一种消除失调电压的开关电容积分器电路制造技术

本发明专利技术提供一种消除失调电压的开关电容积分器电路，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、四五开关、失调电压源以及放大器或反相器。本发明专利技术的开关电容积分器的放大器失调电压消除电路，其积分输出电压大小与放大器阈值电压无关，提高了积分器的精度。另外，该失调电压消除结构适用于反相器作为放大器的情况，可以补偿掉反相器输入偏置电压所带来积分偏差。本发明专利技术结构简单，在开关电容积分电路具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电容积分器电路，特别是涉及一种消除失调电压的开关电容积分器电路。
技术介绍
现代集成电路设计和信号处理过程与CMOS工艺紧密相关。然而，CMOS工艺中的电阻和电容绝对值大小会在制造过程中存在较大波动，以至于在精度要求较高的场合直接使用电阻和电容并不能满足对连续信号的处理要求。其中连续型积分器就是采用这种方法对模拟信号进行连续进行积分，优点是实时性好且不需要复杂的时序控制，如非交叠时钟。可以明显看到，连续型积分器会由于电阻和电容存在的绝对误差而使积分精度大大降低。因此，在诸多高精度场合(如∑△ADC中的调制器)下，开关电容积分器得到了广泛的应用。它利用周期性的翻转电容形成等效电阻，实现模拟信号的离散处理，并且电容值的精确程度比电阻阻值要容易控制。另外，其精度优势也体现在积分系数与电容比值相关而与电容的绝对值无关。尽管开关电容积分器需要更复杂的时序控制电路，但它所带来的优势远远大于这一不足。开关电容电路具有准确的频率相应、良好的电压线性度和温度特性等特点,并易于与CMOS工艺兼容。张鹏南,杨庆江,夏洪洋在论文《双斜率积分ADC中开关电容积分器的设计[J].黑龙江科技学院学报,2011,21(5):404-407.》中介绍了一种开关电容的基本结构，如图1所示，根据时序分析我们可以得到如下结果：Φ1：CsVi+CiVo(n-1)Φ2：CsVoff+CiVo(n) Φ 2 : V o ( n ) = V o ( n - 1 ) + C s C i V i ]]>其中，前两个式子是Φ1和Φ2分别为高电平时的A点储存的电荷量。根据电荷守恒定理，即令二者相等，可以得到第三个式子(积分器输出电压)。可以看到在每一个时间周期中，输出对输入做了一次积分，而且是离散型的。传统开关电容积分器电路并没有考虑到放大器所存在的失调电压，而放大器制造过程中其最终参数并不能完全按照设计时的情况实现完全匹配，以至于输出电压并不等于输入电压乘以增益大小。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种消除失调电压的开关电容积分器电路，用于消除传统开关电容积分器中放大器失调电压对积分器的影响，提高积分器的精度。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种消除失调电压的开关电容积分器电路，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、失调电压源以及放大器，其中，所述第一开关的第一端接输入电压，第二端接第一电容及第二开关的第一端，所述第二开关的第二端接地，所述第一电容的第二端连接第三开关、第四开关及第二电容的第一端，所述第三开关的第二端接地，所述第四开关的第二端接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接第五开关及第四电容的第一端，所述第五开关的第二端接第二电容的第二端以及失调电压源的第一端(正端)，所述失调电压源的第二端(负端)接放大器的第一输入端(负输入端)，所述放大器的第二输入端(正输入端)接地，输出端接第四电容的第二端。作为本专利技术的消除失调电压的开关电容积分器电路的一种优选方案，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关选用为MOS开关。进一步地，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关选用为增强型NMOS开关。作为本专利技术的消除失调电压的开关电容积分器电路的一种优选方案，所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容选用为MOS电容。作为本专利技术的消除失调电压的开关电容积分器电路的一种优选方案，所述放大器选用为差分输入，单端输出的放大器。作为本专利技术的消除失调电压的开关电容积分器电路的一种优选方案，根据电荷守恒定理，得到如下表达式：Φ1：CsVi+Ci1VB(n-1)+CcVoffΦ2：Ci1VB(n)+CcVoff Φ 2 : V B ( n ) = V B ( n - 1 ) + C s C i 1 V i ]]>其中，第一、第二个表达式为Φ1和Φ2分别闭合时的第一电容第二端的节点A储存的电荷量，第三个表达式为根据电荷守恒定理，得到的积分器输出电压表达式，Cs为第一电容，Vi为输入电压，Ci1为第三电容，Cc为第二电容，Voff为失调电压，B点为第三电容的第二端节点，n为正整数；在第三开关Φ1闭合、第四开关Φ2断开的时候B点的电荷会转移到输出，即：Ci1[VB(n)-VB(n-1)]＝Ci2[Vo(n)-Vo(n-1)]其中，Ci2为第五电容，Vo为输出电压，开关电容积分器电路的输出电压为： Φ 2 : V o ( n ) = V o ( n - 1 ) + C s C i 2 V i ]]>从该表达式可以明显看到，积分器的输出电压不再包含失调电压Voff，所以失调电压对精度的影响得以消除。本专利技术还提供一种消除失调电压的开关电容积分器电路，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、四五开关、失调电压源以及反相器，其中，所述第一开关的第一端接输入电压，第二端接第一电容及第二开关的第一端，所述第二开关的第二端接地，所述第一电容的第二端连接第三开关、第四开关及第二电容的第一端，所述第三开关的第二端接地，所述第四开关的第二端接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接第五开关及第四电容的第一端，所述第五开关的第二端接第二电容的第二端以及失调电压源的第一端，所述失调电压源的第二端接反相器的输入端，所述反相器输出端接第四电容的第二端。作为本专利技术的消除失调电压的开关电容积分器电路的一种优选方案，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关选用为MOS开关。进一步地，所述第一开关、第二开关、第三开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、失调电压源以及放大器，其中，所述第一开关的第一端接输入电压，第二端接第一电容及第二开关的第一端，所述第二开关的第二端接地，所述第一电容的第二端连接第三开关、第四开关及第二电容的第一端，所述第三开关的第二端接地，所述第四开关的第二端接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接第五开关及第四电容的第一端，所述第五开关的第二端接第二电容的第二端以及失调电压源的第一端，所述失调电压源的第二端接放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端接地，输出端接第四电容的第二端。

【技术特征摘要】
1.一种消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、失调电压源以及放大器，其中，所述第一开关的第一端接输入电压，第二端接第一电容及第二开关的第一端，所述第二开关的第二端接地，所述第一电容的第二端连接第三开关、第四开关及第二电容的第一端，所述第三开关的第二端接地，所述第四开关的第二端接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接第五开关及第四电容的第一端，所述第五开关的第二端接第二电容的第二端以及失调电压源的第一端，所述失调电压源的第二端接放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端接地，输出端接第四电容的第二端。2.根据权利要求1所述的消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于：所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关选用为MOS开关。3.根据权利要求2所述的消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于：所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关选用为增强型NMOS开关。4.根据权利要求1所述的消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于：所述第一电容、第二电容、第三电容、第四电容选用为MOS电容。5.根据权利要求1所述的消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于：所述放大器选用为差分输入，单端输出的放大器。6.根据权利要求1所述的消除失调电压的开关电容积分器电路，其特征在于：根据电荷守恒定理，得到如下表达式：Φ1：CsVi+Ci1VB(n-1)+CcVoffΦ2：Ci1VB(n)+CcVoff Φ 2 : V B ( n ) = V B ( n - 1 ) + C s C i 1 V i ]]>其中，第一、第二个表达式为Φ1和Φ2分别闭合时的第一电容第二端的节点A储存的电荷量，第三个表达式为根据电荷守恒定理，得到的积分器输...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉，叶汇贤，田犁，汪宁，章琦，曹虎，黄景林，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31