一种提高噪声性能的电容耦合型斩波仪表放大器制造技术

本发明专利技术提供的一种提高噪声性能的电容耦合型斩波仪表放大器，将输入斩波电路、运算放大电路、伪电阻偏置电路、电极失调消除环路与一数字电极失调消除模块相结合，使得原来的电极失调消除环路可以采用较小的失调消除电容也能够保持电路系统相当的输入失调消除能力和系统极点位置，弱化了电极失调消除环路积分器的极点设计压力，并且较小的失调消除电容极大地衰减了电极失调消除环路的系统等效输入参考噪声，从而提高了电路的噪声性能。

A Capacitor Coupled Chopper Instrument Amplifier for Improving Noise Performance

【技术实现步骤摘要】
一种提高噪声性能的电容耦合型斩波仪表放大器
本专利技术涉及模拟电路信号处理
，具体涉及一种提高噪声性能的电容耦合型斩波仪表放大器。
技术介绍
仪表放大器一直以来都是生物电子的读出电路中极其重要的部分。如图1所示，因为生物信号所在的频带从几毫赫兹左右到几百、几千赫兹左右，以及其幅度值小至几微伏。因此在传统的CMOS工艺上进行电路设计，需要消除其固有的低频处的1/f噪声，同时还要保持整个电路的热噪声在很低的水平。然而，因为可穿戴生物电子的需求，对于仪表放大器不能直接通过增加功耗来降低热噪声，或者通过增加面积来降低1/f噪声。高的功耗会增加电路的电流消耗，减少了可穿戴设备一次可穿戴记录的周期；大的面积会增加芯片的设计成本，并且这种方法同样会受到噪声的设计限制。在众多的噪声消除方法中，斩波(chopping)技术是一种连续的、不会引起噪声折叠从而引起噪底增加的方法，因此被广泛的应用于生物电子读出电路中。在斩波技术的各种应用中，电容耦合型斩波仪表放大器被证明是一种非常适合低功耗设计的仪表放大器结构。为了保证放大器放大生物信号的同时抑制电极的直流失调，系统需要一个极低频率(几毫赫兹左右或者稍大一些)的高通极点，这样的高通极点以及电极直流失调消除能力由电极失调消除(DSL)环路完成。然而系统低的高通极点增加了电极失调消除环路的设计难度，仪表放大器低功耗的要求，又会使得电极失调消除环路的噪声影响系统的噪声性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高噪声性能的电容耦合型斩波仪表放大器，将输入斩波电路、运算放大电路、伪电阻偏置电路、电极失调消除环路与数字电极失调消除模块相结合，使得原来的电极失调消除环路可以采用较小的失调消除电容也能够保持电路系统相当的输入失调消除能力和系统极点位置，弱化了电极失调消除环路中积分器的极点设计压力，并且较小的失调消除电容极大地衰减了电极失调消除环路的系统等效输入参考噪声，从而提高了电路的噪声性能。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种电容耦合型斩波仪表放大器，包含：输入斩波电路，将原始输入信号调制为一原始高频信号，并将所述原始高频信号耦合至一运算放大电路的输入端；所述运算放大电路，用于放大进入所述运算放大电路的高频输入信号，并输出输出信号；伪电阻偏置电路，与所述运算放大电路的输入端连接，为所述运算放大电路提供输入共模偏置电压；电极失调消除环路，其输入端与所述运算放大电路的输出端连接，所述电极失调消除环路输出端与所述运算放大电路的输入端连接，用于消除所述输入信号的电极直流失调电压，所述电极失调消除环路包含一积分器，所述积分器对所述输出信号进行积分后输出电压；为所述运算放大电路提供负反馈调节的负反馈电路，其输入端与所述运算放大电路输出端连接，所述负反馈电路输出端与所述运算放大电路输入端连接，所述负反馈电路将输出信号调制成高频信号反馈至所述运算放大电路输入端作为所述运算放大电路的高频输入信号；用于减小所述电极失调消除环路中失调消除电容大小的数字电极失调消除模块，其输入端与所述电极失调消除环路的积分器输出端连接，所述数字电极失调消除模块输出端与所述运算放大电路的运放输入端连接。优选地，所述数字电极失调消除模块包含：逻辑控制模块，其输入端与所述电极失调消除环路中所述积分器的输出端连接；第一数字模块斩波调制器，其输入端与所述逻辑控制模块的输出端连接，所述逻辑控制模块输出控制信号给所述第一数字模块斩波调制器；第一可调失调消除电容，其输入端与所述第一数字模块斩波调制器的一输出端连接，所述第一可调失调消除电容输出端与所述运算放大电路的正输入端连接；第二可调失调消除电容，其输入端与所述第一数字模块斩波调制器的另一输出端连接，所述第二可调失调消除电容输出端与所述运算放大电路的负输入端连接；所述逻辑控制模块调节所述第一可调失调消除电容与所述第二可调失调消除电容的电容大小，也调节所述第一数字模块斩波调制器的电容大小及其通过电压极性，消除输入的直流失调电压。优选地，所述第一可调失调消除电容和所述第二可调失调消除电容初始状态为接地状态，所述积分器输出电压到所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块判断所述积分器输出电压的绝对值是否超过一个初始设定的恒定数值；若所述电压小于所述恒定数值，则所述逻辑控制模块不对所述第一可调失调消除电容和所述第二可调失调消除电容进行任何调节动作；若所述电压超过所述恒定数值，所述逻辑控制模块判断所述电压的正负，进而控制调节所述第一可调失调消除电容和所述第二可调失调消除电容的连接状态及其电容大小值。优选地，当所述电压为正时，所述第一可调失调消除电容接到地，所述第二可调失调消除电容接到电源；当所述电压为负时，所述第一可调失调消除电容接到电源，所述第二可调失调消除电容接到地。优选地，所述输入斩波电路包含：输入斩波调制器，所述生物信号与所述输入斩波调制器的输入端连接，所述输入斩波调制器输出高频信号；第一输入耦合电容，其输入端与所述输入斩波调制器一输出端连接，所述第一输入耦合电容输出端与所述运算放大电路的输入端连接；第二输入耦合电容，其输入端与所述输入斩波调制器另一输出端连接，所述第二输入耦合电容输出端与所述运算放大电路的输入端连接；所述第一输入耦合电容和所述第二输入耦合电容将所述输入斩波调制器输出的高频信号分别耦合至所述运算放大电路的负输入端和正输入端。优选地，所述运算放大电路包含：第一级运算放大器，其正、负输入端与所述伪电阻偏置电路连接，所述第一级运算放大器输出端与一运放电路斩波调制器的输入端连接；第二级运算放大器，其正、负输入端与所述运放电路斩波调制器的输出端连接，所述第二级运算放大器输出端输出输出信号；所述第二级运算放大器的正、负输入端各并联一第一密勒补偿电容和一第二密勒补偿电容。优选地，所述电极失调消除环路包含：积分器，其正、负输入端与所述运算放大电路的输出端连接；所述积分器输出端连接一电极失调消除环路斩波调制器输入端，所述积分器对所述输出信号进行积分后输出电压；第一电极失调消除环路失调消除电容，其输入端与所述电极失调消除环路斩波调制器一输出端连接，所述第一电极失调消除环路失调消除电容输出端与所述运算放大电路的输入端连接；第二电极失调消除环路失调消除电容，其输入端与所述电极失调消除环路斩波调制器另一输出端连接，所述第二电极失调消除环路失调消除电容输出端与所述运算放大电路的输入端连接；所述第一电极失调消除环路失调消除电容和所述第二电极失调消除环路失调消除电容将所述电极失调消除环路斩波调制器输出的信号分别耦合至所述运算放大电路的负输入端和正输入端。优选地，所述负反馈电路包含：负反馈电路斩波调制器，所述输出信号与所述负反馈电路斩波调制器的输入端连接，将所述输出信号调制成高频信号输出；第一负反馈耦合电容，其输入端与所述负反馈电路斩波调制器一输出端连接，所述第一负反馈耦合电容输出端与所述运算放大电路的输入端连接；第二负反馈耦合电容，其输入端与所述负反馈电路斩波调制器另一输出端连接，所述第二负反馈耦合电容输出端与所述运算放大电路的输入端连接；所述第一负反馈耦合电容和所述第二负反馈耦合电容将所述高频信号分别耦合至所述运算放大电路的正输入端和负输入端。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容耦合型斩波仪表放大器，其特征在于，包含：输入斩波电路(1)，将原始输入信号(Vin)调制为一原始高频信号，并将所述原始高频信号耦合至一运算放大电路(2)的输入端；所述运算放大电路(2)用于放大进入所述运算放大电路(2)的高频输入信号，并输出输出信号(Vout)；伪电阻偏置电路(3)，与所述运算放大电路(2)的输入端连接，为所述运算放大电路(2)提供输入共模偏置电压；电极失调消除环路(4)，其输入端与所述运算放大电路(2)的输出端连接，所述电极失调消除环路(4)输出端与所述运算放大电路(2)的输入端连接，用于消除所述输入信号(Vin)的电极直流失调电压，所述电极失调消除环路(4)包含一积分器(G)，所述积分器(G)对所述输出信号(Vout)进行积分后输出电压(VDSL_out)；为所述运算放大电路(2)提供负反馈调节的负反馈电路(5)，其输入端与所述运算放大电路(2)输出端连接，所述负反馈电路(5)输出端与所述运算放大电路(2)输入端连接，所述负反馈电路(5)将输出信号(Vout)调制成高频信号反馈至所述运算放大电路(2)输入端作为所述运算放大电路(2)的高频输入信号；用于减小所述电极失调消除环路(4)中失调消除电容大小的数字电极失调消除模块(6)，其输入端与所述电极失调消除环路(4)的积分器(G)输出端连接，所述数字电极失调消除模块(6)输出端与所述运算放大电路(2)的运放输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种电容耦合型斩波仪表放大器，其特征在于，包含：输入斩波电路(1)，将原始输入信号(Vin)调制为一原始高频信号，并将所述原始高频信号耦合至一运算放大电路(2)的输入端；所述运算放大电路(2)用于放大进入所述运算放大电路(2)的高频输入信号，并输出输出信号(Vout)；伪电阻偏置电路(3)，与所述运算放大电路(2)的输入端连接，为所述运算放大电路(2)提供输入共模偏置电压；电极失调消除环路(4)，其输入端与所述运算放大电路(2)的输出端连接，所述电极失调消除环路(4)输出端与所述运算放大电路(2)的输入端连接，用于消除所述输入信号(Vin)的电极直流失调电压，所述电极失调消除环路(4)包含一积分器(G)，所述积分器(G)对所述输出信号(Vout)进行积分后输出电压(VDSL_out)；为所述运算放大电路(2)提供负反馈调节的负反馈电路(5)，其输入端与所述运算放大电路(2)输出端连接，所述负反馈电路(5)输出端与所述运算放大电路(2)输入端连接，所述负反馈电路(5)将输出信号(Vout)调制成高频信号反馈至所述运算放大电路(2)输入端作为所述运算放大电路(2)的高频输入信号；用于减小所述电极失调消除环路(4)中失调消除电容大小的数字电极失调消除模块(6)，其输入端与所述电极失调消除环路(4)的积分器(G)输出端连接，所述数字电极失调消除模块(6)输出端与所述运算放大电路(2)的运放输入端连接。2.如权利要求1所述的电容耦合型斩波仪表放大器，其特征在于，所述数字电极失调消除模块(6)包含：逻辑控制模块，其输入端与所述电极失调消除环路(4)中所述积分器(G)的输出端连接；第一数字模块斩波调制器(CHDhp)，其输入端与所述逻辑控制模块的输出端连接，所述逻辑控制模块输出控制信号给所述第一数字模块斩波调制器(CHDhp)；第一可调失调消除电容(CDhp1)，其输入端与所述第一数字模块斩波调制器(CHDhp)的一输出端连接，所述第一可调失调消除电容(CDhp1)输出端与所述运算放大电路(2)的正输入端连接；第二可调失调消除电容(CDhp2)，其输入端与所述第一数字模块斩波调制器(CHDhp)的另一输出端连接，所述第二可调失调消除电容(CDhp2)输出端与所述运算放大电路(2)的负输入端连接；所述逻辑控制模块调节所述第一可调失调消除电容(CDhp1)与所述第二可调失调消除电容(CDhp2)的电容大小，也调节所述第一数字模块斩波调制器(CHDhp)的电容大小及其通过电压极性，消除输入的直流失调电压。3.如权利要求2所述的电容耦合型斩波仪表放大器，其特征在于，所述第一可调失调消除电容(CDhp1)和所述第二可调失调消除电容(CDhp2)初始状态为接地状态，所述积分器(G)输出电压(VDSL_out)到所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块判断所述积分器(G)输出电压(VDSL_out)的绝对值是否超过一个初始设定的恒定数值；若所述电压(VDSL_out)小于所述恒定数值，则所述逻辑控制模块不对所述第一可调失调消除电容(CDhp1)和所述第二可调失调消除电容(CDhp2)进行任何调节动作；若所述电压(VDSL_out)超过所述恒定数值，所述逻辑控制模块判断所述电压(VDSL_out)的正负，进而控制调节所述第一可调失调消除电容(CDhp1)和所述第二可调失调消除电容(CDhp2)的连接状态及其电容大小值。4.如权利要求3所述的电容耦合型斩波仪表放大器，其特征在于，当所述电压(VDSL_out)为正时，所述第一可调失调消除电容(CDhp1)接到地，所述第二可调失调消除电容(CDhp2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆庚，吕良剑，叶大蔚，史传进，张怡云，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31