[发明专利]用于抑制斩波稳定放大器中的偏移和纹波的自动校正反馈环路

说明书

相关申请

本专利申请要求由Yoshinori Kusuda和Thomas L.Botker于2008年9月11日提交的美国临时专利申请第61/191,919号的优先权。

技术领域

本发明总体而言涉及斩波稳定放大器，更具体地涉及减小这些放大器的偏移和纹波的装置。

发明背景

运算放大器广泛存在于电子电路中。有些应用中运算放大器必须具有非常低的输入偏移电压。实现这一点的最常见两种技术是：自动归零和斩波稳定。然而，这两种技术都存在缺陷。例如，自动归零由于重叠导致带内噪声增大，而斩波稳定可导致输出电压的斩波频率出现纹波。

图1示出了一种常规斩波稳定放大器。一组斩波开关10，12用于对施加在跨导放大器Gm1的输入进行斩波处理，一组斩波开关14，16用于对该跨导放大器Gm1的输出进行斩波处理，输出放大器Gm2整合跨导放大器Gm1的斩波输出，得到放大器的输出V_out。斩波开关与互补时钟信号″Chop″和″′Chop_Inv″一起操作；当信号″Chop″为高时，开关10和14闭合，开关12和16打开，当信号″Chop_Inv″为高时，开关10和14打开，开关12和16闭合。理想的情况是，跨导放大器Gm1的输入偏移电压是零，在此情况下，斩波开关10和12将输入电压转变为交流信号，而开关14和16将该交流信号重新转为直流，使得在放大器的输出V_out没有纹波。不过，实际上跨导放大器Gm1会有非零输入偏移电压，在图1中以电压V_os1表示。这会产生由电压V_out引发的纹波电压，频率分量出现在输出波谱中斩波时钟及其多重时钟的频率上(如图1所示)。

已经有人采用多个方法来减小斩波稳定放大器中与斩波相关的纹波。A.Bakker和J.H.Huijsing的″A CMOS Chopper Opamp with Integrated Low-Pass Filter″，Proc.ESSClRC，1997记载了其中一个方法，该方法在信号途径中使用采样保持(S/H)电路；每次波形穿过零时都对信号进行采样以减小纹波。然而，采样保持电路使放大器的频率反应增加一个额外的极，导致频率的补偿变得困难。

Burt等人的美国专利号7,292,095讨论了另一种方法，在放大器的信号途径中斩波开关之后插入一个开关电容陷波器，该陷波器操作上是用来减小纹波的。但是陷波器输入侧出现的纹波可以通过补偿电容与放大器的输出连接。

另一种技术使用反馈环路来抑制信号途径的纹波，这些纹波是由于与接收斩波输入信号的跨导放大器相关的输入偏移电压而引起的；该方法在例如K.A.A.Makinwa，″T4：Dynamic Offset-Cancellation Techniques in CMOS″，ISSCC 2007，p.49.中有报导。然而，文中没有提出任何装置来抑制与反馈环路放大器相关的输入偏移电压。

发明内容

本发明提出一种具有自动校正反馈环路的斩波稳定放大器，它能够克服上面提到的许多问题，原因在于本发明的反馈环路操作上能够抑制可能出现在放大器输出的输入偏移电压效应和偏移电压引致的纹波。

本发明的斩波稳定放大器包括主信号途径，该主信号途径包括输入斩波电路，它响应斩波时钟对差分输入信号进行斩波；第一跨导放大器，它接收经斩波处理的输入信号并产生响应的第一差分输出；输出斩波电路，它响应斩波时钟对第一差分输出进行斩波；以及第二跨导放大器，它接收经斩波处理的第一差分输出并产生随响应而改变的输出。

自动校正反馈环路包括第三跨导放大器，该第三跨导放大器较佳地连接成在它的输入接收经斩波处理的第一差分输出并产生响应的第三差分输出；第三斩波电路，它响应斩波时钟对第三差分输出进行斩波；滤波器，它设置成过滤经斩波处理的第三差分输出，从而基本上减小信号中存在的任何偏移电压所引致的交流分量；以及第四跨导放大器，该第四跨导放大器在它的输入接收过滤后的输出并产生响应的第四差分输出。第四差分输出是反馈环路的输出，与第一差分输出连接，因而接入在主信号途径内。若设置得恰当，自动校正反馈环路操作上能抑制可能出现在放大器输出的跨导放大器相关的偏移电压和偏移电压引致的纹波。

滤波器较佳地是开关电容陷波器，它以与斩波时钟具有相同频率但相对于该斩波时钟相移90°的时钟信号作为时钟；但其他类型的滤波器也可以采用。

本领域的技术人员将从以下结合附图的详细描述和权利要求书中更加清晰地了解本发明的其它特征、方面和优点。

附图说明