[实用新型]FBDDA放大器以及包括FBDDA放大器的设备

说明书

技术领域

本公开内容涉及完全平衡的微分差分放大器(FDDA或者 FBDDA)以及包括FBDDA放大器的设备。

背景技术

已知，各种类型电路被用作用于电容式传感器的前端读取电路。 特别地，使用FDDA或者FBDDA放大器(完全平衡微分差分放大 器)是已知的，其在需要高输入阻抗、全差分架构以及单位化或单 位增益时是更优选的。这种类型的FBDDA放大器在图1中作为示例 示出，并且由附图标记1整体地表示。电容式传感器2属于例如陀 螺仪、压力传感器、加速度计、麦克风等，并且检测由传感器自身 的移动部分的线性或旋转移动而生成的电容的变化。FBDDA放大器 1检测由于期望的物理量(例如压力、旋转、加速度等)的变换而产 生的输入的变化并且在输出处生成与所述变化成比例的电压。

在图1的示例中，FBDDA放大器1包括4个输入端子1a-1d以 及2个输出端子1e、1f。端子1a是反相端子，端子1b是非反相端 子。端子1b上存在输入信号(电压)Vin，包括由电容式传感器2 生成的电压分量以及固定的电压分量V_CM。通过电阻器3向端子1b 施加的电压V_CM是根据固定传感器2的操作点的需要而选择的用于 偏置传感器2的电压(例如在被包括在电源电压V_DD与例如接地参 考等参考节点的电压之间的范围内来选择V_CM)。电阻器3具有高 的电阻值，例如100GΩ或更高。电压V_CM是固定(d.c.)电压并且 被进一步向FBDDA放大器的输入1c供应。以这种方式，已知FBDDA 放大器1的输入通常被偏置在公共电压处。在传感器2的使用期间， 变化的(即a.c.)输入信号Vin被叠加在电压V_CM上。

端子1a上的信号被传输到输出端子1e上。换言之，输出端子 1e被反馈连接到输入端子1a。同样，端子1d上的信号被传输到输 出端子1f上，使得输出端子1f被反馈连接到输入端子1d。

以本身已知的方式，根据在电压跟随器配置中的FBDDA放大器 的操作，在输出1e上存在信号Vin/2并且在输出1f上存在信号 -(Vin/2)。

图1的实施例保证信噪比(SNR)方面的良好性能但是关于当信 号Vin的电平增加时的总的谐波失真(THD)存在缺陷。这是由于 以下事实：运算放大器没有根据传统类型的闭环配置而连接并且其 输入实际上没有连接在一起。因此，在存在高的输入信号Vin的情 况下，两个差分对明显不平衡，从而引起线性的恶化。

在本文的上下文中，线性是指通过晶体管获得的FBDDA放大器 的差分输入对。对于小的输入信号(例如在-150mV到+150mV之间 的范围内(包括端点值)的a.c.信号)，来自放大器的输出处的信号 基本上是输入信号的(可能是放大的)副本。相反，对于具有高的 峰值的信号(例如具有模量高于大约200mV的峰值的a.c.信号)， 两个差分输入对的跨导增益开始明显不同，从而生成输出电压信号 (或者差分输出信号)的谐波失真。

为了克服这一缺点，已知的是使用耦合到每个差分输入对(即 在1a与1b之间，以及在1c与1d之间)的负反馈电阻器4，如图2 中示意性地示出的。这一方式使得能够以噪声的代价来改善FBDDA 放大器的输出信号的线性，即，噪声越大则负反馈电阻越大。

如图3中示意性地示出的另外的已知的解决方案设想使用动态 偏置电路6，使得用于偏置差分对的电流不固定而是根据输入信号 Vin变化。在这种情况下，当输入信号Vin增加超过门限值时，电流 被引入到差分对中。虽然这一方法在输入噪声和谐波失真方面的具 有优点，然而其存在需要过多的电流消耗和d.c.操作点的显著变化的 缺点。

实用新型内容

本公开内容的一个目的是提供一种完全平衡的微分差分放大器 (FBDDA)以及一种包括FBDDA放大器的设备，其能够克服现有 技术中的不利方面中的至少一些并且扩展其功能。

根据本公开内容，提供了一种FBDDA放大器以及一种包括 FBDDA放大器的设备。

根据本公开的一个方面，提供了一种FBDDA放大器，包括：

第一差分输入级，被配置成接收输入电压信号，所述输入电压 信号包括交流分量和直流分量；