專利名稱：用于抑制斬波穩(wěn)定放大器中的偏移和紋波的自動校正反饋環(huán)路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體而言涉及斬波穩(wěn)定放大器，更具體地涉及減小這些放大器的偏移和紋 波的裝置。
背景技術(shù)：
運算放大器廣泛存在于電子電路中。有些應(yīng)用中運算放大器必須具有非常低的輸 入偏移電壓。實現(xiàn)這一點的最常見兩種技術(shù)是自動歸零和斬波穩(wěn)定。然而，這兩種技術(shù)都 存在缺陷。例如，自動歸零由于重疊導(dǎo)致帶內(nèi)噪聲增大，而斬波穩(wěn)定可導(dǎo)致輸出電壓的斬波 頻率出現(xiàn)紋波。圖1示出了一種常規(guī)斬波穩(wěn)定放大器。一組斬波開關(guān)10，12用于對施加在跨導(dǎo)放 大器Gml的輸入進行斬波處理，一組斬波開關(guān)14，16用于對該跨導(dǎo)放大器Gml的輸出進行 斬波處理，輸出放大器Gm2整合跨導(dǎo)放大器Gml的斬波輸出，得到放大器的輸出V。ut。斬波 開關(guān)與互補時鐘信號"Chop"和"‘Chop_Inv" 一起操作；當(dāng)信號"Chop"為高時，開關(guān) 10和14閉合，開關(guān)12和16打開，當(dāng)信號〃 Chop_InV〃為高時，開關(guān)10和14打開，開關(guān)12 和16閉合。理想的情況是，跨導(dǎo)放大器Gml的輸入偏移電壓是零，在此情況下，斬波開關(guān)10 和12將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?，而開關(guān)14和16將該交流信號重新轉(zhuǎn)為直流，使得在放 大器的輸出V。ut沒有紋波。不過，實際上跨導(dǎo)放大器Gml會有非零輸入偏移電壓，在圖1中 以電壓V。sl表示。這會產(chǎn)生由電壓V。ut引發(fā)的紋波電壓，頻率分量出現(xiàn)在輸出波譜中斬波時 鐘及其多重時鐘的頻率上(如圖1所示)。已經(jīng)有人采用多個方法來減小斬波穩(wěn)定放大器中與斬波相關(guān)的紋波。A. Bakker和 J· H· Huijsing 的〃 A CMOS Chopper Opamp with Integrated Low-Pass Filter"，Proc. ESSC1RC，1997記載了其中一個方法，該方法在信號途徑中使用采樣保持(S/H)電路；每次 波形穿過零時都對信號進行采樣以減小紋波。然而，采樣保持電路使放大器的頻率反應(yīng)增 加一個額外的極，導(dǎo)致頻率的補償變得困難。Burt等人的美國專利號7，292, 095討論了另一種方法，在放大器的信號途徑中斬 波開關(guān)之后插入一個開關(guān)電容陷波器，該陷波器操作上是用來減小紋波的。但是陷波器輸 入側(cè)出現(xiàn)的紋波可以通過補償電容與放大器的輸出連接。另一種技術(shù)使用反饋環(huán)路來抑制信號途徑的紋波，這些紋波是由于與接收斬波輸 入信號的跨導(dǎo)放大器相關(guān)的輸入偏移電壓而引起的；該方法在例如K. A. A. Makinwa, “ T4 Dynamic Offset-Cancellation Techniques in CMOS"，ISSCC 2007,p. 49.中有報導(dǎo)。然 而，文中沒有提出任何裝置來抑制與反饋環(huán)路放大器相關(guān)的輸入偏移電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種具有自動校正反饋環(huán)路的斬波穩(wěn)定放大器，它能夠克服上面提到 的許多問題，原因在于本發(fā)明的反饋環(huán)路操作上能夠抑制可能出現(xiàn)在放大器輸出的輸入偏 移電壓效應(yīng)和偏移電壓引致的紋波。本發(fā)明的斬波穩(wěn)定放大器包括主信號途徑，該主信號途徑包括輸入斬波電路，它 響應(yīng)斬波時鐘對差分輸入信號進行斬波；第一跨導(dǎo)放大器，它接收經(jīng)斬波處理的輸入信號 并產(chǎn)生響應(yīng)的第一差分輸出；輸出斬波電路，它響應(yīng)斬波時鐘對第一差分輸出進行斬波； 以及第二跨導(dǎo)放大器，它接收經(jīng)斬波處理的第一差分輸出并產(chǎn)生隨響應(yīng)而改變的輸出。自動校正反饋環(huán)路包括第三跨導(dǎo)放大器，該第三跨導(dǎo)放大器較佳地連接成在它的 輸入接收經(jīng)斬波處理的第一差分輸出并產(chǎn)生響應(yīng)的第三差分輸出；第三斬波電路，它響應(yīng) 斬波時鐘對第三差分輸出進行斬波；濾波器，它設(shè)置成過濾經(jīng)斬波處理的第三差分輸出，從 而基本上減小信號中存在的任何偏移電壓所引致的交流分量；以及第四跨導(dǎo)放大器，該第 四跨導(dǎo)放大器在它的輸入接收過濾后的輸出并產(chǎn)生響應(yīng)的第四差分輸出。第四差分輸出是 反饋環(huán)路的輸出，與第一差分輸出連接，因而接入在主信號途徑內(nèi)。若設(shè)置得恰當(dāng)，自動校 正反饋環(huán)路操作上能抑制可能出現(xiàn)在放大器輸出的跨導(dǎo)放大器相關(guān)的偏移電壓和偏移電 壓引致的紋波。濾波器較佳地是開關(guān)電容陷波器，它以與斬波時鐘具有相同頻率但相對于該斬波 時鐘相移90°的時鐘信號作為時鐘；但其他類型的濾波器也可以采用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以下結(jié)合附圖的詳細描述和權(quán)利要求書中更加清晰地了 解本發(fā)明的其它特征、方面和優(yōu)點。


圖1示出了一種已知的斬波穩(wěn)定放大器的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有自動校正反饋環(huán)路的斬波穩(wěn)定放大器的一個實施例的 方塊圖/示意圖。圖3示出沒有自動校正反饋環(huán)路的放大器的工作的時序圖。圖4示出當(dāng)?shù)谝豢鐚?dǎo)放大器具有非零輸入偏移電壓時放大器和反饋環(huán)路的工作 的時序圖。圖5示出當(dāng)非零差分輸入電壓施加在放大器的輸入時放大器和反饋環(huán)路的工作 的時序圖。圖6是可用在根據(jù)本發(fā)明的自動校正反饋環(huán)路中的開關(guān)電容陷波器的一個實施 例的示意圖。圖7示出圖6所示的開關(guān)電容陷波器的工作的時序圖。圖8是一個完整的運算放大器的方塊圖/示意圖，其中該運算放大器包括根據(jù)本 發(fā)明的具有自動校正反饋環(huán)路的斬波穩(wěn)定放大器。圖9是根據(jù)本發(fā)明的具有自動校正反饋環(huán)路的斬波穩(wěn)定放大器的另一個實施例 的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的斬波穩(wěn)定放大器采用了一種新穎的自動校正反饋環(huán)路，它操作上能抑制 可能出現(xiàn)在放大器輸出的跨導(dǎo)放大器相關(guān)的偏移電壓和偏移電壓引致的紋波。圖2示出了 一個實施例的方塊圖/示意圖。放大器包括主信號途徑10和自動校正反饋環(huán)路12。主信 號途徑10包括接收差分輸入信號Vin的輸入斬波電路14。輸入斬波電路14和此處描述的 其他全部斬波電路都以相同的方式工作在雙相斬波時鐘的第一相中，輸入端16和18分別 與輸出端20和22連接；在第二時鐘相中，輸入端16和18分別與輸出端22和20連接。斬 波電路如輸入斬波電路14 一般地由如圖1所示的四個開關(guān)組成；圖2使用的斬波電路符號 一致地被用來表示該四開關(guān)設(shè)置。雖然在圖2中未示出，但輸入斬波電路14和其他全部斬 波電路都與斬波時鐘(在圖2未示出，但在以下討論的時序圖中示出)一起工作。輸入斬波電路14響應(yīng)斬波時鐘對輸入信號Vin進行斬波，得到的斬波信號提供到 斬波電路的輸出端20和22。第一跨導(dǎo)放大器Gml連接成在各差分輸入接收輸入斬波電路 14的輸出，并產(chǎn)生第一差分輸出M，26，所述第一差分輸出24，沈隨加在第一跨導(dǎo)放大器 Gml的輸入上的信號而改變。差分輸出24，沈加在輸出斬波電路32的輸入端觀，30，該輸 出斬波電路32響應(yīng)斬波時鐘對第一差分輸出進行斬波，并將經(jīng)斬波處理的第一差分輸出 信號提供到輸出斬波電路32的輸出端34，36。輸出斬波電路32的輸出加在第二跨導(dǎo)放大 器Gm2的輸入端，該第二跨導(dǎo)放大器Gm2產(chǎn)生隨加在它的輸入上的信號而改變的輸出38。 實際上，輸出38 —般地會被送到輸出級，以形成完整的斬波穩(wěn)定運算放大器；這將在以下 結(jié)合圖8再作討論。如上所述，理想的情況是，第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸入偏移電壓是零，在這種情況 下，斬波電路14將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘枺瑪夭娐?2將交流信號轉(zhuǎn)回直流，使得 輸出38中沒有出現(xiàn)紋波。不過，實際上第一跨導(dǎo)放大器Gml通常具有非零輸入偏移電壓 (Vosl)，導(dǎo)致由輸出電壓引起的紋波電壓，頻率分量出現(xiàn)在輸出波譜中斬波時鐘及其多重時 鐘的頻率上。本發(fā)明的斬波穩(wěn)定放大器通過使用自動校正反饋環(huán)路12克服了這個問題。在圖 中所示的實施例中，自動校正反饋環(huán)路包括第三跨導(dǎo)放大器Gm3、第三斬波電路40、濾波器 4和第四跨導(dǎo)放大器Gm4。第三跨導(dǎo)放大器Gm3連接成在它的差分輸入接收斬波電路32的 輸出，并產(chǎn)生第三差分輸出44，46，該第三差分輸出44，46隨加在第三跨導(dǎo)放大器Gm3的輸 入上的信號而改變。所述輸出加在第三斬波電路40，該第三斬波電路40響應(yīng)斬波時鐘對第 三差分輸出進行斬波，并將經(jīng)斬波處理的信號提供到它的輸出端48，50。濾波器42設(shè)置成接收和過濾經(jīng)斬波處理的第三差分輸出，從而基本上減小由于 跨導(dǎo)放大器Gml和Gm4相關(guān)的偏移電壓所引發(fā)的紋波而可能出現(xiàn)在經(jīng)斬波處理的第三差分 輸出信號中的交流分量，并將過濾后的第三斬波電路的輸出提供到濾波器42的輸出端52， M。第四跨導(dǎo)放大器Gm4在它的輸入接收過濾后的信號，并產(chǎn)生第四差分輸出56，58，該第 四差分輸出56，58隨加在第四跨導(dǎo)放大器Gm4的輸入上的信號而改變。第三和第四跨導(dǎo)放 大器Gm3和Gm4也幫助將濾波器42與可能受濾波器的負載不利影響的主信號途徑分開。將 第四差分輸出56和58分別與第一差分輸出24，26連接，可閉合反饋環(huán)路。若設(shè)置得恰當(dāng)，自 動校正反饋環(huán)路12操作上能抑制可能出現(xiàn)在斬波電路32因而出現(xiàn)在第二跨導(dǎo)放大器Gm2的 輸出中與第一和第四跨導(dǎo)放大器Gml和Gm4相關(guān)的偏移電壓和偏移電壓引致的紋波。濾波器42較佳地是開關(guān)電容陷波器(SCNF)；但其他類型的濾波器如低通濾波器也可以采用。圖3-5示出了本發(fā)明的自動校正反饋環(huán)路在各種工作條件下的工作。圖3所示為 當(dāng)反饋環(huán)路的輸出56，58不與信號途徑連接，與斬波電路14連接的兩個輸入接地，并且第 一跨導(dǎo)放大器Gml的反相輸入存在輸入偏移電壓(V。sl)時電路的操作。補償斬波時鐘信號 CHOP和示于圖3的上部，當(dāng)補償斬波時鐘信號CHOP為高時，輸入端16和18分別與 輸出端20和22連接，當(dāng)補償斬波時鐘信號CHOP為高時，輸入端16和18分別與輸出端 22和2連接。補償時鐘信號SCNF和·g^jF也示出作為參考；如果濾波器42是開關(guān)電容陷 波器時它們可被使用(下文作詳細討論)。因為斬波電路14的輸入接地，所以它的輸出端20和22的電壓(Varopi)都是零伏。 第一跨導(dǎo)放大器Gml會放大偏移電壓V。sl，導(dǎo)致第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出端沈，24產(chǎn)生差 分直流輸出電壓VeM1。差分直流輸出電壓VeM1由斬波電路32進行斬波處理，在輸出端36，34 產(chǎn)生交流電壓Vchqi^該交流電壓由第三跨導(dǎo)放大器Gm3放大，在輸出端46，44得到交流輸 出電流IeM3。斬波電路40操作上將交流電流轉(zhuǎn)化為節(jié)點50，48的直流電流Ι_Ρ3。該直流 電流加在濾波器42上，由濾波器42輸出相應(yīng)的輸出電壓Vscnf。在圖4示出的時序圖中，斬波電路14的兩個輸入同樣接地，第一跨導(dǎo)放大器Gml 的反相輸入同樣地存在輸入偏移電壓V。sl。然而，反饋環(huán)路的閉合如圖2所示，其中第四跨 導(dǎo)放大器Gm4的輸出56，58分別與第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出24，沈連接。因為斬波電路14的輸入接地，所以它的輸出端20和22的電壓(Varopi)都是零伏。 第一跨導(dǎo)放大器Gml會放大偏移電壓V。sl，導(dǎo)致第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出端沈，24產(chǎn)生差 分直流輸出電壓VeM1。然而，由于自動校正反饋環(huán)路提供的反饋，抑制了差分直流輸出電壓 Vgmi的強度，使得它小于圖3所示的強度。差分直流輸出電壓Vem由斬波電路32進行斬波， 因此在輸出端36，34產(chǎn)生低交流電壓Varoi^該交流電壓由第三跨導(dǎo)放大器Gm3放大，在輸 出端46，44得到交流輸出電流IeM3。斬波電路40操作上將該交流電流轉(zhuǎn)化為節(jié)點50，48的 直流電流Ι Ρ3。該直流電流加在濾波器42上，由濾波器42輸出相應(yīng)的輸出電壓VSCNF。該 電壓反饋回至主信號途徑中第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出，在那里它抑制差分直流輸出電壓 Vgmio這就產(chǎn)生基本上減小或消除可能出現(xiàn)在第二跨導(dǎo)放大器Gm2中與跨導(dǎo)放大器Gml和 Gm4相關(guān)的偏移電壓和由偏移電壓所引發(fā)的紋波。本質(zhì)上，第三跨導(dǎo)放大器Gm3操作上感應(yīng)由第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出上非零差 分直流電壓和斬波電路32引起的紋波，并在它的輸出產(chǎn)生相應(yīng)的交流信號。斬波電路40將 該交流信號轉(zhuǎn)為直流，再通過濾波器42和第四跨導(dǎo)放大器Gm4反饋至第一跨導(dǎo)放大器Gml 的輸出，從而抑制第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出上的任何直流信號。要成為一階，只要輸入信 號Vin是直流信號，或者相對于斬波頻率緩慢地改變，則加入的反饋環(huán)路就不影響輸入信號圖5所示的時序圖示出了本發(fā)明的斬波穩(wěn)定放大器的工作，該斬波穩(wěn)定放大器具 有非零輸入電壓Vin，沒有輸入偏移電壓。非零輸入電壓Vin由斬波電路14轉(zhuǎn)化為交流電壓 Vchopio第一跨導(dǎo)放大器Gml將該交流電壓放大，在第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出26J4得到 交流電壓VeM1。交流電壓VeM1由斬波電路32進行斬波，將該交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出端36，34 的直流電壓Vqiqi^第三跨導(dǎo)放大器Gm3將該直流電壓Vqiqp2放大，在輸出46，44得到直流輸 出電流IeM3。斬波電路40用來將直流電流轉(zhuǎn)化為在節(jié)點50，48的交流電流Ι_Ρ3。該交流電流加在濾波器42上，濾波器42過濾該交流電流Iarop3的交流分量，以致于濾波器輸出端 的電壓都是相等的，并且不含有交流或直流分量。提供該電壓作為反饋信號不會影響主信 號途徑(這是所希望的結(jié)果)，這是因為不存在跨導(dǎo)放大器相關(guān)的偏移電壓或者在放大器 中沒有偏移電壓引發(fā)的紋波。自動校正反饋環(huán)路操作上也減低與環(huán)路第三跨導(dǎo)放大器Gm3和第四跨導(dǎo)放大器 Gm4相關(guān)的輸入偏移電壓。與第三跨導(dǎo)放大器Gm3相關(guān)的輸入偏移電壓被斬波后，轉(zhuǎn)化為輸 送給濾波器42的信號中的高頻率交流分量，所述交流分量在濾波器42中抵消或者被抑制， 所以它對主信號途徑?jīng)]有任何影響。與第四跨導(dǎo)放大器Gm4相關(guān)的輸入偏移電壓作為直流 分量與第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出連接，然后被反饋環(huán)路抑制，抑制的方式與上述抑制第 一跨導(dǎo)放大器Gml相關(guān)的輸入偏移電壓的方式相同，僅在第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出得到 一個剩余直流信號，該剩余直流信號的強度由V。s4/A3確定，其中V。s4是第四跨導(dǎo)放大器Gm4 的輸入偏移電壓，A3是第三跨導(dǎo)放大器Gm3的直流增益。反饋環(huán)路操作上也抑制起源于濾 波器42的任何直流誤差，例如由于電容失配或時鐘不對稱引起的誤差。如上所述，濾波器42較佳地是開關(guān)電容陷波器(SCNF)，開關(guān)電容陷波器非常適合 用來減小如上討論的直流偏移及其相關(guān)紋波。不過，也可采用其他類型濾波器例如低通濾 波器(LPF)，雖然低通濾波器未能有效地消除要過濾的信號中與斬波相關(guān)的交流分量，而且 可能產(chǎn)生一些剩余誤差。也可使用開關(guān)電容低通濾波器或者連續(xù)時間低通濾波器。有需要 使用某些類型的濾波器以區(qū)分包括不希望的輸入偏移電壓相關(guān)的紋波的信號與表示需放 大的輸入電壓的信號。圖6示出了開關(guān)電容陷波器的一個較佳實施例，圖7示出了它的工作的時序圖。該 開關(guān)電容陷波器包括與斬波電路40的輸出48相連的第一支路，該第一支路由開關(guān)Sl和S2 組成，這兩個開關(guān)分別由補償開關(guān)電容陷波器(SCNF)時鐘SCNF和^P操作，其中Sl和S2 的輸出側(cè)分別與節(jié)點60和62的接地電容Cl和C2的頂部連接。兩個開關(guān)S3和S4分別連 接到節(jié)點60和62并由"g^NF和SCNF分別操作，它們的輸出側(cè)連接到濾波器輸出節(jié)點52。 另一個電容C3較佳地連接在節(jié)點52和接地之間。濾波器也包括第二支路，所述第二支路與斬波電路40的輸出50連接，由開關(guān)S5 和S6組成，這兩個開關(guān)分別由補償開關(guān)電容陷波器(SCNF)時鐘SCNF和^F操作，其中S5 和S6的輸出側(cè)分別與節(jié)點64和66的接地電容C4和C5的頂部連接。兩個開關(guān)S7和S8 分別連接到節(jié)點64和66并由^F和SCNF分別操作，它們的輸出側(cè)連接到濾波器輸出節(jié) 點M。另一個電容C6較佳地連接在節(jié)點M和接地之間。如上所述，開關(guān)電容陷波器較佳地是以與斬波時鐘具有相同頻率但相對于該斬波 時鐘相移90°的時鐘信號作為時鐘。此處，開關(guān)電容陷波器以SCNF和作為時鐘，較佳 地當(dāng)節(jié)點60和64的電壓相等時可雙向切換(toggle)，在切換斬波時鐘信號CHOP和CHDF 產(chǎn)生90°相差。這在斬波頻率產(chǎn)生凹陷，使得在加到濾波器待過濾的信號中出現(xiàn)由偏移電 壓引起的交流分量。操作時，斬波電路40的輸出上的電流Ichqp3通過由SCNF和操作的開關(guān)Si， S2，S5和S6加到濾波器。如圖所示，這在節(jié)點64，60，66和62產(chǎn)生交流三角形波形。對于 節(jié)點64和60，當(dāng)SCNF變低時，對電壓取樣，持續(xù)地對電壓取樣直至SCNF再次變高。因為斬 波時鐘和濾波時鐘之間有90°相移，所以在節(jié)點64和60之間的壓差基本上為零。
9
對于節(jié)點66和62，當(dāng)“^而變低時，對電壓取樣，持續(xù)地對電壓取樣直至再 次變高。如上所述，在節(jié)點66和62之間的壓差基本上為零。這使得濾波器的輸出節(jié)點52， M之間的電壓差基本上為零，這是所希望的結(jié)果。如上所述，第二跨導(dǎo)放大器Gm2的輸出一般地被輸送至輸出級，形成完整的斬波 穩(wěn)定運算放大器；圖8示出了一個實施例。主信號途徑10和自動校正反饋環(huán)路12與上文 討論的一樣。前饋跨導(dǎo)放大器Gm5連接成在它的差分輸入接收差分輸入信號Vin，并產(chǎn)生與 第二跨導(dǎo)放大器Gm2的輸出38連接的輸出70 ；前饋跨導(dǎo)放大器Gm5有助于使整個放大器 適合于更高頻率輸入信號，而能保持它的直流精確度。緩沖放大器72與節(jié)點38連接，產(chǎn)生 隨它的輸入而改變的輸出；該輸出是運算放大器的輸出V。ut。緩沖放大器72可被設(shè)置成為 運算放大器提供較大的增益。使用補償網(wǎng)絡(luò)為斬波穩(wěn)定運算放大器提供頻率補償；圖中所 示的實施例采用嵌套鏡補償(nested mirror compensation)，其中電容C7連接在緩沖放 大器72的輸出與第二跨導(dǎo)放大器Gm2的非反相輸入之間，電容C8連接在第二跨導(dǎo)放大器 Gm2的反相輸入與電路公共點之間，以及電容C9連接在緩沖放大器72的輸入和輸出之間。圖8所示的電路配置使得第一跨導(dǎo)放大器Gml的電壓增益抑制與第二跨導(dǎo)放大器 Gm2或前饋跨導(dǎo)放大器Gm5相關(guān)的初始偏移電壓。運算放大器的總剩余輸入偏移電壓(V。s res)由以下公式確定Vosres = (Vos2+Vosf*Af/A2+Vos4/A3) /Al，其中V。s2、V。sf和Nosi分別是第二跨導(dǎo)放大器Gm2、前饋跨導(dǎo)放大器Gm5和第四跨導(dǎo) 放大器Gm4的初始偏移電壓，Al、A2、A3和Af分別是與第一跨導(dǎo)放大器Gml、第二跨導(dǎo)放大 器Gm2、第三跨導(dǎo)放大器Gm3和前饋跨導(dǎo)放大器Gm5相關(guān)的增益值。圖9示出了另一個替換實施例。此處，在第一跨導(dǎo)放大器Gml的輸出而不是在斬 波電路32的輸出提取自動校正反饋環(huán)路12的輸入。這樣做需要在第一跨導(dǎo)放大器Gml的 輸出和反饋環(huán)路的輸入之間設(shè)置一個附加斬波電路80。這個配置的功能與圖2所示的設(shè)置 一樣，但增加了一個附加斬波電路的費用。一些現(xiàn)有技術(shù)嘗試通過在主信途徑中插入濾波器來減小紋波，這樣的話由于濾波 器電容之間的失配使得放大器容易產(chǎn)生誤差；另外，假信號通過補償電容會出現(xiàn)在放大器 的輸出。相反，此處描述的每個實施例都使用反饋環(huán)路進行工作，該反饋環(huán)路包括的濾波器 可抑制主信號環(huán)路的偏移電壓和紋波電壓效應(yīng)。這種方法有助于消除陷波器電容的失配 (當(dāng)使用開關(guān)電容陷波器時)，而且通過補償電容防止了某些現(xiàn)有設(shè)計常常發(fā)生的紋波與 放大器的輸出連接的情形。雖然示出并描述了本發(fā)明的幾個具體實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員在所附權(quán)利 要求書限定的精神和范圍內(nèi)可實現(xiàn)眾多的變化、改型和重新配置，獲得基本上相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種斬波穩(wěn)定放大器，包括 主信號途徑，所述主信號途徑包括輸入斬波電路，所述輸入斬波電路響應(yīng)斬波時鐘接收差分輸入信號并對所述差分輸入 信號進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的輸入信號提供在所述輸入斬波電路的輸出；第一跨導(dǎo)放大器，所述第一跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述輸入斬波電路的輸 出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的第一差分輸出；輸出斬波電路，所述輸出斬波電路響應(yīng)所述斬波時鐘接收來自所述第一跨導(dǎo)放大器的 所述第一差分輸出，并對所述第一差分輸出進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的第一差分輸出信 號提供在所述輸出斬波電路的輸出；以及第二跨導(dǎo)放大器，所述第二跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述輸出斬波電路的輸 出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的輸出；以及自動校正反饋環(huán)路，所述自動校正反饋環(huán)路包括第三跨導(dǎo)放大器，所述第三跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述輸出斬波電路的輸 出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的第三差分輸出；第三斬波電路，所述第三斬波電路響應(yīng)所述斬波時鐘接收來自所述第三跨導(dǎo)放大器的 所述第三差分輸出，并對所述第三差分輸出進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的第三差分輸出信 號提供在所述第三斬波電路的輸出；濾波器，所述濾波器設(shè)置成過濾所述第三斬波電路的輸出，從而基本上減小所述經(jīng)斬 波處理的第三差分輸出信號中的交流分量，并且提供所述過濾后的第三斬波電路的輸出在 它的輸出；以及第四跨導(dǎo)放大器，所述第四跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述過濾后的第三斬波 電路的輸出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的第四差分輸出；所述第四差分輸出與所述第一差分 輸出連接，所述自動校正反饋環(huán)路設(shè)置成抑制可能出現(xiàn)在所述輸出斬波電路的輸出中的跨 導(dǎo)放大器相關(guān)的偏移電壓和偏移電壓引致的紋波。
2.如權(quán)利要求1所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述濾波器是開關(guān)電容陷波器。
3.如權(quán)利要求2所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述開關(guān)電容陷波器以與所述 斬波時鐘具有相同頻率的時鐘作為時鐘，并且所述時鐘相對于所述斬波時鐘相移90°。
4.如權(quán)利要求3所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述開關(guān)電容陷波器包括 第一和第二輸入端以及第一和第二輸出端；連接在所述第一輸入端和第一電容的第一開關(guān)； 連接在所述第一輸出端和所述第一電容的第二開關(guān)； 連接在所述第一輸入端和第二電容的第三開關(guān)； 連接在所述第一輸出端和所述第二電容的第四開關(guān)； 連接在所述第二輸入端和第三電容的第五開關(guān)； 連接在所述第二輸出端和所述第三電容的第六開關(guān)； 連接在所述第二輸入端和第四電容的第七開關(guān)； 連接在所述第二輸出端和所述第四電容的第八開關(guān)；所述開關(guān)電容陷波器包括‘真’(SCNF)和‘互補’ (^iF)版本，當(dāng)SCNF為高和為 低時，閉合所述第一、第四、第五和第八關(guān)，打開所述第二、第三、第六和第七開關(guān)，當(dāng)"δ ^Γ為高和SCNF為低時，打開所述第一、第四、第五和第八關(guān)，閉合所述第二、第三、第六和第七開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述濾波器是低通濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述斬波穩(wěn)定放大器還包括 前饋跨導(dǎo)放大器，所述前饋跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述差分輸入信號并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的輸出，所述輸出與所述第二跨導(dǎo)放大器的輸出連接；緩沖放大器，所述緩沖放大器連接成在它的輸入接收所述第二跨導(dǎo)放大器的輸出并產(chǎn) 生隨它的輸入而改變的輸出；以及補償網(wǎng)絡(luò)，所述補償網(wǎng)絡(luò)連接成為所述斬波穩(wěn)定放大器提供頻率補償。
7.如權(quán)利要求6所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述補償網(wǎng)絡(luò)是嵌套鏡補償網(wǎng)
8.如權(quán)利要求6所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述補償網(wǎng)絡(luò)包括連接在所述緩沖放大器的輸出與所述第二跨導(dǎo)放大器的一輸入之間的第一電容；連接在所述第二跨導(dǎo)放大器的另一輸入與電路公共點之間的第二電容；以及連接在所述緩沖放大器的輸入和輸出之間的第三電容。
9.如權(quán)利要求6所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述斬波穩(wěn)定放大器設(shè)置成所 述放大器的剩余輸入偏移電壓(V。s _)由以下公式確定Vosjes = (Vos2+Vosf*Af/A2+Vos4/A3)/Al,其中V。s2、V。sf*V。s4分別是所述第二跨導(dǎo)放大器、所述前饋跨導(dǎo)放大器和所述第四跨導(dǎo) 放大器的初始偏移電壓，A1、A2、A3和Af分別是與所述第一跨導(dǎo)放大器、所述第二跨導(dǎo)放大 器、所述第三跨導(dǎo)放大器和所述前饋跨導(dǎo)放大器相關(guān)的增益值。
10.如權(quán)利要求1所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述斬波穩(wěn)定放大器設(shè)置成， 與所述第一跨導(dǎo)放大器相關(guān)的直流偏移電壓以非零直流電壓出現(xiàn)在所述第一跨導(dǎo)放大器 的輸出，所述直流偏移電壓由所述輸出斬波電路轉(zhuǎn)化為交流電壓，所述交流電壓由所述第 三跨導(dǎo)放大器放大并由所述第三斬波電路轉(zhuǎn)化為直流電壓，所述直流電壓被反饋至所述第 一差分輸出，使得它抑制由所述第一跨導(dǎo)放大器相關(guān)的所述直流偏移電壓引致的出現(xiàn)在所 述第一跨導(dǎo)放大器的輸出上的所述非零直流電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述斬波穩(wěn)定放大器設(shè)置成， 與所述第三跨導(dǎo)放大器相關(guān)的直流偏移電壓以非零直流電壓出現(xiàn)在所述第三跨導(dǎo)放大器 的輸出，所述直流偏移電壓由所述第三斬波電路轉(zhuǎn)化為交流信號，所述濾波器設(shè)置成過濾 所述第三斬波電路的輸出，從而基本上減小由于所述直流偏移電壓引致的出現(xiàn)在所述經(jīng)斬 波處理的第三差分輸出信號中的所述交流信號的強度。
12.如權(quán)利要求1所述的斬波穩(wěn)定放大器，其特征在于所述斬波穩(wěn)定放大器設(shè)置成， 與所述第四跨導(dǎo)放大器相關(guān)的直流偏移電壓或所述濾波器的缺陷以非零直流電壓出現(xiàn)在 所述第四跨導(dǎo)放大器的輸出，所述自動校正反饋環(huán)路設(shè)置成抑制由所述直流偏移電壓或所 述濾波器的缺陷引致的所述非零直流電壓。
13.一種斬波穩(wěn)定放大器，包括主信號途徑，所述主信號途徑包括輸入斬波電路，所述輸入斬波電路響應(yīng)斬波時鐘接收差分輸入信號并對所述差分輸入信號進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的輸入信號提供在所述輸入斬波電路的輸出；第一跨導(dǎo)放大器，所述第一跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述輸入斬波電路的輸 出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的第一差分輸出；輸出斬波電路，所述輸出斬波電路響應(yīng)所述斬波時鐘接收來自所述第一跨導(dǎo)放大器的 所述第一差分輸出，并對所述第一差分輸出進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的第一差分輸出信 號提供在所述輸出斬波電路的輸出；以及第二跨導(dǎo)放大器，所述第二跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述輸出斬波電路的輸 出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的輸出；第三斬波電路，所述第三斬波電路響應(yīng)所述斬波時鐘接收來自所述第一跨導(dǎo)放大器的 所述第一差分輸出，并對所述第一差分輸出進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的第一差分輸出信 號提供在所述第三斬波電路的輸出；以及自動校正反饋環(huán)路，所述自動校正反饋環(huán)路包括第三跨導(dǎo)放大器，所述第三跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述第三斬波電路的輸 出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的第三差分輸出；第四斬波電路，所述第四斬波電路響應(yīng)所述斬波時鐘接收來自所述第三跨導(dǎo)放大器的 所述第三差分輸出，并對所述第三差分輸出進行斬波，所述經(jīng)斬波處理的第三差分輸出信 號提供在所述第四斬波電路的輸出；濾波器，所述濾波器設(shè)置成過濾所述第四斬波電路的輸出，從而基本上減小所述經(jīng)斬 波處理的第三差分輸出信號中的交流分量，并且提供所述過濾后的第四斬波電路的輸出在 它的輸出；以及第四跨導(dǎo)放大器，所述第四跨導(dǎo)放大器連接成在它的輸入接收所述過濾后的第四斬波 電路的輸出并產(chǎn)生隨它的輸入而改變的第四差分輸出；所述第四差分輸出與所述第一差分 輸出連接，所述自動校正反饋環(huán)路設(shè)置成抑制可能出現(xiàn)在所述輸出斬波電路的輸出中的跨 導(dǎo)放大器相關(guān)的偏移電壓和偏移電壓引致的紋波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斬波穩(wěn)定放大器，該斬波穩(wěn)定放大器包括主信號途徑和自動校正反饋環(huán)路，所述主信號途徑在跨導(dǎo)放大器的輸入和輸出具有第一和第二斬波電路。所述反饋環(huán)路包括跨導(dǎo)放大器，該跨導(dǎo)放大器連接成放大來自主信號途徑的經(jīng)斬波處理的輸出；第三斬波電路，該第三斬波電路對放大的輸出進行斬波；濾波器，該濾波器過濾經(jīng)斬波處理的輸出，從而基本上減小待過濾的信號中存在的任何偏移電壓所引致的交流分量；以及跨導(dǎo)放大器，該跨導(dǎo)放大器接收過濾后的輸出并產(chǎn)生連接回至主信號途徑的輸出。若設(shè)置得恰當(dāng)，自動校正反饋環(huán)路操作上能抑制可能出現(xiàn)在放大器輸出的與跨導(dǎo)放大器相關(guān)的偏移電壓和偏移電壓引致的紋波。
文檔編號H03F3/45GK102150363SQ200980136155
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者T·L·博特克, 楠田義則 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司