用于开关电容器电路的驱动器及其驱动方法技术

本发明专利技术提出了一种用于开关电容器电路的驱动器，驱动器包括(a)电压放大器，包括信号输入端，反馈输入端和放大器输出端，(b)耦合在放大器输出端和反馈输入端之间的反馈网络。反馈网络包含跟踪保持电路，跟踪保持电路适于掩盖在开关电容器电路充电阶段的开始时在放大器输出端(216，316)处发生的电压降。本发明专利技术还提出了一种包括这样的驱动器的开关电容器电路，传感器设备，以及驱动开关电容器电路的方法。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及开关电容器电路领域，特别涉及用于开关电容器电路的驱动器、包含 这种驱动器的开关电容器电路、传感器设备、和驱动开关电容器电路的方法。
技术介绍
开关电容器（SC)电路用于执行从滤波器到模拟数字转换器的多个信号处理功 能。SC电路的输入级可以包含电容器Q，该电容器Q必须在每一个时钟周期充电。由于SC 电路的等效输入阻抗可能是低的（由于大电容Q和/或高时钟频率），需要驱动器来隔离 信号源和SC电路。驱动器是时间连续的电路，它将输入电容器Q充电到与输入信号成比 例的电压水平。由于SC电路中的信息由内部的电容器上的电荷表示，所以驱动器必须保证 妥善稳定充电阶段最后的输入电容CJ：的电压。 典型的SC驱动器使用在反馈结构中的放大器来在充电阶段给电容器Q充电。如 果放大器的输出阻抗和开关的电阻足够低，那么充电瞬态是快速的以及在电容器CJ:将精 确复制输入电压，该开关是由充电阶段控制信号驱动的。然而，如果放大器的输出阻抗（或 者上述开关电阻）不够低，那么将会发生充电瞬态。在这种情况下，如果放大器和反馈网络 的带宽是大的，那么电容器上的电压在瞬态的最后稳定在合适的值。 实施具有低的输出阻抗的放大器需要很大的成本。减少放大器的输出阻抗需要 增加能量和放大器输出设备的尺寸。为了抵消高输出阻抗的影响，可能使用带宽宽的放大 器。然而，这也可能导致放大器的功率消耗增加。另外，如果对驱动器的参考输入的偏移 有严格要求，那么放大器必须具有低的固有偏移或者是偏移补偿的。在第一种情况中，放 大器需要大的面积以获得它的输出设备的良好匹配，并因此得到低的输入偏移。在后一种 情况中，必须使用偏移补偿技术来执行，例如斩波或自动调零。然而，已知的是这种技术限 制放大器的带宽（参见Enz，C.C.和Temes，G.C.于 1996 年 11 月在IEEE，vol. 84,no. 11， ρρ· 1584,1614 中发表的文章"Circuittechniquesforreducingeffectsofop-amp imperfections：autozeroing，correlateddoublesampling，andchopper，") 〇 只有 通过增加电路的复杂性才能避免这种情况（参见QinwenFan;Huijsing，J.H. ;Makinwa， K.AA于 2012 年 2 月在Solid-StateCircuits，IEEEJournalof，vol. 47,no. 2,ρρ· 464， 475 发表的文章"A21nV/VHzChopper-StabilizedMulti-PathCurtent-Feedback InstrumentationAmplifierInstrumentationAmplifierWith2μVOffset,")〇 因此，可能需要一种用于开关电容器电路的驱动器，它可以适当地驱动开关电容 器电路而不需要具有宽的带宽和/或低的输出阻抗的放大器。
技术实现思路
这种要求可能由根据独立权利要求的主题来满足。优选的实施例在从属权利要求 中提出。 根据第一方面，提供了一种用于开关电容器电路的驱动器，驱动器包括（a)电压 放大器，电压放大器包括信号输入端，反馈输入端和放大器输出端，和（b)親合在放大器输 出端和反馈输入端之间的反馈网络，其中（c)反馈网络包括跟踪保持电路，跟踪保持电路 适于掩盖在开关电容器电路充电阶段的开始时在放大器输出端处出现的电压突降。 这个方面是基于以下思想，在充电阶段的开始时发生的电压突降（其中开关电容 器电路的基本放电的电容器连接到放大器输出端并因此减少在放大器输出端的电压）由 跟踪保持电路掩盖从而电压降不会（或只很少地）经由反馈网络反馈到反馈输入端。因此， 放大器和反馈网络不需要具有宽带宽，并且放大器也不必具有非常低的输出阻抗。因此，根 据之一方面的驱动器可以用相对简单、简洁和低功率放大器和反馈网络实现。因此，驱动器 可以实现低成本和相对小的封装。 在本说明书中，术语"跟踪保持电路"可能特别表示适于在跟踪阶段跟踪特定的 电压的电路，在跟踪阶段跟踪特定的电压的意思是该电路输出的电压遵循该特定的电压。 在保持阶段，电路输出的电压等于保持阶段开始之前最后的特定电压。 跟踪保持电路可能布置在反馈路径中的任意位置，反馈路径位于放大器输出端和 反馈输入端之间。特别地，跟踪保持电路可能布置在放大器输出端和剩下的反馈网路之间， 在反馈输入端和剩下的反馈网络之间，或者集成在反馈网络的内部。 电压放大器可能优选地实现为运算放大器。 反馈网络可能包含一个或多个无源元件，例如电阻器，电容器等等，配置为在到放 大器的反馈输入端的路上减少和/或过滤放大器输出。 综上，与现有的用于开关电容器电路的驱动器相比，根据第一方面的驱动器提供 有关面积，能量和电路复杂性方面的节约。 根据一个实施例，跟踪保持电路适于在跟踪阶段导致反馈网络提供与放大器输出 电压相应的电压到反馈输入端。另外，跟踪保持电路适于在保持阶段导致反馈网络提供基 本恒定的电压到反馈输出端，该恒定的电压与前面的跟踪阶段的最后的放大器输出电压相 应。 换句话说，跟踪保持电路运行如下：在跟踪阶段，反馈输入端接收与放大器输出端 处的实际电压相应的电压，即从实际的输出电压获得的（减少的或过滤的）电压。在保持 阶段，跟踪保持电路运行如下：在放大器输出端的电压的变化没有反映在反馈输入上。反 而，反馈输入端接收基本恒定的电压，该恒定的电压与保持阶段开始之前最后的输出电压 相应。 因此，在保持阶段出现的在放大器输出端出现的电压突降（即突然的电压下降） 不会导致在反馈输入端产生相应的变化。 根据另一个实施例，跟踪保持电路适于在开始保持电路的同时开始开关电容器电 路的充电阶段。另外，跟踪保持电路适于在开关电容器电路充电阶段经过预定部分后开始 跟踪阶段。 通过在开始保持阶段的同时开始开关电容器电路的充电阶段，可以确保发生在充 电阶段的开始时的放大器输出端处的电压突降（或电压降）不会导致在反馈输入端处的电 压产生相应的变化。然后，在经过充电阶段的一预定部分之后，即放大器输出端处的电压基 本从上述电压突降中恢复过来后，跟踪保持电路切换到跟踪阶段并因此打开反馈路径从而 反馈输入端处的电压直接取决于在放大器输出端出现的实际电压。 根据另一个实施例，开关电容器电路充电阶段的预定部分是在开关电容器电路充 电阶段的5 %至95 %之间，例如在开关电容器电路充电阶段的10 %至90 %之间，例如在 开关电容器电路充电阶段的15%至85%之间，例如在开关电容器电路充电阶段的20%至 80%之间，例如在开关电容器电路充电阶段的25%至75%之间，例如在开关电容器电路充 电阶段的30 %至70 %之间，例如在在开关电容器电路充电阶段的35 %至65 %之间，例如在 开关电容器电路充电阶段的40%至60%之间，例如在开关电容器电路充电阶段的45%至 55%之间，例如大约在开关电容器电路充电阶段的50%之间。 因此，实现了以下折衷，通过跟踪保持电路掩盖了充电阶段开始时在放大器输出 端出现的电压突降的大部分，同时允许在充电阶段的剩余部分（以及在之后的放电阶段） 使放大器输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电容器电路(230，330)的驱动器，其特征在于，所述驱动器包括：电压放大器(210，310)，所述电压放大器(210，310)包括信号输入端(212，312)，反馈输入端(214，314)和放大器输出端(216，316)，和耦合在放大器输出端(216，316)和反馈输入端(214，314)之间的反馈网络(220)，其中反馈网络包含跟踪保持电路(222)，跟踪保持电路(222)适于掩盖在开关电容器电路充电阶段开始时在放大器输出端(216，316)处发生的电压突降。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：法比奥·塞巴斯蒂亚诺，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL