FBDDA放大器以及包括FBDDA放大器的设备制造技术

技术编号:14574859 阅读:209 留言:0更新日期:2017-02-06 13:47
一种FBDDA放大器以及包括FBDDA放大器的设备,FBDDA放大器包括:接收输入电压的第一差分输入级;接收共模电压的第二差分输入级;耦合到第一差分输入的第一电阻负反馈组;耦合到第二差分输入的第二电阻负反馈组;生成输出电压的差分输出级;并联耦合到第一电阻负反馈组的第一开关;以及并联耦合到第二电阻负反馈组的第二开关。第一开关和第二开关在电压输入假定第一值时被驱动到闭合状态中,使得所述第一输入级在线性区域中操作,并且在电压输入假定第二值时被驱动到打开状态,使得第一输入级在非线性区域操作。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及完全平衡的微分差分放大器(FDDA或者FBDDA)以及包括FBDDA放大器的设备。
技术介绍
已知,各种类型电路被用作用于电容式传感器的前端读取电路。特别地,使用FDDA或者FBDDA放大器(完全平衡微分差分放大器)是已知的,其在需要高输入阻抗、全差分架构以及单位化或单位增益时是更优选的。这种类型的FBDDA放大器在图1中作为示例示出,并且由附图标记1整体地表示。电容式传感器2属于例如陀螺仪、压力传感器、加速度计、麦克风等,并且检测由传感器自身的移动部分的线性或旋转移动而生成的电容的变化。FBDDA放大器1检测由于期望的物理量(例如压力、旋转、加速度等)的变换而产生的输入的变化并且在输出处生成与所述变化成比例的电压。在图1的示例中,FBDDA放大器1包括4个输入端子1a-1d以及2个输出端子1e、1f。端子1a是反相端子,端子1b是非反相端子。端子1b上存在输入信号(电压)Vin,包括由电容式传感器2生成的电压分量以及固定的电压分量VCM。通过电阻器3向端子1b施加的电压VCM是根据固定传感器2的操作点的需要而选择的用于偏置传感器2的电压(例如在被包括在电源电压VDD与例如接地参考等参考节点的电压之间的范围内来选择VCM)。电阻器3具有高的电阻值,例如100GΩ或更高。电压VCM是固定(d.c.)电压并且被进一步向FBDDA放大器的输入1c供应。以这种方式,已知FBDDAr>放大器1的输入通常被偏置在公共电压处。在传感器2的使用期间,变化的(即a.c.)输入信号Vin被叠加在电压VCM上。端子1a上的信号被传输到输出端子1e上。换言之,输出端子1e被反馈连接到输入端子1a。同样,端子1d上的信号被传输到输出端子1f上,使得输出端子1f被反馈连接到输入端子1d。以本身已知的方式,根据在电压跟随器配置中的FBDDA放大器的操作,在输出1e上存在信号Vin/2并且在输出1f上存在信号-(Vin/2)。图1的实施例保证信噪比(SNR)方面的良好性能但是关于当信号Vin的电平增加时的总的谐波失真(THD)存在缺陷。这是由于以下事实:运算放大器没有根据传统类型的闭环配置而连接并且其输入实际上没有连接在一起。因此,在存在高的输入信号Vin的情况下,两个差分对明显不平衡,从而引起线性的恶化。在本文的上下文中,线性是指通过晶体管获得的FBDDA放大器的差分输入对。对于小的输入信号(例如在-150mV到+150mV之间的范围内(包括端点值)的a.c.信号),来自放大器的输出处的信号基本上是输入信号的(可能是放大的)副本。相反,对于具有高的峰值的信号(例如具有模量高于大约200mV的峰值的a.c.信号),两个差分输入对的跨导增益开始明显不同,从而生成输出电压信号(或者差分输出信号)的谐波失真。为了克服这一缺点,已知的是使用耦合到每个差分输入对(即在1a与1b之间,以及在1c与1d之间)的负反馈电阻器4,如图2中示意性地示出的。这一方式使得能够以噪声的代价来改善FBDDA放大器的输出信号的线性,即,噪声越大则负反馈电阻越大。如图3中示意性地示出的另外的已知的解决方案设想使用动态偏置电路6,使得用于偏置差分对的电流不固定而是根据输入信号Vin变化。在这种情况下,当输入信号Vin增加超过门限值时,电流被引入到差分对中。虽然这一方法在输入噪声和谐波失真方面的具有优点,然而其存在需要过多的电流消耗和d.c.操作点的显著变化的缺点。
技术实现思路
本公开内容的一个目的是提供一种完全平衡的微分差分放大器(FBDDA)以及一种包括FBDDA放大器的设备,其能够克服现有技术中的不利方面中的至少一些并且扩展其功能。根据本公开内容,提供了一种FBDDA放大器以及一种包括FBDDA放大器的设备。根据本公开的一个方面,提供了一种FBDDA放大器,包括:第一差分输入级,被配置成接收输入电压信号,所述输入电压信号包括交流分量和直流分量;第二差分输入级,被配置成接收直流共模电压信号,所述输入信号的所述直流分量是所述共模电压信号;第一电阻负反馈组,被耦合到所述第一差分输入级;第二电阻负反馈组,被耦合到所述第二差分输入级;以及差分输出级,被配置成供应输出电压信号,第一开关,被并联地耦合到所述第一电阻负反馈组;以及第二开关,被并联地耦合到所述第二电阻负反馈组;其中所述第一开关和所述第二开关在其中所述输入电压信号具有第一值的第一操作条件期间处于闭合状态,从而旁路所述第一电阻负反馈组和所述第二电阻负反馈组并且在其中所述输入电压信号具有高于所述第一值的第二值的第二操作条件期间处于打开状态,从而减小所述输出电压信号的谐波失真。优选地,所述输入电压信号的所述第一值是在大约-150mV到+150mV之间的所述输入信号的交流分量的值,并且所述输入电压信号的所述第二值是模量高于大约200mV的所述输入信号的交流分量的值。优选地,所述第一差分输入级包括第一输入端子和第二输入端子,并且所述第二差分输入级包括第三输入端子和第四输入端子,所述第一电阻负反馈组和所述第一开关被彼此并联地电连接地电耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间,并且所述第二电阻负反馈组和所述第二开关被彼此并联地电连接地电耦合在所述第三输入端子与所述第四输入端子之间。优选地,所述差分输出级包括第一输出端子和第二输出端子,所述第一输出端子与所述第一输入端子负反馈地耦合,并且所述第二输出端子与所述第四输入端子负反馈地耦合,所述第二输入端子被配置成接收所述输入电压信号,并且所述第三输入端子被配置成接收所述共模电压信号。优选地,所述FBDDA放大器还包括:第一控制电路,被配置成接收所述输入电压信号并且根据所述输入电压信号生成第一控制信号,所述第一控制信号被配置成当所述输入电压信号具有所述第一值时闭合所述第一开关并且在所述输入电压信号具有所述第二值时打开所述第一开关;以及第二控制电路,被配置成接收所述输入电压信号并且根据所述输入电压信号生成第二控制信号,所述第二控制信号被配置成当所述输入电压信号具有所述第一值时闭合所述第二开关并且在所述输入电压信号具有所述第二值时打开所述第二开关。优选地,所述第一电阻负反馈组包括第一负反馈电阻器,所述第一负反馈电阻器被串联地耦合到第二负反馈电阻器并且在所述第一负反馈电阻器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FBDDA放大器,其特征在于,包括:第一差分输入级,被配置成接收输入电压信号,所述输入电压信号包括交流分量和直流分量;第二差分输入级,被配置成接收直流共模电压信号,所述输入信号的所述直流分量是所述共模电压信号;第一电阻负反馈组,被耦合到所述第一差分输入级;第二电阻负反馈组,被耦合到所述第二差分输入级;以及差分输出级,被配置成供应输出电压信号,第一开关,被并联地耦合到所述第一电阻负反馈组;以及第二开关,被并联地耦合到所述第二电阻负反馈组;其中所述第一开关和所述第二开关在其中所述输入电压信号具有第一值的第一操作条件期间处于闭合状态,从而旁路所述第一电阻负反馈组和所述第二电阻负反馈组并且在其中所述输入电压信号具有高于所述第一值的第二值的第二操作条件期间处于打开状态,从而减小所述输出电压信号的谐波失真。

【技术特征摘要】
2014.11.28 IT TO2014A0009871.一种FBDDA放大器,其特征在于,包括:
第一差分输入级,被配置成接收输入电压信号,所述输入电压信号包括交流分量和直流分量;
第二差分输入级,被配置成接收直流共模电压信号,所述输入信号的所述直流分量是所述共模电压信号;
第一电阻负反馈组,被耦合到所述第一差分输入级;
第二电阻负反馈组,被耦合到所述第二差分输入级;以及
差分输出级,被配置成供应输出电压信号,
第一开关,被并联地耦合到所述第一电阻负反馈组;以及
第二开关,被并联地耦合到所述第二电阻负反馈组;
其中所述第一开关和所述第二开关在其中所述输入电压信号具有第一值的第一操作条件期间处于闭合状态,从而旁路所述第一电阻负反馈组和所述第二电阻负反馈组并且在其中所述输入电压信号具有高于所述第一值的第二值的第二操作条件期间处于打开状态,从而减小所述输出电压信号的谐波失真。
2.根据权利要求1所述的FBDDA放大器,其特征在于,所述输入电压信号的所述第一值是在大约-150mV到+150mV之间的所述输入信号的交流分量的值,并且所述输入电压信号的所述第二值是模量高于大约200mV的所述输入信号的交流分量的值。
3.根据权利要求1所述的FBDDA放大器,其特征在于,所述第一差分输入级包括第一输入端子和第二输入端子,并且所述第二差分输入级包括第三输入端子和第四输入端子,
所述第一电阻负反馈组和所述第一开关被彼此并联地电连接地电耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间,并且所述第二电阻负反馈组和所述第二开关被彼此并联地电连接地电耦合在所述第三输入端子与所述第四输入端子之间。
4.根据权利要求3所述的FBDDA放大器,其特征在于,所述差分输出级包括第一输出端子和第二输出端子,所述第一输出端子与所述第一输入端子负反馈地耦合,并且所述第二输出端子与所述第四输入端子负反馈地耦合,所述第二输入端子被配置成接收所述输入电压信号,并且所述第三输入端子被配置成接收所述共模电压信号。
5.根据权利要求1所述的FBDDA放大器,其特征在于,还包括:
第一控制电路,被配置成接收所述输入电压信号并且根据所述输入电压信号生成第一控制信号,所述第一控制信号被配置成当所述输入电压信号具有所述第一值时闭合所述第一开关并且在所述输入电压信号具有所述第二值时打开所述第一开关;以及
第二控制电路,被配置成接收所述输入电压信号并且根据所述输入电压信号生成第二控制信号,所述第二控制信号被配置成当所述输入电压信号具有所述第一值时闭合所述第二开关并且在所述输入电压信号具有所述第二值时打开所述第二开关。
6.根据权利要求5所述的FBDDA放大器,其特征在于,所述第一电阻负反馈组包括第一负反馈电阻器,所述第一负反馈电阻器被串联地耦合到第二负反馈电阻器并且在所述第一负反馈电阻器与所述第二负反馈电阻器之间定义第一中间节点,并且所述第二电阻负反馈组包括第三负反馈电阻器,所述第三负反馈电阻器被串联地耦合到第四负反馈电阻器并且在所述第三负反馈电阻器与所述第四负反馈电阻器之间定义第二中间节点,
其中所述第一控制电路被进一步配置成接收存在于所述第一中间节点处的第一中间电压信号并且根据所述输入电压信号的值和所述第一中间电压信号的值生成所述第一控制信号,
其中所述第二控制电路被进一步配置成接收存在于所述第二中间节点处的第二中间电压信号并且根据所述输入电压信号的值和所述第二中间电压信号的值生成所述第二控制信号。
7.根据权利要求5所述的FBDDA放大器,其特征在于:
所述第一控制电路包括用于将所述输入电压信号变换成控制电流信号的第一子电路...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·巴拜利S·珀尼西
申请(专利权)人:意法半导体股份有限公司
类型:新型
国别省市:意大利;IT

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1