[发明专利]完全平衡微分差分放大器以及包括其的设备

说明书

一种FBDDA放大器，包括：接收输入电压的第一差分输入级；接收共模电压的第二差分输入级；耦合到第一差分输入的第一电阻负反馈组；耦合到第二差分输入的第二电阻负反馈组；生成输出电压的差分输出级；并联耦合到第一电阻负反馈组的第一开关；以及并联耦合到第二电阻负反馈组的第二开关。第一开关和第二开关在电压输入假定第一值时被驱动到闭合状态中，使得所述第一输入级在线性区域中操作，并且在电压输入假定第二值时被驱动到打开状态，使得第一输入级在非线性区域操作。

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。