斩波前置放大器和集成电路制造技术

一种斩波前置放大器和集成电路，包括一对斩波开关，以及依次连接的输入缓冲级、增益放大级、输出滤波级，其中一个斩波开关设置在输入缓冲级之前，另一个设置在输入缓冲级之后，而且增益放大电路内部采用斩波运算放大器，从而将斩波“分散”化了，使得斩波只处理小的差分信号，避免来回交换大的差分信号，从而避免大的状态变化。这大大简化了信号被扰动后的恢复难度及恢复时间，对于信号的完整性的损失非常小。

Chopper preamplifier and integrated circuit

【技术实现步骤摘要】
斩波前置放大器和集成电路
本申请属于CMOS集成器件
，尤其涉及一种斩波前置放大器和集成电路。
技术介绍
斩波技术简单描述是：使用一对斩波开关，将差分电路置于这对斩波开关之间。这对斩波开关实现对差分信号同相和反相来回不停交换。从功能上看，输入侧开关完成了对输入信号的调制功能(modulator)，而输出侧开关完成了对输出信号的解调功能(de-modulator)。最终的效果是：对于信号频谱来说无影响(来回发生了两次频谱搬移，但最终回到原点)，但是对位于两个斩波开关之间的差分电路的噪声来说，由于只经历了一次解调过程，因此只发生了一次频谱搬移，低频1/f噪声和失调被搬移到了高频处，最终被后续的低通滤波器滤除。斩波技术虽然可以消除失调和1/f噪声，但由于引入了斩波时钟，存在对精密模拟电路的周期性翻转和扰动，因此不可避免引入了时钟馈通、电荷注入、信号被扰动以及重新恢复等非理想因素。这些问题如果处理不好，会严重恶化线性度和增益精度。目前常用的带有斩波功能的前置放大器结构包括：输入缓冲级、增益放大级和输出滤波级，斩波开关一般设置在增益放大级两端，或者输入侧开关设置在输入缓冲级前端、输出侧开关设置在增益放大级的后端。使得输出侧开关斩波开关处存在大信号，斩波过程引起很大状态变化，导致了信号的完整性问题，影响线性度和增益精度。另外，由于目前输入缓冲级的结构的输入阻抗、工艺要求、增益精度和线性度的问题，使得整个前置放大器的性能也受到影响
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种斩波前置放大器和集成电路，旨在解决目前常用的斩波前置放大器存在输出侧开关斩波开关处存在大信号，斩波过程引起信号很大状态变化，会影响信号的完整性，线性度和增益精度的问题。本申请实施例的第一方面提供了一种斩波前置放大器，包括：第一斩波开关，所述第一斩波开关的两个输入端分别接入两个输入信号，所述第一斩波开关用于对所述两个输入信号调制后输出；输入缓冲电路，所述输入缓冲电路的两个输入端与所述第一斩波开关的两个输出端连接，所述输入缓冲电路采用源跟随器结构，为所述输入信号提供阻抗隔离后输出；第二斩波开关，所述第二斩波开关的两个输入端分别连接所述输入缓冲电路的两个输出端，所述第二斩波开关用于对所述输入缓冲电路的输出信号进行调解后输出；增益放大电路，所述增益放大电路的两个输入端与所述第二斩波开关的两个输出端连接，所述增益放大电路采用能消除失调和噪声的斩波运算放大器，用于将调解后的所述输出信号增益放大、消除失调和噪声后输出放大信号；输出滤波电路，所述输出滤波电路的两个输入端与所述增益放大电路的输出端连接，所述输出滤波电路用于对所述放大信号滤波后输出。在其中一个实施例中，所述输入缓冲电路包括两个输入缓冲单元，每个所述输入缓冲单元包括同向或反向串联在电源和公共电位之间的第一电流源、由第一晶体管构成的第一主源跟随器以及由至少一个第二晶体管构成的第一辅源跟随器，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极共接作为所述输入缓冲电路的输入端，所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间的共接点作为所述输入缓冲电路的输出端，所述第一辅源跟随器用于消除所述第一主源跟随器的沟道长度调制效应。在其中一个实施例中，所述输入缓冲单元还包括用于增加输出电平移位的电平移位模块，其中：所述电平移位模块连接在所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间，所述电平移位模块与所述第一电流源之间的共接点作为所述输入缓冲单元的输出。在其中一个实施例中，所述电平移位模块连接在所述第一主源跟随器和所述第一辅源跟随器之间。在其中一个实施例中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为PMOS管，所述第一晶体管的源极通过所述第一电流源接电源，至少一个所述第二晶体管同向串联后连接在所述第一晶体管的漏极和公共电位之间；或所述第一晶体管和所述第二晶体管为NMOS管，所述第一晶体管的源极通过所述第一电流源接公共电位，至少一个所述第二晶体管同向串联后连接在所述第一晶体管的漏极和电源之间。在其中一个实施例中，所述第一晶体管和所述第二晶体管均工作在饱和区；所述第一晶体管的阈值电压大于所述第二晶体管的阈值电压。在其中一个实施例中，所述第一晶体管的阈值电压大于所述第二晶体管的阈值电压关系为：|Vth1|-|Vth0|≥|Vod0|+margin；其中，Vth1为所述第一晶体管的阈值电压，Vth0为所述第二晶体管的阈值电压，Vod0为所述第二晶体管的过驱动电压，margin为电压裕量。在其中一个实施例中，所述增益放大电路包括第一斩波运算放大器、第二斩波运算放大器、第一分压元件、第二分压元件以及第三分压元件，所述第一斩波运算放大器的正相输入端作为所述增益放大电路的第一输入端，所述第一分压元件的一端与所述第一斩波运算放大器的输出端连接，所述第一分压元件的另一端与所述第一斩波运算放大器的反相输入端、所述第二分压元件的一端连接，所述第二分压元件的另一端与所述第二斩波运算放大器的反相输入端、所述第三分压元件的一端连接，所述第二斩波运算放大器的正相输入端作为所述增益放大电路的第二输入端，所述第三分压元件的另一端与所述第二斩波运算放大器的输出端连接，所述第一斩波运算放大器的输出端作为所述增益放大电路的第一输出端，所述第二斩波运算放大器的输出端作为所述增益放大电路的第二输出端。在其中一个实施例中，所述输出滤波电路包括第一电阻、第二电阻以及滤波电容，所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端分别作为所述输出滤波电路的两个输入端，所述滤波电容串接在所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端之间，且所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端分别作为所述输出滤波电路的两个输出端。本申请实施例的第二方面提供了一种集成电路，包括如上所述的斩波前置放大器。上述的斩波前置放大器中的输入缓冲级采用了源跟随器结构，可以大幅提高线性度性能和增益精度性能，避免输入缓冲级成为性能的瓶颈；将斩波分别作用于第一级输入缓冲器，以及第二级增益放大级的运算放大器内部，从而将斩波分散化，斩波只处理小的差分信号，避免来回交换大的差分信号，从而避免大的状态变化，这大大简化了信号被扰动后的恢复难度及恢复时间，对于信号的完整性的损失非常小。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的斩波前置放大器的结构示意图；图2为典型的斩波开关的结构示意图和电路原理图；图3A和3B分别为图1的斩波前置放大器中两种输入缓冲电路的结构示意图；图4为图3A所示的输入缓冲电路实施例一的示例电路原理图；图5为图3A所示的输入缓冲电路实施例二的示例电路原理图；图6为图3B所示的输入缓冲电路实施例三的示例电路原理图；...

【技术保护点】
1.一种斩波前置放大器，其特征在于，包括：/n第一斩波开关，所述第一斩波开关的两个输入端分别接入两个输入信号，所述第一斩波开关用于对所述两个输入信号调制后输出；/n输入缓冲电路，所述输入缓冲电路的两个输入端与所述第一斩波开关的两个输出端连接，所述输入缓冲电路采用源跟随器结构，为所述输入信号提供阻抗隔离后输出；/n第二斩波开关，所述第二斩波开关的两个输入端分别连接所述输入缓冲电路的两个输出端，所述第二斩波开关用于对所述输入缓冲电路的输出信号进行调解后输出；/n增益放大电路，所述增益放大电路的两个输入端与所述第二斩波开关的两个输出端连接，所述增益放大电路采用能消除失调和噪声的斩波运算放大器，用于将调解后的所述输出信号增益放大、消除失调和噪声后输出放大信号；/n输出滤波电路，所述输出滤波电路的两个输入端与所述增益放大电路的输出端连接，所述输出滤波电路用于对所述放大信号滤波后输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种斩波前置放大器，其特征在于，包括：
第一斩波开关，所述第一斩波开关的两个输入端分别接入两个输入信号，所述第一斩波开关用于对所述两个输入信号调制后输出；
输入缓冲电路，所述输入缓冲电路的两个输入端与所述第一斩波开关的两个输出端连接，所述输入缓冲电路采用源跟随器结构，为所述输入信号提供阻抗隔离后输出；
第二斩波开关，所述第二斩波开关的两个输入端分别连接所述输入缓冲电路的两个输出端，所述第二斩波开关用于对所述输入缓冲电路的输出信号进行调解后输出；
增益放大电路，所述增益放大电路的两个输入端与所述第二斩波开关的两个输出端连接，所述增益放大电路采用能消除失调和噪声的斩波运算放大器，用于将调解后的所述输出信号增益放大、消除失调和噪声后输出放大信号；
输出滤波电路，所述输出滤波电路的两个输入端与所述增益放大电路的输出端连接，所述输出滤波电路用于对所述放大信号滤波后输出。


2.如权利要求1所述的斩波前置放大器，其特征在于，所述输入缓冲电路包括两个输入缓冲单元，每个所述输入缓冲单元包括同向或反向串联在电源和公共电位之间的第一电流源、由第一晶体管构成的第一主源跟随器以及由至少一个第二晶体管构成的第一辅源跟随器，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极共接作为所述输入缓冲电路的输入端，所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间的共接点作为所述输入缓冲电路的输出端，所述第一辅源跟随器用于消除所述第一主源跟随器的沟道长度调制效应。


3.如权利要求2所述的斩波前置放大器，其特征在于，所述输入缓冲单元还包括用于增加输出电平移位的电平移位模块，其中：
所述电平移位模块连接在所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间，所述电平移位模块与所述第一电流源之间的共接点作为所述输入缓冲单元的输出。


4.如权利要求3所述的斩波前置放大器，其特征在于，所述电平移位模块连接在所述第一主源跟随器和所述第一辅源跟随器之间。


5.如权利要求2所述的斩波前置放大器，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为PMOS管，所述第一晶体管的源极通过所述第一电流源接电源，至少一个所述第二晶体管同向串联后连接在所述第一晶体管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗书立，许建超，夏书香，
申请(专利权)人：深圳市锐能微科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44