[发明专利]一种单端输出的低噪声全差分开关电容滤波器

说明书

本发明提出一种单端输出的低噪声全差分开关电容滤波器，通过将双端转单端电路内置在全差分开关电容滤波器的环路内，所述双端转单端电路的输出端通过开关管与全差分开关电容滤波器的反馈电容对相连。本发明的结构不仅能实现传统的双端转单端输出的功能，还能实现抑制双端转单端电路的噪声和失配影响、以及slew rate带来的信号非线性。

技术领域

本发明涉及传感器和其他物理信号的采集、放大、模数转换(ADC)，适用于高灵敏度信号链路系统，尤其是弱信号传感器的信号采集和调理，在汽车、家电、工业自动化、机器人、物联网以及军工领域有广泛适用性。

背景技术

为了从一个开关电容滤波器的双端输出信号得到一个单端信号，传统的方式如图1所示。全差分开关电容滤波器(图中示意的SCF是1阶低通滤波器，但是本文所指不仅限于此)的双端输出直接接一个双端转单端电路，以实现所需要求。

其中，119是输入信号，120是输入的直流偏置电压；

128为全差分放大器，124是差分放大器；

114，111为SCF的积分电容；

103，116为SCF的输入级采样电容；

102，112为SCF的反馈电容；

108，110为SCF的开关部件，受时序图中的131时序控制；

107，109，106，115为SCF的开关部件，受时序图中的132时序控制，为避免开关关断时电荷注入对信号的影响，132时序的下降沿要比131时序来的晚一些；

104，117为SCF的开关部件，受时序图中的133时序控制；

101，118，105，113为SCF的开关部件，受时序图中的134时序控制，为避免开关关断时电荷注入对信号的影响，134时序的下降沿要比133时序来的晚一些；

133，134时序与131，132时序互相非交叠。

121，122，126，127为双端转单端电路中的阻抗部件，虽然图中示意为电阻，但本文所指不仅限至此，例如也有可能是使用开关电容技术实现的阻抗部件；

123，125为双端转单端电路中的电容器件。

以上描述的是传统全差分开关电容滤波器双端转单端电路架构。由于其双端转单端电路与全差分开关电容滤波器电路相对独立，以直接级联的方式实现，其不可避免有以下缺陷：

1)，双端转单端电路的噪声和失调会直接对输出电压产生影响。这些噪声和失调来源包括差分放大器124，阻抗器件121、126、127等；

2)，若想弥补上述缺陷1)，势必需要增大差分放大器124的面积和功耗，以及电阻器121、127、122、126的面积，以降低它们带来的失配和噪声。与此同时，对于这些器件在晶片中的layout也需谨慎布置，以降低失配。

3)，开关电容滤波器的slew rate带来的影响，会加重最终单端输出的信号非线性。原因在于，如图5所示，slew rate会导致开关电容滤波器输出有一个跟信号相关的glitch产生，这个glitch大小随信号幅度变化，信号幅度越大，glitch对信号的影响也会越大，这会使信号非线性加剧。

本文基于以上传统结构，提出了一种创新的结构，这种新的结构在完成传统任务的同时，也解决了上述缺陷。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种单端输出的低噪声全差分开关电容滤波器，通过将双端转单端电路内置在全差分开关电容滤波器的环路内，实现抑制双端转单端电路的噪声和失配影响、以及slew rate带来的信号非线性。

实现本发明目的的技术解决方案为：