[发明专利]斩波放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种放大有限低频信号的斩波放大器。

背景技术

在现有技术中，例如公开号2006-279377的日本专利申请公开了一种放大有限低频检测信号的斩波放大器。

该斩波放大器包含斩波调制器、差分放大器和斩波解调器，其中斩波调制器用于通过特定控制信号调制有限低频输入信号并且输出调制信号，差分放大器用于差分放大该调制信号，斩波解调器用于依照该控制信号解调经差分放大的调制信号用于输出。

图5示出了典型的斩波放大器的实例，并且图6A至6F示出了图5中的斩波放大器的多个节点处的电压波形和频谱。图6A示出了栅极控制信号图5中的斩波调制器1和斩波解调器2每一个均包含NMOS晶体管。当高电平栅极控制信号被施加至NMOS晶体管的栅极时，NMOS晶体管导通，而当低电平信号 被施加至NMOS晶体管的栅极时，NMOS晶体管不导通。

图6B示出了来自信号源的电压(信号)S1和来自偏置源(bias source)的电压B1。该偏置源恒定地输出DC电压，用来为放大器提供偏压。图6C示出了信号S1的频谱，并且图6D示出了调制器的输出，即，由斩波调制器1通过调制图6B中的电压波形所获得的信号。图6E示出了具有频率分量f_s的信号S1被转换为具有频率分量f_chop±f_s，3f_chop±f_s，......的信号。

在图6F中，信号通过放大器采用增益A被放大。图6G示出了放大器的输出电压的频谱，并且从其中可以看出放大器的1/f噪声和信号被分频(fequency-separated)。在图6H中放大器的输出电压被斩波解调器2解调。在图6I中，信号分量的频率被恢复为转换之前的频率，并且放大器的1/f噪声被斩波解调器2转换至接近f_chop的频带内。

在图6J、6K中，仅有1/f噪声被低通滤波器(LPF)截止，并且信号S1从信号源输出而没有改变。即，斩波放大器操作使低颇范围内信号移至高频范围，分离了 信号分量和1/f噪声的频带，并且放大了信号。

然而，采用该斩波放大器存在一个问题，当斩波调制器1的N_ch晶体管开关从不导通的状态转变至导通状态时，由于发生时钟馈通(clock feedthrough)，所以剩余偏置(residual offset)被施加至LPF的输出OUT的电压。

这主要由信号源和偏置源的输出电阻之间的失配(mismatch)、晶体管开关的栅极-源极电容之间的失配、或放大器的两个输入端子的输入电容之间的失配所引起。在下文中，会描述一个实例。

图7是实例形式的斩波放大器的电路图，示出了信号源S1的输出电阻R1、偏置源B1的输出电阻R2、调制器的四个N_ch晶体管的栅极-源极电容C_gs、和放大器的+和-输入端子的输入电容C。为简单起见，假定晶体管开关的栅极-源极电容C_gs是相同的，并且+输入端子的输入电容C也是相同的，并且仅在输出电阻R1与R2之间发生失配，并且R1＜R2。当调制器内部的开关从不导通状态切换至导通状态时，开关的N_ch晶体管的栅极电位从GND转变至VDD，将电荷注入至电源(时钟馈通)。因为这个原因，信号源S1和偏置源B1的输出电压升高V_ing一会儿，其中V_ing＝V_dd(C_gs/(C_gs+C))。通过时钟馈通被注入至电容C中的电荷朝信号源和偏置源放电。在图8B中，示出了当放电时信号源和偏置源的瞬态响应(transient response)。由于偏置源B1的输出电阻R2大于信号源S1的输出电阻R1，因此对于输出电阻R2来说会比输出电阻R1花费更长的时间平复(settle)。这在调制器开关切换之后，在放大器的输出波形中立即引起一个尖峰(图8D)。如图8E所示，该尖峰波形穿过解调器而没有改变，并且被施加至LPF。LPF输出的电压是特定时刻波形的平均值，因此对应尖峰波形的电压变成了被添加至LPF输出电压的偏置。在图8F中，被施加至放大器输入的尖峰波形以LPF输出电压中的特定剩余偏置的形式出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可消除剩余偏置的斩波放大器。