸零和斬波放大器的相對(duì)小的輸出毛刺和/或噪聲。
[0034] 圖1是多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器10的一個(gè)實(shí)施例的示意框圖。多通道自動(dòng) 歸零和斬波放大器10包括第一通道1、第二通道2、第三通道3、自動(dòng)調(diào)零和斬波定時(shí)控制電 路5,以及輸出級(jí)6。圖示的多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器10包括輸出電壓端V0UT和差分 輸入電壓端子，包括第一或非反相輸入電壓端子VIN+以及第二或反相輸入電壓端VIN。
[0035] 在圖示的配置中，多通道自動(dòng)歸零和斬波放大器10可用于放大非反相輸入電壓 端VIN+和反相輸入電壓端