[发明专利]一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器

说明书

本发明公开了一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器，包括相关双采样有限增益补偿支路、失调电压存储支路、相关电平转换支路、全差分运放OA和控制电路。本发明采用相关双采样和输入相关电平转换技术，减小输入电容上残留的电荷，降低运放的有限增益引起的电荷转移误差，从而达到降低输出直流失调电压和提高放大器的增益精度的效果。该开关电容放大器采用全差分结构，可以消除电荷注入和时钟馈通，同时具有直流失调电压小、增益精度高等优点。

技术领域

本发明涉及高精度模拟电路设计领域，尤其涉及一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器。

背景技术

开关电容放大器被广泛应用于各种低功耗高精度模拟电路中，如实现智能传感器系统的仪表放大器，生物医疗信号采集系统的读出放大器等。这些放大器处理的信号频率低，信号幅度小，通常需要放大器的输出直流失调电压小，增益误差小。而开关电容放大器性能受到许多非线性因素影响，如运放的失调电压、有限增益，开关电荷注入，时钟馈通，电路的热噪声等，这些都会影响放大器的输出直流失调电压和输出增益。在众多因素中，运放的有限增益是限制开关电容放大器性能的一个很重要因素，它会使电容上的电荷转移不完全，从而导致输出直流失调电压大和增益精度低等问题。因此需要通过失调电压补偿和有限增益补偿的方式降低运放的有限增益对开关电容放大器的输出直流失调电压和增益精度的影响。

目前已公开的开关电容放大器的中国发明专利可以参考公布号为CN102195571A。专利CN102195571A公示的开关电容放大器采用现有的开关电容放大器结构，如图1所示，包含输入开关、开关a、输出开关、开关b、开关c、开关d、输入电容C₁、保持电容C₂、输出电容C₃、内部放大器以及控制电路。该放大器采用了补偿电容耦合的方式对失调电压进行补偿，但由于运放的有限增益，节点A会残留与输入信号相关的微小信号-V_OUT/A,导致输入电容C₁上的电荷不能完全转移到输出电容C₃上，因而产生输出失调电压只能减少为运放失调电压的(1+C₁/C₃)/A倍，而且放大器的直流增益误差为(1+C₁/C₃)/A²，其中A为运放的增益。如果需要进一步减小开关电容放大器的失调电压及增益误差，则需要提高运放的增益，因而不适合用于低功耗高精度模拟电路的设计。该开关电容放大器采用补偿电容耦合方式进行失调电压补偿，然而现有的开关电容放大器结构受到运放有限增益的影响，运放输入端并不是真正的“虚地”点，而会残留与输入信号相关的微小信号，导致输入电容上的电荷不能完全转移到输出电容上，因而产生输出失调电压和增益误差。因此需要提出新的开关电容放大器结构，减小输入电容上残留的电荷，从而降低放大器输出失调电压和增益误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器。本发明采用相关双采样和输入相关电平转换技术，减小输入电容上残留的电荷，降低开关电容放大器的直流失调电压，提高放大器的增益精度。

本发明的技术方案具体如下：

一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器，包括

相关双采样有限增益补偿支路、失调电压存储支路、相关电平转换支路、全差分运放OA和控制电路；

所述相关双采样有限增益补偿支路包括输入电容C₁、C₂,输出电容C₃、C₄，保持电容C₅、C₆，开关1至14，与失调电压存储支路连接，用来采样输入信号，复位输出电容，实现电荷从输入电容到输出电容的转移以及输入和输出电容切换时的相关双采样；