[發明專利]一種電容耦合斬波放大器

有效

• 申請號: 202010541735.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111697928B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李靖;吳健民;張中;寧寧;于奇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于集成電路領域，尤其涉及一種電容耦合斬波放大器。本發明通過將紋波抑制環路與跨導自舉技術相結合，紋波消除環路將放大器主通路輸出中的紋波轉化為電流，反饋回運放Gm1的輸出端，形成負反饋從而抑制了紋波，并在結合的過程中將紋波抑制環路中的跨導放大器的電流減小了B倍(B跨導自舉技術中電流鏡的放大倍數)；一方面提高運放第一級跨導，降低噪聲，同時減少了紋波抑制環路中跨導放大器的尾電流，從而降低了功耗。

技術領域

本發明屬于集成電路領域，尤其涉及一種電容耦合斬波放大器。

背景技術

隨著幾年來物聯網的飛速發展，越來越多的現實應用需要低頻信號測量裝置，如腦電圖(EEG)，心電圖(ECG)和肌電圖(EMG)等生物信號，都需要通過傳感器將這些生物信號轉化為電信號進行檢測。這些生物信號都十分微弱，小到幾十微伏到幾十毫伏的數量級，并且提供的頻率范圍只從直流到幾百Hz，在如此低的頻率下，通常會受到閃爍噪聲和失調電壓等非理想因素的影響，這種非理想因素已證明對信號的采集是相當不利的，因此有必要采取相對應的技術來消除這些非理想因素同時又能處理該微弱的生物信號，儀表放大器作為一種精密放大器，被廣泛的應用于放大微小的差分信號。相較于傳統的運算放大器，高精密儀表放大器呈現出高輸入阻抗，低噪聲，低失調電壓和高共模抑制比等優點，而且實現低噪聲、低紋波性能的高精度儀表放大器對于處理這些微弱信號來說尤為重要。

降低系統失調和噪聲所采用的動態失調消除技術，通常有自調零技術和斬波技術，但是自調零技術會引入過采樣寬帶噪聲，同時開關電荷的注入會帶來殘余失調，所以自調零技術不適合于低噪聲領域，所以通常采用斬波技術來消除失調和噪聲。由于傳統斬波穩定結構存在殘余失調與殘余紋波幅度的折中，為解決該問題，引入紋波抑制環路(Ripplereductionloop)來實現較低的殘余失調的性能同時還能降低輸出紋波幅度。

常見的紋波抑制環路結構原理為將輸出的紋波，經過電容采樣，積分器積分，并最終通過跨導放大器轉化為反饋電流補償失調，從而抑制了紋波。為了充分補償失調，跨導放大器的尾電流必須足夠大，因此該結構會增加功耗，這在一些便攜式設備中是不愿意看到的。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決現有紋波抑制環路功耗相對較高的問題，本發明的目的在于提供一種電容耦合斬波放大器，通過將紋波消除環路與跨導自舉技術相結合，降低了噪聲，減小了功耗。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種電容耦合斬波放大器，包括放大器主通路101和紋波抑制環路102。

所述放大器主通路101由運放Gm1、斬波器CH1(包括CH1_a，CH1_b)、積分器105組成；積分器105由運放Gm2和米勒電容Cm1、Cm2組成。放大器主通路101的輸出連接紋波抑制環路102的輸入，紋波抑制環路102的輸出連接放大器主通路101中的運放Gm1的輸出，形成負反饋。

放大器主通路101的輸出端接檢測電容Cs1、Cs2下極板，檢測電容Cs1、Cs2上極板接斬波器CH2輸入端，斬波器CH2的輸出端接積分器104的輸入端，積分器104的輸出端接跨導放大器103的輸入端，跨導放大器103的輸出反饋回運放Gm1輸出端。

所述放大器主通路101的架構包括：第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8、第九PMOS管PM9、第十PMOS管PM10、第十一PMOS管PM11、第十二PMOS管PM12、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6、第七NMOS管NM7、第八NMOS管NM8、斬波器CH1_a、斬波器CH1_b、和米勒電容Cm1、Cm2。