斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器中注入電荷的抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及運(yùn)算放大器領(lǐng)域，更具體地涉及一種斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器中注入電荷 的抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在諸多專業(yè)領(lǐng)域，人們希望運(yùn)算放大器具有低偏置電壓、低偏置漂移、低1/f噪聲 的特點(diǎn)，斬波穩(wěn)零和自動(dòng)調(diào)零是為達(dá)到這種目的而常采用的兩種技術(shù)，它們被廣泛用于減 小放大器偏置電壓和漂移的電路中。因自動(dòng)調(diào)零技術(shù)會(huì)導(dǎo)致白噪聲的混疊，在追求更低的 輸入電壓噪聲的時(shí)候，斬波穩(wěn)零技術(shù)被更多應(yīng)用。但斬波穩(wěn)零技術(shù)會(huì)因?yàn)閿夭ㄆ鞯氖褂枚?帶來(lái)注入電荷的問(wèn)題，注入電荷將導(dǎo)致殘余失調(diào)電壓和輸入電流噪聲的增大。注入電荷是 由于模擬開(kāi)關(guān)的非理想性所致，通常認(rèn)為由時(shí)鐘饋通效應(yīng)（clockfeed-through)和注入電 荷效應(yīng)（chargeinjection)產(chǎn)生。諸多文獻(xiàn)表明，殘余失調(diào)電壓與注入電荷正相關(guān)，輸入 電流噪聲與注入電荷的均方根正相關(guān)。當(dāng)要求更低的偏置電壓、更低的偏置漂移、更低的1/ f噪聲和更低的輸入電流噪聲時(shí)，就有必要減小注入電荷的影響。
[0003] 對(duì)于低噪聲要求的斬波穩(wěn)零放大器，需要使用更低導(dǎo)通阻抗的模擬開(kāi)關(guān)，而這種 類型的開(kāi)關(guān)通常注入電荷也較大，這進(jìn)一步加劇了對(duì)能夠減小注入電荷的方法的需求。
[0004] 在解決注入電荷的問(wèn)題上人們使用了多種手段，如嵌套斬波（nestedchopping)、 尖峰濾波（spikefiltering)、死區(qū)運(yùn)用（theuseofdeadband)等，這些技術(shù)在一定程度 上降低了注入電荷對(duì)殘余失調(diào)電壓的影響，但每種方法都多多少少存在一定局限，并且這 幾種方法均是在信號(hào)調(diào)制之后方才對(duì)注入電荷進(jìn)行抑制，并不能改變注入電荷對(duì)輸入電流 噪聲的影響。采用全差分開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的斬波器可以在調(diào)制時(shí)便對(duì)注入電荷進(jìn)行抑制，但尚不 能完全抑制注入電荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種斬波穩(wěn)零放大器中注入 電荷的抑制方法，以使斬波穩(wěn)零放大器具有更低電流噪聲、更低失調(diào)電壓。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種斬波穩(wěn)零放大器 中注入電荷的抑制方法，通過(guò)由與所述斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器的輸入斬波器具有相同結(jié)構(gòu)的 可調(diào)斬波器產(chǎn)生與所述輸入斬波器所產(chǎn)生的注入電荷相同頻率、幅值相等、相位相反的信 號(hào)，并控制時(shí)鐘序列的幅度以調(diào)節(jié)可調(diào)斬波器所產(chǎn)生的注入電荷大小，使之達(dá)到與所述輸 入斬波器所產(chǎn)生的注入電荷有相同幅值、相反相位，從而達(dá)到相對(duì)消的目的。
[0007] 作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器，包括：
[0008] 主運(yùn)算放大器；
[0009] 輸入斬波器和輸出斬波器，其中所述輸入斬波器連接到所述主運(yùn)算放大器的輸 入，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行斬波并將斬波輸入信號(hào)施加到所述主運(yùn)算放大器的輸入；所述輸 出斬波器連接到所述主運(yùn)算放大器的輸出，用于對(duì)所述主運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行斬 波；
[0010] 注入電荷抑制電路，具有連接到所述輸入斬波器的輸出，通過(guò)與所述輸入斬波器 的斬波時(shí)鐘頻率同步操作來(lái)對(duì)所述輸入斬波器的注入電荷進(jìn)行抑制。
[0011] 其中，所述注入電荷抑制電路包含兩個(gè)通道，第一通道連接至所述輸入斬波器的 第一開(kāi)關(guān)2-1、第二開(kāi)關(guān)2-2,第二通道連接至所述輸入斬波器的第三開(kāi)關(guān)2-3、第四開(kāi)關(guān) 2-4,所述注入電荷抑制電路包括：
[0012] 時(shí)鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生斬波器所需的時(shí)鐘信號(hào)；
[0013] 可調(diào)斬波器，由第九開(kāi)關(guān)11-1、第十開(kāi)關(guān)11-2、第十一開(kāi)關(guān)11-3、第十二開(kāi)關(guān)11-4 組成，第九開(kāi)關(guān)11-1和第十開(kāi)關(guān)11-2的輸入端相連接作為所述注入電荷抑制電路的第一 通道，第十一開(kāi)關(guān)11-3和第十二開(kāi)關(guān)11-4的輸入端相連接作為所述注入電荷抑制電路的 第二通道，第九開(kāi)關(guān)11-1和第十一開(kāi)關(guān)11-3的輸出端短接，第十開(kāi)關(guān)11-2和第十二開(kāi)關(guān) 11-4的輸出端短接。
[0014] 注入電荷調(diào)節(jié)電路，由電阻RUR2構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓跟隨器組成，輸入 端連接至?xí)r鐘發(fā)生器，輸出端分成兩路，一路連接至可調(diào)斬波器中第九開(kāi)關(guān)11-1和第十二 開(kāi)關(guān)11-4的時(shí)鐘控制端，一路通過(guò)反相器后連接至可調(diào)斬波器中第十開(kāi)關(guān)11-2和第十一 開(kāi)關(guān)11-3的時(shí)鐘控制端。
[0015] 其中，所述第一開(kāi)關(guān)2-1、第四開(kāi)關(guān)2-4、第五開(kāi)關(guān)6-5、第八開(kāi)關(guān)6-8由第一時(shí)鐘序 列控制，第二開(kāi)關(guān)2-2、第四開(kāi)關(guān)2-4、第六開(kāi)關(guān)6-6、第七開(kāi)關(guān)6-7由第二時(shí)鐘序列控制，第 九開(kāi)關(guān)11-1和第十二開(kāi)關(guān)11-4由第三時(shí)鐘序列控制，第十開(kāi)關(guān)11-2和第十一開(kāi)關(guān)11-3 由第四時(shí)鐘序列控制。
[0016] 其中，所述第一至第四時(shí)鐘序列為頻率相同的方波信號(hào)，以及所述第一時(shí)鐘序列 和所述第二時(shí)鐘序列相位相差半個(gè)周期，幅值相同；所述第三時(shí)鐘序列和所述第四時(shí)鐘序 列相位相差半個(gè)周期，幅值相同；所述第一時(shí)鐘序列和所述第三時(shí)鐘序列相位相同，但幅值 不同；所述第二時(shí)鐘序列和所述第四時(shí)鐘序列相位相同，但幅值不同。
[0017] 其中，所述第一時(shí)鐘序列和所述第三時(shí)鐘序列相位相差半個(gè)周期，同時(shí)所述第二 時(shí)鐘序列和所述第四時(shí)鐘序列相位相差半個(gè)周期。
[0018] 其中，所述可調(diào)斬波器所產(chǎn)生的注入電荷與所述輸入斬波器所產(chǎn)生的注入電荷幅 值相同、相位相反。
[0019] 其中，所述可調(diào)斬波器所產(chǎn)生的注入電荷大小能通過(guò)調(diào)節(jié)所述可調(diào)斬波器的時(shí)鐘 控制序列的幅值來(lái)控制。
[0020] 其中，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的比值以達(dá)到對(duì)所述可調(diào)斬波器的時(shí)鐘控制序列的 幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0021] 作為本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器中注入電荷 的抑制方法，包括以下步驟：
[0022] 調(diào)節(jié)如上任意一項(xiàng)所述的斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器中的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的比值，以調(diào)節(jié) 所述注入電荷抑制電路產(chǎn)生的注入電荷大小，使之達(dá)到與所述輸入斬波器所產(chǎn)生的注入電 荷有相同幅值、相反相位，從而實(shí)現(xiàn)抑制注入電荷的目的。
[0023] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的斬波穩(wěn)零放大器中注入電荷的抑制方法及采 用該方法的斬波穩(wěn)零放大器具有以下有益效果：在調(diào)制端對(duì)注入電荷進(jìn)行抑制，減小注入 電荷對(duì)電流噪聲的影響，在不明顯增大輸入電壓噪聲的同時(shí)降低了輸入電流噪聲，得到了 低輸入電壓噪聲、低輸入電流噪聲的斬波穩(wěn)零放大器；進(jìn)一步減小斬波穩(wěn)零放大器的失調(diào) 電壓，實(shí)現(xiàn)了更低1/f噪聲拐點(diǎn)的斬波穩(wěn)零放大器。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的斬波穩(wěn)零放大器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0025] 圖2為斬波穩(wěn)零放大器中注入電荷抑制電路的詳細(xì)框圖；
[0026] 圖3為斬波穩(wěn)零放大器各時(shí)鐘序列的時(shí)序圖；
[0027] 圖4為注入電荷波形及其產(chǎn)生失調(diào)電壓示意圖；
[0028] 圖5為注入電荷抑制效果示意圖，包含現(xiàn)有技術(shù)下輸入斬波器產(chǎn)生的注入電荷波 形和使用本發(fā)明進(jìn)行抑制后輸入斬波器產(chǎn)生的注入電荷波形。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語(yǔ)，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030] 本發(fā)明利用注入電荷對(duì)消的思想，引入與斬波穩(wěn)零放大器中輸入斬波器所產(chǎn)生的 注入電荷相同頻率、幅值相等、相位相反的信號(hào)，利用該信號(hào)與注入電荷的對(duì)消作用，達(dá)到 抑制注入電荷的目的。該信號(hào)可由四個(gè)模擬開(kāi)關(guān)所組成的可調(diào)斬波器產(chǎn)生，可調(diào)斬波器與 輸入斬波器具有相同的結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制時(shí)鐘序列的幅度以調(diào)節(jié)可調(diào)斬波器所產(chǎn)生的注入電 荷大小，使之達(dá)到與輸入斬波器所產(chǎn)生的注入電荷有相同幅值、相反相位，進(jìn)而達(dá)到相對(duì)消 的目的。
[0031] 本發(fā)明的斬波穩(wěn)零放大器包括：一個(gè)主運(yùn)算放大器、一個(gè)輸入斬波器、一個(gè)輸出斬 波器和注入電荷抑制電路，其中輸入斬波器用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，輸出斬波器用于對(duì) 主運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。注入電荷抑制電路包括可調(diào)斬波器、電壓調(diào)節(jié)電路和 時(shí)鐘發(fā)生器?？烧{(diào)斬波器將通過(guò)與輸入斬波器的斬波時(shí)鐘頻率同步操作產(chǎn)生與輸入斬波器 幅值相同、相位相反的注入電荷，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)電路來(lái)調(diào)節(jié)可調(diào)斬波器注入電荷的大小，進(jìn) 而達(dá)到抑制注入電荷的目的。
[0032] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了