[发明专利]具有经改进输入阻抗的切换式电容增益放大器

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张在2010年12月22日提出申请的标题为“具有经改进输入阻抗的切换式电容增益放大器(SWITCHED-CAPACITANCE PGA WITH IMPROVED INPUT IMPEDANCE)”的第61/426,196号美国临时申请案的权益，所述申请案的全文并入本文中。

技术领域

本申请案涉及一种用于具有经改进输入阻抗的切换式电容增益放大器(例如可编程增益放大器(PGA))的电路。

背景技术

增益放大器通常形成切换式模/数转换器(ADC)的输入级。图4展示此增益放大器400的实例。经由切换式电容器网络将差分输入信号VinP、VinM馈送到差分放大器440。所述切换式电容器网络包括两个电容器410a、410b，所述电容器借助于开关402及404在差分放大器440的输入信号路径中切换。电容器410a的第一端子通过开关402a及404a与非反相或反相输入信号VinP、VinM耦合。类似地，电容器410b的第一端子经由开关402b或404b与非反相或反相输入信号VinP、VinM耦合。开关402a及402b由时钟信号Φ控制且开关404a及404b由反相时钟信号#Φ控制。电容器410a及410b的第二端子分别与差分放大器440的非反相及反相输入直接耦合。差分放大器440在非反相及反相信号路径中包括差分输出及反馈电容器430a、430b。为了防止差分放大器440对其输入处的所有信号求积分，开关450a及450b经控制以对差分放大器440进行复位。因此，图4展示典型的常规电路，其中为了在放大器440的输出处具有接通相位，开关450a/b正以相位Φ切换。

在Φ为接通(相位Φ)时，对所述放大器进行复位且将电容器410a从VinM切换到VinP，同时将电容器410b从VinP切换到VinM。在相位#Φ与Φ之间电容器410a上的电荷改变则为ΔQIN(410a)＝CIN(VinP-VinM)。在#Φ与Φ之间电容器410b上的电荷改变则为ΔQIN(410b)＝CIN(VinM-VinP)。在相位#Φ与Φ之间电容器410a、410b上所存储的差分电荷差则为：

ΔQIN(#Φ,Φ)＝ΔQIN(410a)-ΔQIN(410b)＝2CIN(VinP-VinM)。

图5展示相关联的切换控制信号Φ及输出电压OP-OM。模拟放大器输出信号OP-OM在0与2C_IN/C_FB(VinP-VinM)之间双态切换。将电荷差ΔQ_IN传送到具有增益1/Cfb的运算放大器的输出电压。此算法的问题为，在此情况中，在相位Φ与#Φ两者期间均从输入拉取电荷而仅将电荷传送一次(在#Φ期间)。在循环(Φ相位，接着#Φ相位)期间求平均的差分输入阻抗等于：

Z_IN diff＝1/f*所传送的输出电压/(ΔQ_IN(Φ,#Φ)-ΔQ_IN(#Φ,Φ))

其中f为全循环(Φ相位，接着#Φ相位)的频率。因此，Z_IN diff＝1/(2f*C_IN)。

输入阻抗仅取决于C_IN及循环的频率f。

此低输入阻抗(其在切换式电容型ADC(如Σ-ΔADC)中为典型的)由以下事实产生：所述输入为经反复切换以对输入信号进行取样的电容。问题在于，在低噪声ADC中，噪声(尤其是热噪声)也与电容成反比(热噪声为kT/C_IN的倍数，其中T为绝对温度)。因此，如果电容较小，那么输入阻抗较佳，但噪声较大。

因此，需要一种具有经改进输入电容的切换式电容增益放大器。

发明内容

根据各种实施例，改进切换式电容增益放大器输入电路的输入阻抗以便连接到高源阻抗传感器。此改进需要以与标准切换式电容增益放大器解决方案相同的增益及相同的噪声最低值来实现。

改进输入阻抗同时不使噪声降级在ADC折衷方案中为重要的，且准许与在ADC的前端中具有较不作用的输入电路的一系列新的传感器介接，并使应用的总成本稍微降低。