斩波放大电路及多级放大系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种斩波放大电路和一种多级放大系统，所述斩波放大电路包括：由第一斩波脉冲控制的第一斩波放大器；与第一斩波放大器并联的由第二斩波脉冲控制的第二斩波放大器；和串联在第一斩波放大器和第二斩波放大器后的低通滤波器。两个斩波放大器中的一个在开关切换时，另一个工作在稳定状态，这样可以有效的减小开关切换造成的尖峰。这样，可以降低斩波放大电路的失调电压的典型值。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

斩波放大电路及多级放大系统
本技术涉及电路设计领域，尤其涉及斩波放大电路及多级放大系统。
技术介绍
随着物联网的蓬勃发展，越来越多的产品领域用到了传感器，有些传感器的输出信号非常小，一般在微伏级，而普通放大器的输入失调在毫伏级。因此，普通放大器并不能满足这些小信号输出的传感器的放大需求。运算放大器的输入失调电压(Vos)的存在将造成对输入电压的误差，而有限增益(AO)将造成放大器整体放大倍数的误差。仪表放大器的关键性能指标是高精度和低噪声。这要求其采用的内置运算放大器具有高电压增益，低失调电压和低输入等效噪声。运算放大器的输入等效失调电压的来源在于集成电路器件参数的失配，典型的双极(bipolar)工艺会造成输入失调电压Vos在0. ImV左右，而CMOS (Complementary Metal Oxidekmiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺造成的失调为双极工艺的10倍甚至100倍。现有的斩波放大电路可以降低输入失调电压。图1示出了现有技术中一种典型的斩波放大电路。所述斩波放大电路包括第一斩波电路11、放大器1、第二斩波电路12和低通滤波电路(未图示)。所述第一斩波电路11包括四个开关单元11a、lib、Ilc和lld，斩波脉冲刎控制开关单元Ila和lib的导通和截止，斩波脉冲0控制开关单元Ilc和Ild的导通和截止。所述第二斩波电路12包括四个开关单元12a、12b、12c和12d，斩波脉冲纠控制开关单元1 和21b的导通和截止，斩波脉冲控制开关单元12c和12d的导通和截止。其中，斩波脉冲刎和均为频率为fc的方波信号，两者相位相差180度，如图2所示。假设将所述斩波电路的各个开关单元设定为在高电平时导通，在低电平时截止。结合图1和图2所示，在tl时刻与t2时刻之间，斩波脉冲洌为高电平，斩波脉冲0为低电平。因而，开关单元11a、lib、12a和12b导通。此时，第一斩波电路11的输入端15与放大器1的正输入端相连，第一斩波电路11的输入端16与放大器1的负输入端相连，所述放大器1的正输出端30与第二斩波电路12的输出端17相连，所述放大器1的负输出端31与第二斩波电路12的输出端18相连。在t2时刻与t3时刻之间，斩波脉冲纠为低电平，斩波脉冲0为高电平。因而，开关单元11c、lid、12c和12d导通。此时，第一斩波电路11的输入端15与放大器1的负输入端相连，第一斩波电路11的输入端16与放大器1的正输入端相连，所述放大器1的正输出端30与第二斩波电路12的输出端18相连，所述放大器1的负输出端31与第二斩波电路12的输出端17相连。下面参照图3A-3G描述图1所示的斩波放大电路的每一个部分处的噪声和输入信号的频率特征。图3A-3F的曲线图分别表示每一部分的频率特征(纵轴为幅值，水平轴为频率)，图3G为斩波脉冲纠的示意图。在此情形中，所述放大器1具有图3C中所述的输入噪声和失调电压Vn。图3A所示的频率特性的输入信号Vin被输入，在第一斩波电路11处基于斩波脉冲刎(由于斩波脉冲w是斩波脉冲纠的反相信号，因此两个斩波脉冲实质上可以看成一个)进行调制，从而形成具有图3B中所示的频率特性的调制信号。之后，在放大器1中，图3C所示的输入噪声和失调电压Vn被叠加到将要从所述放大器1输出的调制信号上，得到如图3D中所示的放大信号。随后，在第二斩波电路12基于斩波脉冲刎对放大信号进行解调，得到如图3E所示的频率特性的输出信号。此时，所述斩波电路12将放大器1的输入噪声和失调电压Vn被调制至所述斩波脉冲纠的频率的奇数倍的频率上。低通滤波器13用于滤除所述第二斩波电路12输出的信号的高频分量，从而获得具有图3F中所示的频率特征的输出信号。可以看出，典型的斩波放大电路通过调制和解调过程将噪声和有效信号在频域上进行分离并采用低通滤波器将失调和噪声滤除。然而，现有典型的斩波放大电路仍然有IOuV左右的失调电压，这是由于在斩波过程中开关信号对信号通路造成冲击形成了尖峰信号，这个尖峰信号通过低通滤波器后形成了残余失调。此外，现有的斩波放大器一般增益较小，不能满足大多数传感器小信号放大的需要。因此，有必要提出一种改进的信号放大方案来克服上述问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题之一在于提供一种斩波放大电路，其具有较小的输入失调电压。本技术要解决的技术问题之一在于提供一种多级放大系统，其具有较高的电压增益。为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本技术提供了一种斩波放大电路，其包括由第一斩波脉冲控制的第一斩波放大器；与第一斩波放大器并联的由第二斩波脉冲控制的第二斩波放大器；和串联在第一斩波放大器和第二斩波放大器后的低通滤波器。进一步的，每个斩波放大器包括有受控于相应斩波脉冲的第一斩波电路、放大器和受控于相应斩波脉冲的第二斩波电路。进一步的，第一斩波脉冲与第二斩波脉冲的频率相同、相位相差30度至150度。优选的，第一斩波脉冲与第二斩波脉冲的相位相差90度。为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本技术提出一种多级放大电路，其包括由斩波放大电路形成的第一级放大电路，与第一级放大电路串联的第二级放大电路，与第二级放大电路串联的第三级放大电路，和与第一级放大电路和第二级放大电路并联的前馈放大电路。所述斩波放大电路包括由第一斩波脉冲控制的第一斩波放大器；与第一斩波放大器并联的由第二斩波脉冲控制的第二斩波放大器；和串联在第一斩波放大器和第二斩波放大器后的低通滤波器。与现有技术相比，本技术采用两个斩波放大器，两个斩波放大器中的一个在开关切换时，另一个工作在稳定状态，这样可以有效的减小开关切换造成的尖峰。这样，可以降低斩波放大电路的失调电压的典型值。4此外，通过采用弥勒补偿电路和前馈补偿电路，本技术中的多级放大系统既实现的高增益，同时又获得了较多的相位裕度。关于本技术的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。附图说明结合参考附图及接下来的详细描述，本技术将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中图1为现有技术中一种典型的斩波放大电路的电路示意图；图2为图1中的斩波脉冲的波形示意图；图3A至图3G示意性的示出了图1中的斩波放大电路的每一个部分处的噪声和输入信号的频率特征；图4为本技术中的斩波放大电路在一个实施例中的结构示意图；图5为图4中的斩波放大电路的两个斩波脉冲的波形示意图；图6为本技术中的采用了图4所示的斩波放大电路的多级放大系统的结构示意图；图7为现有单级和二级放大系统的增益频率响应的曲线图和相位频率响应的曲线图；和图8为本技术中的多级放大系统的增益频率响应的曲线图和相位频率响应的曲线图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。 此处所称的“ 一个实施例，，或“实施例，，是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本技术至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。图4为本技术提供的一种改进的斩波放大电路40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国鹏，薄卫忠，
申请(专利权)人：无锡力芯微电子股份有限公司，无锡盛迈克传感技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：