[發明專利]一種單端輸出的低噪聲全差分開關電容濾波器

有效

• 申請號: 202010419345.6
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111446946B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 李恒;王磊
• 申請（專利權）人: 蘇州真感微電子科技有限公司
• 主分類號: H03H11/12
• 分類號: H03H11/12
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

本發明提出一種單端輸出的低噪聲全差分開關電容濾波器，通過將雙端轉單端電路內置在全差分開關電容濾波器的環路內，所述雙端轉單端電路的輸出端通過開關管與全差分開關電容濾波器的反饋電容對相連。本發明的結構不僅能實現傳統的雙端轉單端輸出的功能，還能實現抑制雙端轉單端電路的噪聲和失配影響、以及slew?rate帶來的信號非線性。

技術領域

本發明涉及傳感器和其他物理信號的采集、放大、模數轉換(ADC)，適用于高靈敏度信號鏈路系統，尤其是弱信號傳感器的信號采集和調理，在汽車、家電、工業自動化、機器人、物聯網以及軍工領域有廣泛適用性。

背景技術

為了從一個開關電容濾波器的雙端輸出信號得到一個單端信號，傳統的方式如圖1所示。全差分開關電容濾波器(圖中示意的SCF是1階低通濾波器，但是本文所指不僅限于此)的雙端輸出直接接一個雙端轉單端電路，以實現所需要求。

其中，119是輸入信號，120是輸入的直流偏置電壓；

128為全差分放大器，124是差分放大器；

114，111為SCF的積分電容；

103，116為SCF的輸入級采樣電容；

102，112為SCF的反饋電容；

108，110為SCF的開關部件，受時序圖中的131時序控制；

107，109，106，115為SCF的開關部件，受時序圖中的132時序控制，為避免開關關斷時電荷注入對信號的影響，132時序的下降沿要比131時序來的晚一些；

104，117為SCF的開關部件，受時序圖中的133時序控制；

101，118，105，113為SCF的開關部件，受時序圖中的134時序控制，為避免開關關斷時電荷注入對信號的影響，134時序的下降沿要比133時序來的晚一些；

133，134時序與131，132時序互相非交疊。

121，122，126，127為雙端轉單端電路中的阻抗部件，雖然圖中示意為電阻，但本文所指不僅限至此，例如也有可能是使用開關電容技術實現的阻抗部件；

123，125為雙端轉單端電路中的電容器件。

以上描述的是傳統全差分開關電容濾波器雙端轉單端電路架構。由于其雙端轉單端電路與全差分開關電容濾波器電路相對獨立，以直接級聯的方式實現，其不可避免有以下缺陷：

1)，雙端轉單端電路的噪聲和失調會直接對輸出電壓產生影響。這些噪聲和失調來源包括差分放大器124，阻抗器件121、126、127等；

2)，若想彌補上述缺陷1)，勢必需要增大差分放大器124的面積和功耗，以及電阻器121、127、122、126的面積，以降低它們帶來的失配和噪聲。與此同時，對于這些器件在晶片中的layout也需謹慎布置，以降低失配。

3)，開關電容濾波器的slew?rate帶來的影響，會加重最終單端輸出的信號非線性。原因在于，如圖5所示，slew?rate會導致開關電容濾波器輸出有一個跟信號相關的glitch產生，這個glitch大小隨信號幅度變化，信號幅度越大，glitch對信號的影響也會越大，這會使信號非線性加劇。

本文基于以上傳統結構，提出了一種創新的結構，這種新的結構在完成傳統任務的同時，也解決了上述缺陷。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種單端輸出的低噪聲全差分開關電容濾波器，通過將雙端轉單端電路內置在全差分開關電容濾波器的環路內，實現抑制雙端轉單端電路的噪聲和失配影響、以及slew?rate帶來的信號非線性。

實現本發明目的的技術解決方案為：