[發(fā)明專利]斬波放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410312521.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN104124935B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 長(zhǎng)久武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社理光
• 主分類號(hào): H03F3/45
• 分類號(hào): H03F3/45
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 安之斐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種放大有限低頻信號(hào)的斬波放大器。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，例如公開號(hào)2006-279377的日本專利申請(qǐng)公開了一種放大有限低頻檢測(cè)信號(hào)的斬波放大器。

該斬波放大器包含斬波調(diào)制器、差分放大器和斬波解調(diào)器，其中斬波調(diào)制器用于通過特定控制信號(hào)調(diào)制有限低頻輸入信號(hào)并且輸出調(diào)制信號(hào)，差分放大器用于差分放大該調(diào)制信號(hào)，斬波解調(diào)器用于依照該控制信號(hào)解調(diào)經(jīng)差分放大的調(diào)制信號(hào)用于輸出。

圖5示出了典型的斬波放大器的實(shí)例，并且圖6A至6F示出了圖5中的斬波放大器的多個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電壓波形和頻譜。圖6A示出了柵極控制信號(hào)圖5中的斬波調(diào)制器1和斬波解調(diào)器2每一個(gè)均包含NMOS晶體管。當(dāng)高電平柵極控制信號(hào)被施加至NMOS晶體管的柵極時(shí)，NMOS晶體管導(dǎo)通，而當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào) 被施加至NMOS晶體管的柵極時(shí)，NMOS晶體管不導(dǎo)通。

圖6B示出了來自信號(hào)源的電壓(信號(hào))S1和來自偏置源(bias source)的電壓B1。該偏置源恒定地輸出DC電壓，用來為放大器提供偏壓。圖6C示出了信號(hào)S1的頻譜，并且圖6D示出了調(diào)制器的輸出，即，由斬波調(diào)制器1通過調(diào)制圖6B中的電壓波形所獲得的信號(hào)。圖6E示出了具有頻率分量f_s的信號(hào)S1被轉(zhuǎn)換為具有頻率分量f_chop±f_s，3f_chop±f_s，......的信號(hào)。

在圖6F中，信號(hào)通過放大器采用增益A被放大。圖6G示出了放大器的輸出電壓的頻譜，并且從其中可以看出放大器的1/f噪聲和信號(hào)被分頻(fequency-separated)。在圖6H中放大器的輸出電壓被斬波解調(diào)器2解調(diào)。在圖6I中，信號(hào)分量的頻率被恢復(fù)為轉(zhuǎn)換之前的頻率，并且放大器的1/f噪聲被斬波解調(diào)器2轉(zhuǎn)換至接近f_chop的頻帶內(nèi)。

在圖6J、6K中，僅有1/f噪聲被低通濾波器(LPF)截止，并且信號(hào)S1從信號(hào)源輸出而沒有改變。即，斬波放大器操作使低頗范圍內(nèi)信號(hào)移至高頻范圍，分離了 信號(hào)分量和1/f噪聲的頻帶，并且放大了信號(hào)。

然而，采用該斬波放大器存在一個(gè)問題，當(dāng)斬波調(diào)制器1的N_ch晶體管開關(guān)從不導(dǎo)通的狀態(tài)轉(zhuǎn)變至導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，由于發(fā)生時(shí)鐘饋通(clock feedthrough)，所以剩余偏置(residual offset)被施加至LPF的輸出OUT的電壓。

這主要由信號(hào)源和偏置源的輸出電阻之間的失配(mismatch)、晶體管開關(guān)的柵極-源極電容之間的失配、或放大器的兩個(gè)輸入端子的輸入電容之間的失配所引起。在下文中，會(huì)描述一個(gè)實(shí)例。

圖7是實(shí)例形式的斬波放大器的電路圖，示出了信號(hào)源S1的輸出電阻R1、偏置源B1的輸出電阻R2、調(diào)制器的四個(gè)N_ch晶體管的柵極-源極電容C_gs、和放大器的+和-輸入端子的輸入電容C。為簡(jiǎn)單起見，假定晶體管開關(guān)的柵極-源極電容C_gs是相同的，并且+輸入端子的輸入電容C也是相同的，并且僅在輸出電阻R1與R2之間發(fā)生失配，并且R1＜R2。當(dāng)調(diào)制器內(nèi)部的開關(guān)從不導(dǎo)通狀態(tài)切換至導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)的N_ch晶體管的柵極電位從GND轉(zhuǎn)變至VDD，將電荷注入至電源(時(shí)鐘饋通)。因?yàn)檫@個(gè)原因，信號(hào)源S1和偏置源B1的輸出電壓升高V_ing一會(huì)兒，其中V_ing＝V_dd(C_gs/(C_gs+C))。通過時(shí)鐘饋通被注入至電容C中的電荷朝信號(hào)源和偏置源放電。在圖8B中，示出了當(dāng)放電時(shí)信號(hào)源和偏置源的瞬態(tài)響應(yīng)(transient response)。由于偏置源B1的輸出電阻R2大于信號(hào)源S1的輸出電阻R1，因此對(duì)于輸出電阻R2來說會(huì)比輸出電阻R1花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間平復(fù)(settle)。這在調(diào)制器開關(guān)切換之后，在放大器的輸出波形中立即引起一個(gè)尖峰(圖8D)。如圖8E所示，該尖峰波形穿過解調(diào)器而沒有改變，并且被施加至LPF。LPF輸出的電壓是特定時(shí)刻波形的平均值，因此對(duì)應(yīng)尖峰波形的電壓變成了被添加至LPF輸出電壓的偏置。在圖8F中，被施加至放大器輸入的尖峰波形以LPF輸出電壓中的特定剩余偏置的形式出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可消除剩余偏置的斬波放大器。