專利名稱：集成電路和單端到差分放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題通常涉及放大器電路，更具體地，涉及用于單端到差分放大器電路的方法和裝置。
背景技術(shù)：
通常，傳感器電路從換能器接收電信號(hào)。該傳感器電路然后將接收的信號(hào)放大到需要的電平以進(jìn)行處理。在一些傳感器電路中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏置和放大以提供差分輸出。 電源上的噪聲，例如在用于偏置信號(hào)的共模電源上的噪聲，可能對(duì)接收的傳感器信號(hào)的接收和放大造成干擾。在一些傳感器電路中，濾波器常用于通過(guò)具有所關(guān)心的特定頻率的信號(hào)。通過(guò)在集成電路片上與電源或其它電路一起，或者在其附近提供傳統(tǒng)的濾波器，可能由于電源或其它電路導(dǎo)致的失真而限制了濾波器的信號(hào)處理質(zhì)量，以及限制了濾波器提供低頻極點(diǎn)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)示例中，提供了集成電路單端到差分放大器。所述放大器可以包括放大器電路，具有配置為接收單端信號(hào)的第一輸入；第二輸入；以及配置為提供所述單端信號(hào)的放大呈現(xiàn)的差分輸出。所述放大器可以包括濾波器電路，配置為平衡在所述放大器電路的第一和第二輸入之間的共模電壓。所述濾波器電路可以包括配置為接收所述共模電壓的共模輸入，在共模輸入和放大器電路的第一輸入之間耦合的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)，以及在共模輸入和放大器電路的第二輸入之間耦合的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)。所述濾波器電路可以提供1赫茲以下的低頻極點(diǎn)。在一些特定示例中，提供集成電路高阻抗網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以包括在第一和第二節(jié)點(diǎn)之間耦合的反并聯(lián)二極管對(duì)。所述反并聯(lián)二極管對(duì)可以包括具有結(jié)的第一二極管和具有Ν+/Ρ ^結(jié)的第二二極管。在一個(gè)示例中，所述第一二極管和第二二極管可以包括公共襯底。在一個(gè)示例中，集成電路網(wǎng)絡(luò)利用非常小的電路襯底區(qū)域提供極高的阻抗。在一個(gè)示例中，高阻抗網(wǎng)絡(luò)可以在集成電路中允許極低頻率的極點(diǎn)(例如，低到幾分之一赫茲)。本發(fā)明內(nèi)容部分旨在提供有關(guān)本專利申請(qǐng)主題的綜述。而不是意圖提供本發(fā)明的排他的或詳盡的解釋。所述詳細(xì)說(shuō)明用于提供有關(guān)本專利申請(qǐng)的進(jìn)一步的信息。


附圖不一定按比例描繪，其中相似的附圖標(biāo)記表示不同附圖中相同的部件。具有不同下標(biāo)字母的相似附圖標(biāo)記可以表示相同部件的不同實(shí)例。所述附圖一般性地通過(guò)示例說(shuō)明當(dāng)前說(shuō)明書(shū)中所討論的多個(gè)實(shí)施例，但不構(gòu)成對(duì)其的限制。圖1 一般性地說(shuō)明放大器的示例。圖2 —般性地說(shuō)明阻抗平衡放大器的示例。
4
圖3 —般性地說(shuō)明在圖1-2的示例電路中的噪聲功率和頻率之間關(guān)系的示例。圖4 一般性地說(shuō)明集成電路高阻抗網(wǎng)絡(luò)的電路圖的示例。圖5A —般性地說(shuō)明集成電路高阻抗網(wǎng)絡(luò)的電路圖的示例。圖5B —般性地說(shuō)明集成電路高阻抗網(wǎng)絡(luò)的一部分的硅橫截面。
具體實(shí)施例方式集成電路已經(jīng)小型化，以能夠容納與電路關(guān)聯(lián)的無(wú)源元件，包括電容器以及這些電容器的電容。電容器和阻抗器件，例如電阻器，可被用于濾波器電路以例如用來(lái)建立濾波器的極點(diǎn)。濾波器的極點(diǎn)可以提供有關(guān)通過(guò)或拒絕特定信號(hào)頻率的電路能力指示。對(duì)于需要低頻極點(diǎn)的電路，集成電路降低的電容水平要求更多的用于電容器的區(qū)域或更多的用于較大阻抗器件的區(qū)域。本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種用于集成電路的高阻抗網(wǎng)絡(luò)，以利用非常小的芯片面積提供極高的阻抗。高阻抗器件可用于具有極低頻率極點(diǎn)的片上濾波器電路。這種極點(diǎn)可以在幾分之一赫茲的數(shù)量級(jí)。所述高阻抗網(wǎng)絡(luò)的小尺寸允許在不明顯犧牲芯片空間的情況下使用集成電路。在多個(gè)示例中，可以通過(guò)使用與放大器電路集成的一個(gè)或多個(gè)高阻抗網(wǎng)絡(luò)，以降低與集成電路濾波器的共模電源相關(guān)的失真。在一些示例中，可以利用一個(gè)或多個(gè)高阻抗網(wǎng)絡(luò)對(duì)要求高品質(zhì)片外(off-chip)共模電源的放大器電路進(jìn)行修改，以允許在一些特定示例中，將低品質(zhì)片上共模電源與集成電路放大器相集成，而不犧牲放大器的性能或不明顯增加所述集成電路的尺寸。這些改善可以降低與更高質(zhì)量的片外電源相關(guān)的成本和尺寸。在一些示例中，根據(jù)本發(fā)明主題對(duì)一個(gè)或多個(gè)高阻抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成可以改善集成放大器電路的電源抑制，從而可以提高電路的效率，同時(shí)降低與傳統(tǒng)的解決方案相關(guān)的成本和尺寸。圖1 一般性地說(shuō)明了單端到差分放大器電路100的示例。單端到差分放大器電路 100可以包括第一放大器101和第二放大器102，配置為在第一輸入106處接收信號(hào)(例如來(lái)自單端源108)和產(chǎn)生差分輸出(例如Voutp到Voutn)。在一個(gè)示例中，單端到差分放大器電路100可以包括一個(gè)或多個(gè)一定大小的阻抗，以提供第一輸入106上所接收信號(hào)的需要的放大水平。在一個(gè)示例性示例中，所述一個(gè)或多個(gè)阻抗可以包括一定大小的第一、第二和第三電阻器103、104、105，以提供第一輸入106上接收信號(hào)的需要的放大水平。在某些示例中，所述單端到差分放大器電路100可以包括在第一和第二放大器101，102的同相輸入之間耦合的阻抗網(wǎng)絡(luò)107。阻抗網(wǎng)絡(luò)107可以允許偏置第一放大器101的同相輸入，在某些示例中，通過(guò)對(duì)所述第一輸入106處的接收信號(hào)進(jìn)行偏移，可以使得第一和第二放大器 101，102的動(dòng)態(tài)范圍不會(huì)使得所關(guān)心的信號(hào)或所關(guān)心的信號(hào)部分失真。在一個(gè)示例中，單端到差分放大器電路100可以包括第二輸入109。在一個(gè)示例中，共模電壓可以施加到第二輸入109，以允許第一和第二放大器101、102的輸出能夠響應(yīng)于所述信號(hào)在一線性工作范圍內(nèi)變化。在阻抗網(wǎng)絡(luò)107具有大電阻的示例中，當(dāng)信號(hào)源108 處于0伏時(shí)，第一和第二放大器101，102的輸出電壓可以等于施加到第二輸入109上的共模電源110的電壓。在一個(gè)示例中，單端到差分放大器電路100的增益可以表示為，
V 及
-. ^outp ^ou
R3 R3
假定耦合到第一輸入106的器件的電容顯著高于第一放大器101的電容，第一輸入106的低頻極點(diǎn)可以由所述器件(例如單端源108)的電容Cin和阻抗網(wǎng)絡(luò)107的阻抗Z 定義，結(jié)果在節(jié)點(diǎn)A 118處的電壓Va可以表示為，
權(quán)利要求
1.一種放大系統(tǒng)，包括放大器電路，具有配置為接收單端信號(hào)的第一輸入；第二輸入；以及配置為提供所述單端信號(hào)的放大呈現(xiàn)的差分輸出；和濾波器電路，配置為平衡在所述放大器電路的第一和第二輸入之間的共模電壓，所述濾波器電路包括共模輸入，配置為接收所述共模電壓；第一阻抗網(wǎng)絡(luò)，耦合在所述共模輸入和所述放大器電路的第一輸入之間；和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)，耦合在所述共模輸入和所述放大器電路的第二輸入之間；其中所述濾波器電路配置為提供1赫茲以下的低頻極點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗實(shí)質(zhì)上相等。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述放大器電路包括耦合在第二輸入和所述單端信號(hào)的基準(zhǔn)之間的電容器，該電容器配置為提供與耦合到第一輸入的信號(hào)源的電容相對(duì)應(yīng)的電容。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，所述電容器的電容等于或高于所述信號(hào)源的電容。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)包括第一和第二二極管，所述第一和第二二極管作為反并聯(lián)二極管對(duì)耦合在所述共模輸入和第一輸入之間。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第一二極管包括P+/Nwe&結(jié)。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中第一二極管包括具有P+/Nwe&結(jié)的PMOS晶體管。
8.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第二二極管包括N+/Pwe&結(jié)。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中第二二極管包括具有P+/Nwe&結(jié)的NMOS晶體管。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述NMOS晶體管包括配置為將電路襯底與所述NMOS晶體管隔離開(kāi)的深N阱。
11.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第一二極管包括第一PNP型晶體管的基極/發(fā)射極結(jié)。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中第二二極管包括第二PNP型晶體管的基極/發(fā)射極結(jié)。
13.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第一二極管和第二二極管包括公共襯底。
14.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述公共襯底包括藍(lán)寶石上硅襯底。
15.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，包括耦合到所述共模輸入的共模信號(hào)源。
16.一種集成電路，包括濾波器電路，配置為平衡在放大器電路的第一和第二輸入之間的共模電壓，所述濾波器電路包括共模輸入，配置為接收所述共模電壓；第一阻抗網(wǎng)絡(luò)，耦合在所述共模輸入和所述放大器電路的第一輸入之間；和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)，耦合在所述共模輸入和所述放大器電路的第二輸入之間。
17.如權(quán)利要求16的集成電路，包括放大器電路，其中第一輸入配置為接收單端信號(hào)， 以及其中所述放大器電路包括配置為提供所述單端信號(hào)的放大呈現(xiàn)的差分輸出。
18.如權(quán)利要求17的集成電路，其中第一和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗實(shí)質(zhì)上相等。
19.如權(quán)利要求18的集成電路，其中裝置包括集成電路，該集成電路包括所述放大器電路和所述濾波器電路。
20.如權(quán)利要求19的集成電路，其中所述集成電路包括耦合到所述共模輸入的共模信號(hào)源。
21.一種用于操作放大器電路的方法，所述方法包括使用濾波器電路以及第一和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)來(lái)平衡放大器電路的第一和第二輸入之間的共模電壓，該濾波器電路具有低于1赫茲的低頻極點(diǎn)，所述平衡使用包括所述放大器電路和所述濾波器電路的集成電路； 其中所述平衡包括在所述濾波器電路的共模輸入接收所述共模電壓；利用第一阻抗網(wǎng)絡(luò)對(duì)到所述放大器電路的第一輸入的共模電壓進(jìn)行濾波；和利用第二阻抗網(wǎng)絡(luò)對(duì)到所述放大器電路的第二輸入的共模電壓進(jìn)行濾波。
22.如權(quán)利要求21的方法，包括在所述放大器電路的第一輸入接收單端信號(hào)；和在所述放大器電路的差分輸出提供所述單端信號(hào)的放大呈現(xiàn)。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中第一和第二阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗實(shí)質(zhì)上相等。
24.如權(quán)利要求22的方法，其中平衡所述共模電壓包括利用具有所述濾波器電路和所述放大器電路的集成電路。
25.如權(quán)利要求M的方法，包括利用共模信號(hào)源向所述濾波器電路的共模輸入提供共模信號(hào)，其中所述集成電路包括所述共模信號(hào)源。
全文摘要
一種用于集成電路的裝置和方法，提供了單端到差分放大器。在一個(gè)示例中，所述放大器可以包括放大器電路，放大器電路具有配置為接收單端信號(hào)的第一輸入；第二輸入；以及配置為提供所述單端信號(hào)的放大表示的差分輸出。所述放大器可以包括配置為平衡在所述放大器電路的第一和第二輸入之間的共模電壓的濾波器電路。所述濾波器電路可以包括配置為接收所述共模電壓的共模輸入，在共模輸入和放大器電路的第一輸入之間耦合的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)，以及在放大器電路的第二輸入和共模輸入之間耦合的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)。所述濾波器電路可以提供1赫茲以下的低頻極點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F3/45GK102386863SQ201110258098
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者哈維耶·雅撒, 安德魯·M·喬丹 申請(qǐng)人:飛兆半導(dǎo)體公司