[發(fā)明專利]一種超低輸入端直流失調(diào)的放大器和A/D轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310095309.9
• 申請(qǐng)日: 2013-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN103138760A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 戴祖渝
• 主分類號(hào): H03M1/12
• 分類號(hào): H03M1/12
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 李翀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高精度放大器領(lǐng)域，具體涉及一種超低輸入端直流失調(diào)的放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

高精度放大器如儀表放大器（Instrument?Amplifier)要求輸入端有非常低的直流失調(diào)（DC?offset），隨著應(yīng)用的不同，對(duì)于放大元件的輸入直流失調(diào)限制在幾十到幾百微伏(μV)不等。如果在放大元件的輸入端不做任何處理，使用雙極型晶體管為輸入級(jí)的放大元件的輸入端直流失調(diào)在1-3毫伏（mV）之間，使用絕緣柵MOS管為輸入級(jí)的放大元件輸入端直流失調(diào)可能會(huì)高達(dá)10毫伏，因此遠(yuǎn)不能滿足需要。

常用的降低放大元件的輸入端直流失調(diào)的方法有如下幾種：

方法1、在測(cè)試過程中測(cè)量并且對(duì)放大元件的輸入端直流失調(diào)進(jìn)行微調(diào)（trim），并將失調(diào)參數(shù)用一次編程的存儲(chǔ)單元（OTP）記錄在芯片上。這種做法生產(chǎn)成本很高，精度有限，并且無法消除直流失調(diào)隨溫度的漂移。

方法2、斬波放大法（chopping）如圖1所示，該方法將放大元件的輸入端直流失調(diào)調(diào)制到一個(gè)較高的載波頻率上，從而與低頻輸入信號(hào)分開。該方法雖然能消除直流失調(diào)的溫度漂移，但是放大元件的輸出信號(hào)中帶有兩倍頻的載波信號(hào)，還需要用額外的電路消除。

方法3、相關(guān)二次采樣法（correlated?double?sampling，CDS），如圖2所示，電容C1對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣時(shí)鐘信號(hào)ck1為高、ck2為低時(shí)，電容C2通過電容C3對(duì)放大元件的輸入端直流失調(diào)電壓進(jìn)行采樣保持，并在采樣時(shí)鐘信號(hào)ck1的下降沿上做記錄。該方法也能消除直流失調(diào)的溫度漂移，即當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)ck2為高、ck1為低時(shí)，電容C2與放大元件串聯(lián)，其記錄的輸入端直流失調(diào)電壓抵消了放大元件的輸入端直流失調(diào)，從而放大元件的輸入信號(hào)能夠無偏差地被放大。

以上方法2和3能夠達(dá)到的輸入端直流失調(diào)指標(biāo)為幾十到幾百微伏，剩余的直流失調(diào)主要來自電路的非理想性，如采樣開關(guān)的電荷注入（charge?injection），差分電路的匹配誤差（mismatch），以及電路每次開關(guān)動(dòng)作后放大器工作點(diǎn)的重新穩(wěn)定等。很多儀表放大器的新應(yīng)用中，要求放大元件的輸入端直流失調(diào)低于10微伏，并且要求有很低的溫度漂移，而上述方法均不能達(dá)到這樣的指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種可消除由于電路元件的非理想性造成的剩余直流失調(diào)的超低輸入端直流失調(diào)的放大器；以及使用該放大器作為前端采樣電路的A/D轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種超低輸入端直流失調(diào)的放大器，其特征在于：它包括依次連接的斬波調(diào)制器、采樣器、CDS采樣器和放大/積分器，一斬波解調(diào)器設(shè)置在所述采樣器之后的電路中；所述斬波調(diào)制器和斬波解調(diào)器使用斬波時(shí)鐘信號(hào)ck_chop，所述采樣器和CDS采樣器使用采樣時(shí)鐘信號(hào)ck。

所述斬波解調(diào)器設(shè)置在所述采樣器和CDS采樣器之間。

所述斬波解調(diào)器設(shè)置在所述CDS采樣器和所述放大/積分器之間。

所述斬波解調(diào)器設(shè)置在所述放大/積分器的輸出端。

對(duì)所述斬波時(shí)鐘信號(hào)ck_chop頻率、采樣時(shí)鐘信號(hào)ck頻率、相位的選取方法包括：

1）所述采樣時(shí)鐘信號(hào)ck的時(shí)序與所述斬波時(shí)鐘信號(hào)ck_chop的時(shí)序相關(guān)聯(lián)；

2）所述采樣時(shí)鐘信號(hào)ck的頻率是所述斬波時(shí)鐘信號(hào)ck_chop的整數(shù)倍；

3）所述斬波時(shí)鐘信號(hào)ck_chop的上升沿或下降沿與所述采樣時(shí)鐘信號(hào)ck的采樣沿重合。

所述放大/積分器的輸出端連接低通濾波器。

所述斬波解調(diào)器的輸出端連接低通濾波器。

一種使用上述超低輸入端直流失調(diào)的放大器的A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于：它包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端和基準(zhǔn)電壓輸入端均使用所述超低輸入端直流失調(diào)的放大器進(jìn)行采樣。

所述超低輸入端直流失調(diào)的放大器包括依次連接的斬波調(diào)制器、采樣器、CDS采樣器和放大/積分器，一斬波解調(diào)器設(shè)置在所述采樣器之后的電路中；所述信號(hào)輸入端上的CDS采樣器的輸入端與所述基準(zhǔn)電壓輸入端上的CDS采樣器的輸入端實(shí)現(xiàn)電流相減。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：