[發(fā)明專利]一種帶內(nèi)置放大器的低噪聲開關(guān)電容電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810071869.X
• 申請日: 2008-09-26
• 公開（公告）號: CN101364800A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許肖鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 海芯科技（廈門）有限公司
• 主分類號: H03H19/00
• 分類號: H03H19/00;H03F3/45
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務(wù)所
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開關(guān)電容電路，尤其是涉及一種帶內(nèi)置放大器的低噪聲開關(guān)電容電路。可應(yīng)用于包括開關(guān)電容放大器，開關(guān)電容積分器和其它多種類型的開關(guān)電容電路。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的開關(guān)電容電路采用電容的比例和開關(guān)的組合，通過對電容上電荷的操作，達到對信號進行處理的目的。由于開關(guān)電容自身的采樣噪聲，即KT/C熱噪聲，使得低噪聲開關(guān)電容電路所需要的電容值C很大。這樣不僅造成芯片面積隨系統(tǒng)噪聲要求的提高而成比例增加，而且為了能驅(qū)動大的電容，所需要的運算放大器的功耗和所占芯片的面積也同時按比例增加。除此以外，如果所使用的工藝為CMOS工藝，運算放大器的低頻噪聲，即1/f閃爍噪聲，成為整個開關(guān)電容電路系統(tǒng)的低頻噪聲瓶頸。圖1所示為一個典型的開關(guān)電容電路用于信號放大的放大器電路(R.Gregorian?and?G.C.Temes，Analog?MOS?Integrated?Circuits?for?SignalProcessing，New?Yerk，Wiley，1986)，該電路為單端信號電路，同理也可應(yīng)用于差分信號電路。開關(guān)S1，S2，S3，S4和S5，由一組非交疊時鐘P1和P2控制，其中，開關(guān)S1、S3和S5由時鐘信號P1控制，開關(guān)S2和S4由時鐘信號P2控制，時鐘信號P1和P2為非交疊時鐘。

該電路在時鐘P1為高電平時，輸入信號V1對電容C1充電，同時C2被放電。在時鐘P2為高電平時，C1上的電荷被放電而充入C2。輸出電壓即為V2＝(C1/C2)V1。開關(guān)電容放大器電路的放大系數(shù)為C1/C2。

由于系統(tǒng)的低噪聲要求，造成電容C1，C2以及運算放大器OP所占芯片的面積和功耗很大。此外，CMOS運算放大器的低頻1/f閃爍噪聲也是一個重要的問題。目前國內(nèi)外最先進的模擬集成電路技術(shù)對于CMOS運算放大器的低頻1/f閃爍噪聲，通常采用相關(guān)雙采樣技術(shù)(correlated?double?sampling)或者是采用斬波放大器(chopping?amplifier)的技術(shù)。這些現(xiàn)有的技術(shù)可有效地降低CMOS運算放大器的低頻1/f閃爍噪聲，但是卻無法解決(降低)開關(guān)電容的采樣噪聲(KT/C噪聲)。因而也無法解決因系統(tǒng)低噪聲的要求而導致的電容C1以及運算放大器OP所占芯片面積和功耗大的問題。

為了達到低噪聲的指標，同時又能減小電容C1和運算放大器OP所占的芯片面積和功耗，常見的技術(shù)方法是在開關(guān)電容放大器的輸入前端增加一級或多級有源放大電路(見產(chǎn)品規(guī)格書：美國Texas?Instruments，ADS1230Product?Data?Sheet，July2007)，如圖2所示。

有源放大器的輸出為：V1＝V0×(R1+R2)/R2，放大系數(shù)為(R1+R2)/R2。由于輸入信號V0被有源放大器放大了(R1+R2)/R2倍，使得系統(tǒng)的噪聲指標對開關(guān)電容放大器的噪聲要求減小了(R1+R2)/R2倍。采用這種電路方案可以有效減小電容C1和運算放大器OP2所占的芯片面積和功耗。但是有源放大器所用的運算放大器OP1的低頻噪聲，尤其是其低頻的1/f閃爍噪聲，成了整個系統(tǒng)的低頻噪聲瓶頸。將有源放大器改為斬波放大器可有效的將有源放大器的低頻噪聲調(diào)置到信號頻率范圍之外，但斬波放大器的輸出通常需要很大的電容來濾波(見產(chǎn)品規(guī)格書：美國Texas?Instruments，ADS1230Product?Data?Sheet，July2007)。

在開關(guān)電容集成電路技術(shù)中，至今未見有關(guān)將有源放大器直接置于開關(guān)電容電路內(nèi)的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種帶內(nèi)置放大器的低噪聲開關(guān)電容電路。

本發(fā)明的技術(shù)方案是將有源放大器置于開關(guān)電容電路之中，使其成為開關(guān)電容電路中的一部分，利用開關(guān)電容電路對電容充電和放電的時鐘周期，將有源放大器的低頻噪聲有效地轉(zhuǎn)移到信號的頻率范圍之外。

本發(fā)明設(shè)有開關(guān)電容電路和有源放大器，開關(guān)電容電路設(shè)有開關(guān)、電容和放大器。有源放大器的輸入端與開關(guān)連接，有源放大器的輸出端與電容連接，電容與運算放大器的負輸入端連接。

電容可通過第2開關(guān)與運算放大器的負輸入端連接。

第1開關(guān)和第2開關(guān)可根據(jù)需要任意組合。

運算放大器的輸出端可根據(jù)需要通過電容或開關(guān)與運算放大器的負輸入端相連。