斩波放大器制造技术

一种斩波放大器，包括通过特定控制信号调制特定检测信号和偏压并且输出斩波调制信号的斩波调制器、差分放大来自斩波调制器的斩波调制信号并且输出差分调制信号的第一差分放大器、通过控制信号解调来自第一差分放大器的差分调制信号并且输出解调信号的斩波解调器、从解调信号提取检测信号分量的第二差分放大器、和连接在第二差分放大器输入端子处并且相对于解调信号具有彼此不同的截止频率的多个滤波器。

【技术实现步骤摘要】
斩波放大器
本专利技术涉及一种放大有限低频信号的斩波放大器。
技术介绍
在现有技术中，例如公开号2006-279377的日本专利申请公开了一种放大有限低频检测信号的斩波放大器。该斩波放大器包含斩波调制器、差分放大器和斩波解调器，其中斩波调制器用于通过特定控制信号调制有限低频输入信号并且输出调制信号，差分放大器用于差分放大该调制信号，斩波解调器用于依照该控制信号解调经差分放大的调制信号用于输出。图5示出了典型的斩波放大器的实例，并且图6A至6F示出了图5中的斩波放大器的多个节点处的电压波形和频谱。图6A示出了栅极控制信号图5中的斩波调制器1和斩波解调器2每一个均包含NMOS晶体管。当高电平栅极控制信号被施加至NMOS晶体管的栅极时，NMOS晶体管导通，而当低电平信号被施加至NMOS晶体管的栅极时，NMOS晶体管不导通。图6B示出了来自信号源的电压(信号)S1和来自偏置源(biassource)的电压B1。该偏置源恒定地输出DC电压，用来为放大器提供偏压。图6C示出了信号S1的频谱，并且图6D示出了调制器的输出，即，由斩波调制器1通过调制图6B中的电压波形所获得的信号。图6E示出了具有频率分量fs的信号S1被转换为具有频率分量fchop±fs，3fchop±fs，......的信号。在图6F中，信号通过放大器采用增益A被放大。图6G示出了放大器的输出电压的频谱，并且从其中可以看出放大器的1/f噪声和信号被分频(fequency-separated)。在图6H中放大器的输出电压被斩波解调器2解调。在图6I中，信号分量的频率被恢复为转换之前的频率，并且放大器的1/f噪声被斩波解调器2转换至接近fchop的频带内。在图6J、6K中，仅有1/f噪声被低通滤波器(LPF)截止，并且信号S1从信号源输出而没有改变。即，斩波放大器操作使低颇范围内信号移至高频范围，分离了信号分量和1/f噪声的频带，并且放大了信号。然而，采用该斩波放大器存在一个问题，当斩波调制器1的Nch晶体管开关从不导通的状态转变至导通状态时，由于发生时钟馈通(clockfeedthrough)，所以剩余偏置(residualoffset)被施加至LPF的输出OUT的电压。这主要由信号源和偏置源的输出电阻之间的失配(mismatch)、晶体管开关的栅极-源极电容之间的失配、或放大器的两个输入端子的输入电容之间的失配所引起。在下文中，会描述一个实例。图7是实例形式的斩波放大器的电路图，示出了信号源S1的输出电阻R1、偏置源B1的输出电阻R2、调制器的四个Nch晶体管的栅极-源极电容Cgs、和放大器的+和-输入端子的输入电容C。为简单起见，假定晶体管开关的栅极-源极电容Cgs是相同的，并且+输入端子的输入电容C也是相同的，并且仅在输出电阻R1与R2之间发生失配，并且R1＜R2。当调制器内部的开关从不导通状态切换至导通状态时，开关的Nch晶体管的栅极电位从GND转变至VDD，将电荷注入至电源(时钟馈通)。因为这个原因，信号源S1和偏置源B1的输出电压升高Ving一会儿，其中Ving＝Vdd(Cgs/(Cgs+C))。通过时钟馈通被注入至电容C中的电荷朝信号源和偏置源放电。在图8B中，示出了当放电时信号源和偏置源的瞬态响应(transientresponse)。由于偏置源B1的输出电阻R2大于信号源S1的输出电阻R1，因此对于输出电阻R2来说会比输出电阻R1花费更长的时间平复(settle)。这在调制器开关切换之后，在放大器的输出波形中立即引起一个尖峰(图8D)。如图8E所示，该尖峰波形穿过解调器而没有改变，并且被施加至LPF。LPF输出的电压是特定时刻波形的平均值，因此对应尖峰波形的电压变成了被添加至LPF输出电压的偏置。在图8F中，被施加至放大器输入的尖峰波形以LPF输出电压中的特定剩余偏置的形式出现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可消除剩余偏置的斩波放大器。根据一个实施例，斩波放大器包含通过特定控制信号调制特定检测信号和偏压并且输出斩波调制信号的斩波调制器、差分放大来自斩波调制器的斩波调制信号并且输出差分调制信号的第一差分放大器、通过控制信号解调来自第一差分放大器的差分调制信号并且输出解调信号的斩波解调器、从解调信号中提取检测信号分量的第二差分放大器、和连接在第二差分放大器输入端子处并且具有相对于解调信号彼此不同的截止频率的多个滤波器。附图说明参考附图，本专利技术的特征、实施例和有益效果将从以下的详细描述中变得显而易见：图1是根据第一实施例的斩波放大器的电路图；图2示出了检测信号和偏压；图3A至3G示出了图1中的斩波放大器的节点处的电压波形和频谱；图4示出了根据第二实施例的高通滤波器的结构；图5是现有技术斩波放大器的结构框图；图6A至6K示出了图5中的斩波放大器的节点处的电压波形和频谱；图7是现有技术斩波放大器的电路图；以及图8A至8F示出了现有技术斩波放大器的节点处的电压波形。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述根据本专利技术的斩波放大器的实施例。可能的情况下，在贯穿附图中将使用相同的参考标记表示相同或类似的部件。第一实施例图1示出了斩波放大器10的结构。斩波放大器10包含斩波调制器20和差分放大器30，其中斩波调制器20用于调制来自信号源11的检测信号和来自偏置源12的作为特定DC电压的偏压，差分放大器30用于差分放大从斩波调制器20输出的电压或斩波调制信号。斩波放大器10进一步包含斩波解调器40、第一高通滤波器50和第二高通滤波器51、第三差分放大器60以及第二差分放大器70，其中斩波解调器40用于解调来自第一差分放大器30的差分输出电压并且输出解调信号，第一高通滤波器50和第二高通滤波器51用于截止来自斩波解调器40的解调信号的低频分量并且输出调制信号，第三差分放大器60用于差分放大来自高通滤波器50、51的调制信号，第二差分放大器70用于差分放大来自第三差分放大器60的差分调制信号。信号源11例如是输出检测信号的温度传感器或图像传感器，该检测信号是有限低频信号。图1中的斩波调制器20包含四个NMOS晶体管Q1至Q4、输入端子20a、20b以及输出端子20c、20d，其中输入端子20a、20b分别用于来自信号源11的检测信号和来自偏置源12的偏压。图6A中的栅极控制信号被施加至NMOS晶体管Q1、Q4的栅极，同时栅极控制信号被施加至NMOS晶体管Q2、Q3的栅极。NMOS晶体管Q1、Q4在其源极处连接至输入端子20a、20b，并且在其漏极处连接至输出端子20c、20d。NMOS晶体管Q2在其源极处连接至输入端子20a，并且在其漏极处连接至输出端子20d。NMOS晶体管Q3在其源极处连接至输入端子20b，并且在其漏极处连接至输出端子20c。如图6A所示，栅极控制信号是具有相同频率的脉冲电压，并且交替变成高电平。当栅极控制信号处于高电平时，斩波调制器20从输出端子20c输出信号源11的检测信号并且从输出端子20d输出偏置源12的偏压。当栅极控制信号处于高电平时，斩波调制器20从输出端子20c输出偏压并且从输出端子20d输出检测信号。因此斩波调制器20从输出端子20c、20d输出第一斩波调制信号和第二斩波调制信号。第一差分放大器30是全差分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斩波放大器，包含：斩波调制器，其通过特定控制信号调制特定检测信号和偏压，并且输出斩波调制信号；第一差分放大器，其差分放大来自所述斩波调制器的斩波调制信号，并且输出差分调制信号；斩波解调器，其通过所述控制信号解调来自所述第一差分放大器的差分调制信号，并且输出解调信号；第二差分放大器，其从所述解调信号中提取检测信号分量；以及多个滤波器，其连接在所述第二差分放大器的输入端子处，并且相对于所述解调信号具有彼此不同的截止频率。

【技术特征摘要】
2013.04.23 JP 2013-0903711.一种斩波放大器，包含：斩波调制器，其通过特定控制信号调制特定检测信号和偏压，并且输出斩波调制信号；第一差分放大器，其差分放大来自所述斩波调制器的斩波调制信号，并且输出差分调制信号；斩波解调器，其通过所述控制信号解调来自所述第一差分放大器的差分调制信号，并且输出解调信号；第二差分放大器，其从所述解调信号中提取检测信号分量；以及多个滤波器，其连接在所述第二差分放大器的输入端子处，并且相对于所述解调信号具有彼此不同的截止频率，其中，所述滤波器包括具有不同截止频率的第一高通滤波器和第二高通滤波器，所述截止频率满足以下关系：Fc1<Fin<Fc2...

【专利技术属性】
技术研发人员：长久武，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP