[實用新型]斬波放大電路及多級放大系統

有效

• 申請號: 201120476645.4
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN202334440U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 王國鵬;薄衛忠
• 申請（專利權）人: 無錫力芯微電子股份有限公司;無錫盛邁克傳感技術有限公司
• 主分類號: H03F1/30
• 分類號: H03F1/30;H03F1/26
• 代理公司: 無錫互維知識產權代理有限公司 32236
• 代理人: 王愛偉

【技術領域】

本實用新型涉及電路設計領域，尤其涉及斬波放大電路及多級放大系統。

【背景技術】

隨著物聯網的蓬勃發展，越來越多的產品領域用到了傳感器，有些傳感器的輸出信號非常小，一般在微伏級，而普通放大器的輸入失調在毫伏級。因此，普通放大器并不能滿足這些小信號輸出的傳感器的放大需求。

運算放大器的輸入失調電壓(Vos)的存在將造成對輸入電壓的誤差，而有限增益(A0)將造成放大器整體放大倍數的誤差。儀表放大器的關鍵性能指標是高精度和低噪聲。這要求其采用的內置運算放大器具有高電壓增益，低失調電壓和低輸入等效噪聲。運算放大器的輸入等效失調電壓的來源在于集成電路器件參數的失配，典型的雙極(bipolar)工藝會造成輸入失調電壓Vos在0.1mV左右，而CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)工藝造成的失調為雙極工藝的10倍甚至100倍。

現有的斬波放大電路可以降低輸入失調電壓。圖1示出了現有技術中一種典型的斬波放大電路。所述斬波放大電路包括第一斬波電路11、放大器1、第二斬波電路12和低通濾波電路(未圖示)。

所述第一斬波電路11包括四個開關單元11a、11b、11c和11d，斬波脈沖控制開關單元11a和11b的導通和截止，斬波脈沖控制開關單元11c和11d的導通和截止。所述第二斬波電路12包括四個開關單元12a、12b、12c和12d，斬波脈沖控制開關單元12a和21b的導通和截止，斬波脈沖控制開關單元12c和12d的導通和截止。其中，斬波脈沖和均為頻率為fc的方波信號，兩者相位相差180度，如圖2所示。

假設將所述斬波電路的各個開關單元設定為在高電平時導通，在低電平時截止。結合圖1和圖2所示，在t1時刻與t2時刻之間，斬波脈沖為高電平，斬波脈沖為低電平。因而，開關單元11a、11b、12a和12b導通。此時，第一斬波電路11的輸入端15與放大器1的正輸入端相連，第一斬波電路11的輸入端16與放大器1的負輸入端相連，所述放大器1的正輸出端30與第二斬波電路12的輸出端17相連，所述放大器1的負輸出端31與第二斬波電路12的輸出端18相連。

在t2時刻與t3時刻之間，斬波脈沖為低電平，斬波脈沖為高電平。因而，開關單元11c、11d、12c和12d導通。此時，第一斬波電路11的輸入端15與放大器1的負輸入端相連，第一斬波電路11的輸入端16與放大器1的正輸入端相連，所述放大器1的正輸出端30與第二斬波電路12的輸出端18相連，所述放大器1的負輸出端31與第二斬波電路12的輸出端17相連。

下面參照圖3A-3G描述圖1所示的斬波放大電路的每一個部分處的噪聲和輸入信號的頻率特征。圖3A-3F的曲線圖分別表示每一部分的頻率特征(縱軸為幅值，水平軸為頻率)，圖3G為斬波脈沖的示意圖。在此情形中，所述放大器1具有圖3C中所述的輸入噪聲和失調電壓Vn。

圖3A所示的頻率特性的輸入信號Vin被輸入，在第一斬波電路11處基于斬波脈沖(由于斬波脈沖是斬波脈沖的反相信號，因此兩個斬波脈沖實質上可以看成一個)進行調制，從而形成具有圖3B中所示的頻率特性的調制信號。之后，在放大器1中，圖3C所示的輸入噪聲和失調電壓Vn被疊加到將要從所述放大器1輸出的調制信號上，得到如圖3D中所示的放大信號。隨后，在第二斬波電路12基于斬波脈沖對放大信號進行解調，得到如圖3E所示的頻率特性的輸出信號。此時，所述斬波電路12將放大器1的輸入噪聲和失調電壓Vn被調制至所述斬波脈沖的頻率的奇數倍的頻率上。低通濾波器13用于濾除所述第二斬波電路12輸出的信號的高頻分量，從而獲得具有圖3F中所示的頻率特征的輸出信號。

可以看出，典型的斬波放大電路通過調制和解調過程將噪聲和有效信號在頻域上進行分離并采用低通濾波器將失調和噪聲濾除。然而，現有典型的斬波放大電路仍然有10uV左右的失調電壓，這是由于在斬波過程中開關信號對信號通路造成沖擊形成了尖峰信號，這個尖峰信號通過低通濾波器后形成了殘余失調。此外，現有的斬波放大器一般增益較小，不能滿足大多數傳感器小信號放大的需要。

因此，有必要提出一種改進的信號放大方案來克服上述問題。

【實用新型內容】

本實用新型要解決的技術問題之一在于提供一種斬波放大電路，其具有較小的輸入失調電壓。

本實用新型要解決的技術問題之一在于提供一種多級放大系統，其具有較高的電壓增益。