[发明专利]一种模拟信号处理电路

说明书

技术领域

本发明涉及混合信号系统领域，具体为一种模拟信号处理电路。

背景技术

在混合信号系统中，通常需要模拟信号处理电路采集模拟信号并进行放大，再传送给信号处理系统进行后续处理；上述模拟信号处理电路通常包含一个差分放大器，因差分放大器正负输入端之间存在固有失调，即使输入信号为零输出都会有一个失调输出，这是一个很明显的缺陷；因此带输入失调电压消除的模拟信号处理电路成为首选。

现有的一种带有失调电压校正功能的模拟信号处理电路如图1所示，包含开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，补偿电容Cm(对应容值也用Cm表示，以下类同)以及一个差分输入单端输出的放大器。电压信号Vin从正输入端输入，在输出端得到输出电压Vout。

对于现有的模拟信号处理电路，通常按照两个阶段来分析其消除失调电压的过程，从失调电压的角度来说，即失调电压的采集阶段和保持消除阶段，从信号传输的角度来说，是信号的采集阶段和保持放大阶段。在一个采样周期中，首先进入信号的采集阶段时，S2、S3、S5、S7闭合导通，S1、S4、S6打开关断，此时放大器接成单位增益缓冲器的形式，等效电路如图2，补偿电容跨接在输出端和地之间，输出电压等于输入失调电压Vos并存储于补偿电容Cm上。其次进入保持放大阶段时，S2、S3、S5、S7打开，S1、S4、S6闭合，等效电路如图3，补偿电容跨接在输出端和负输入端之间，此时与Vos幅度相等，方向相反的电压出现在负输入端，此时电压信号输入，在正输入端迭加Vos后又减去负输入端的Vos，等于为Vos被消除了。以上是未考虑负输入端对地寄生电容Cp的分析结果。不幸的是，考虑Cp重新分析后发现在第一时段到第二时段的切换时，Cp电压从Vos变为Vin，电容会被充电。这会给放大器的增益带来误差，该误差以相对值Cp/(Cp+Cm)来考量。在增益精度要求很高的场合，如规定增益误差不超过0.01％，即使Cp只有几个pF，Cm也要数万pF，这在容值最多只有几个fF/um^2的CMOS工艺中将会耗费惊人的面积。这是该技术的主要不足。

现有的另一种带有失调电压校正功能的模拟信号处理电路如图4所示，电路包含开关S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70，补偿电容Cm1，电容C1、C2以及一个差分输入单端输出的放大器。和传统自调零技术一最大的区别是，输入电压信号从放大器负输入端输入，在输出端得到输出电压Vout，形成一个反相放大器，另外补偿电容跨接在正输入端和地之间。在一个采样周期中，第一阶段，S10、S30、S50、S60闭合，S20、S40、S70打开，此时放大器也接成单位增益缓冲器的形式，等效电路如图5，C1电容和输入相连采样输入电压，补偿电容跨接在输出端和地之间，输出电压和输入失调电压Vos幅度相等、方向相反，并存储于补偿电容Cm1上。第二阶段，S10、S30、S50、S60断开，S20、S40、S70闭合，等效电路如图6，补偿电容跨接在正输入端和地之间，此时与Vos幅度相等、方向相反的电压出现在正输入端，切换瞬间的输入电压值被冻结在C1上，加载Vos后又加载一个-Vos，同样等效为Vos被消除了。纯净的输入信号通过C1，C2及差分放大器组成的电荷放大器放大并输出，闭环增益由反馈网络C1，C2决定。同样不幸的是，正输入端寄生电容在两个阶段电压从Vos变为Vin，切换瞬间会被充电，这会导致在正输入端得到的-Vos出现误差，而不是精确的-Vos，该误差以Cp1/(Cp1+Cm1)考量。在要求较高的场合，同样需要一个大的补偿电容。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有技术中存在的差分放大器，其输入端在工作的过程中易受寄生电容的影响，在满足高增益精度要求的同时，无法避免对芯片的面积造成浪费。

为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种模拟信号处理电路，包括差分放大器，所述差分放大器包括第一输入端，第二输入端以及输出端；其特征在于：所述模拟信号处理电路还包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第一电容和第二电容；外部模拟信号依次通过第一开关和第二开关与所述第一输入端相连；所述第二输入端与地连接；所述第一电容的上极板连接在第一开关和第二开关之间，所述第一电容的下极板与地连接；所述第三开关串接于差分放大器的第一输入端和输出端之间；所述第二电容的上极板与第一输入端相连接，所述第二电容的下极板通过第四开关与地串联；所述第二电容的下极板还通过第四开关与所述输出端串联；其中第一开关、第三开关和第四开关在信号采集阶段导通；第二开关和第五开关在保持放大阶段导通。