一种超低输入端直流失调的放大器和A/D转换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超低输入端直流失调的放大器和A/D转换器，包括依次连接的斩波调制器、采样器、CDS采样器和放大/积分器，一斩波解调器设置在采样器之后的电路中。其中斩波调制器和斩波解调器消除CDS采样器等电路元件由于电路元件的非理想性而产生的剩余直流失调；反过来，CDS采样器也能够消除斩波调制器和斩波解调器的剩余直流失调。由于斩波调制器和斩波解调器将CDS采样器等电路元件的剩余直流失调调制到2×ck_chop的时钟频率上，生成高频的调制信号，因此输入信号和调制信号在频域上不重叠。这样调制信号就可以通过在上述超低输入端直流失调的放大器的输出端连接的低通滤波器消除，从而达到了去掉采样信号剩余直流失调的目的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高精度放大器领域，具体涉及一种超低输入端直流失调的放大器和A/D转换器。
技术介绍
高精度放大器如仪表放大器（Instrument Amplifier)要求输入端有非常低的直流失调（DC offset），随着应用的不同，对于放大元件的输入直流失调限制在几十到几百微伏(μV)不等。如果在放大元件的输入端不做任何处理，使用双极型晶体管为输入级的放大元件的输入端直流失调在1-3毫伏（mV）之间，使用绝缘栅MOS管为输入级的放大元件输入端直流失调可能会高达10毫伏，因此远不能满足需要。常用的降低放大元件的输入端直流失调的方法有如下几种：方法1、在测试过程中测量并且对放大元件的输入端直流失调进行微调（trim），并将失调参数用一次编程的存储单元（OTP）记录在芯片上。这种做法生产成本很高，精度有限，并且无法消除直流失调随温度的漂移。方法2、斩波放大法（chopping）如图1所示，该方法将放大元件的输入端直流失调调制到一个较高的载波频率上，从而与低频输入信号分开。该方法虽然能消除直流失调的温度漂移，但是放大元件的输出信号中带有两倍频的载波信号，还需要用额外的电路消除。方法3、相关二次采样法（correlated double sampling，CDS），如图2所示，电容C1对输入信号进行采样，当采样时钟信号ck1为高、ck2为低时，电容C2通过电容C3对放大元件的输入端直流失调电压进行采样保持，并在采样时钟信号ck1的下降沿上做记录。该方法也能消除直流失调的温度漂移，即当时钟信号ck2为高、ck1为低时，电容C2与放大元件串联，其记录的输入端直流失调电压抵消了放大元件的输入端直流失调，从而放大元件的输入信号能够无偏差地被放大。以上方法2和3能够达到的输入端直流失调指标为几十到几百微伏，剩余的直流失调主要来自电路的非理想性，如采样开关的电荷注入（charge injection），差分电路的匹配误差（mismatch），以及电路每次开关动作后放大器工作点的重新稳定等。很多仪表放大器的新应用中，要求放大元件的输入端直流失调低于10微伏，并且要求有很低的温度漂移，而上述方法均不能达到这样的指标。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提出了一种可消除由于电路元件的非理想性造成的剩余直流失调的超低输入端直流失调的放大器；以及使用该放大器作为前端采样电路的A/D转换器。本技术的技术方案如下：一种超低输入端直流失调的放大器，其特征在于：它包括依次连接的斩波调制器、采样器、CDS采样器和放大/积分器，一斩波解调器设置在所述采样器之后的电路中；所述斩波调制器和斩波解调器使用斩波时钟信号ck_chop，所述采样器和CDS采样器使用采样时钟信号ck。所述斩波解调器设置在所述采样器和CDS采样器之间。所述斩波解调器设置在所述CDS采样器和所述放大/积分器之间。所述斩波解调器设置在所述放大/积分器的输出端。所述放大/积分器的输出端连接低通滤波器。所述斩波解调器的输出端连接低通滤波器。一种使用上述超低输入端直流失调的放大器的A/D转换器，其特征在于：它包括模数转换器，所述模数转换器的信号输入端和基准电压输入端分别连接一所述超低输入端直流失调的放大器。所述超低输入端直流失调的放大器包括依次连接的斩波调制器、采样器、CDS采样器和放大/积分器，一斩波解调器设置在所述采样器之后的电路中。本技术的技术效果如下：本技术的一种超低输入端直流失调的放大器，包括依次连接的斩波调制器、采样器、CDS采样器和放大/积分器，一斩波解调器设置在采样器之后的电路中。其中斩波调制器和斩波解调器消除CDS采样器等电路元件由于电路元件的非理想性而产生的剩余直流失调；反过来，CDS采样器也能够消除斩波调制器和斩波解调器的剩余直流失调。通过上述设置，即可达到长时间平均放大元件等效输入端直流失调小于10μV的目标。由于斩波调制器和斩波解调器将CDS采样器等电路元件的剩余直流失调调制到2×ck_chop的时钟频率上，生成高频的调制信号，因此输入信号和调制信号在频域上不重叠。这样调制信号就可以通过在整个超低输入端直流失调的放大器的输出端连接的低通滤波器消除，从而达到了去掉采样信号剩余直流失调的目的。由于斩波时钟信号ck_chop的上升或下降沿与采样时钟信号ck的上升沿或者下降重合，这样可以保证在采样器的采样点时，斩波时钟信号ck_chop已经完全稳定。而到达采样点之前、斩波调制器和斩波解调器开关之后的时间段内，放大元件的工作点的重新建立不会影响输出信号的质量，这样的安排消除了传统斩波电路由于放大元件工作点建立而带来的信号剩余直流失调。附图说明图1是斩波型放大器的基本电路图图2是使用相关二次采样放大器的结构示意图图3是本技术的实施例1的结构示意图图4是本技术的实施例1的时间矢量图图5是本技术的实施例2的结构示意图图6是本技术的实施例3的结构示意图图7是本技术实施例1的具体实现电路示意图图8是本技术实施例1的具体实现电路的时间矢量图图9是本技术的应用实施例1、实施例2或实施例3作为前端采样电路的高精度模数转换电路示意图具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术的超低输入端直流失调的放大器基本原理是在电路中同时使用斩波调制解调电路和CDS（相关二次采样）电路，让它们消除彼此由于电路元件的非理想性而产生的剩余直流失调，从而使整个放大电路达到更高的精度。即通过斩波调制解调电路消除采样电流和CDS电路剩余直流失调，通过CDS电路消除斩波调制电路的剩余直流失调，最后放大器的输出信号中携带的两倍频的斩波调制信号通过一个低通滤波器消除。实施例1：如图3、图4所示，超低输入端直流失调的放大器包括依次连接的斩波调制器1、采样器2、斩波解调器3、CDS采样器4和放大/积分器5，其中斩波调制器1和斩波解调器3使用斩波时钟信号ck_chop，采样器2和CDS采样器4使用采样时钟信号ck。输入信号依次经过输入斩波调制器1、采样器2、斩波解调器3和CDS采样器4，最后进入和放大/积分器5完成信号的放大和输出。本实施例中，斩波调制器1和斩波解调器3分别设置在采样器2的输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低输入端直流失调的放大器，其特征在于：它包括依次连接的斩波调制器、采样器、CDS采样器和放大/积分器，一斩波解调器设置在所述采样器之后的电路中；所述斩波调制器和斩波解调器使用斩波时钟信号ck_chop，所述采样器和CDS采样器使用采样时钟信号ck。

【技术特征摘要】
1.一种超低输入端直流失调的放大器，其特征在于：它包括依次连接的斩波调制器、采
样器、CDS采样器和放大/积分器，一斩波解调器设置在所述采样器之后的电路中；所述斩波
调制器和斩波解调器使用斩波时钟信号ck_chop，所述采样器和CDS采样器使用采样时钟信
号ck。
2.如权利要求1所述的一种超低输入端直流失调的放大器，其特征在于：所述斩波解调
器设置在所述采样器和CDS采样器之间。
3.如权利要求1所述的一种超低输入端直流失调的放大器，其特征在于：所述斩波解调
器设置在所述CDS采样器和所述放大/积分器之间。
4.如权利要求1所述的一种超低输入端直流失调的放大器，其特征在于：所述斩波解调
器设置在所述放大/积分器的输出端。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶海，
申请(专利权)人：戴祖渝，
类型：实用新型
国别省市：