[发明专利]一种用于电容耦合斩波放大器的纹波消除环路

说明书

本发明公开了一种用于电容耦合斩波放大器的纹波消除环路，其通过将斩波放大器输出电压纹波转换为交流电流信号，并将其调制为直流电流信号，通过积分模块对直流电流信号积分得到积分电压，由跨导模块转换为补偿电流从而补偿斩波放大器的失调电压，抑制斩波放大器的输出电压纹波。此外，本发明通过在纹波消除环路中利用高频斩波技术和Ping‑Pong自调零技术结合极大地抑制了积分模块失调电压，从而能得到准确的积分电压，形成准确的补偿电流抑制斩波放大器中主放大器的失调电流，得到很好的斩波放大器输出电压纹波抑制效果。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种用于电容耦合斩波放大器的纹波消除环路。

背景技术

不论在模拟电路还是数字电路中，放大是一个基本的功能。信号常常需要被放大从而去驱动后级负载，克服后级噪声或是为数字电路提供逻辑电平。因此，模拟放大器是模拟和数字电路中必不可少的组成部分。放大器同时也被广泛地运用在反馈系统中。

目前，斩波技术被广泛运用于模拟放大器中，其功能在于能够将放大器的闪烁噪声和失调电压调制到较高频率，并对其进行滤除，减小放大器的噪声和失调；电容由于其匹配精度高，无需占用额外的静态电流，被较多地使用在低功耗放大器的反馈环路中。斩波技术和电容耦合的结合使用，可以使得放大器具有较低的噪声水平、静态功耗，较高的增益精度、共模抑制比等，同时能够实现对电压的轨到轨检测。电容耦合斩波放大器就是斩波技术和电容耦合技术结合使用的一种放大器，因其容易实现高共模抑制比、低噪声、低功耗和轨到轨的输入共模电压范围，从而被广泛地运用在各类信号采集系统中，如生物医疗信号等。

然而，电容耦合斩波放大器由于斩波器的使用，放大器的等效输入失调电压会被斩波为频率在斩波频率的失调电流交流信号，在后级放大器的密勒电容上积分形成输出电压纹波。假使主放大器的失调电压为10mV，主放大器的跨导为10uS，密勒电容为10pF，斩波频率为10kHz，将在放大器输出端造成幅值大约500mV的输出电压纹波，这将对输出的波形产生很大的干扰。

现有技术中主要有两种方式对电容耦合斩波放大器的输出电压纹波进行消除。第一种方式是通过在电容耦合斩波放大器后接低通滤波器的方式消除输出电压纹波，这种方式使得斩波放大器的斩波频率必须是低通滤波器截止频率的上百倍才能得到较好的纹波消除效果。通常情况下，电容耦合斩波放大器的斩波频率是几十kHz，所以低通滤波器的截止频率要低于1kHz，低通滤波器要实现低于1kHz的截止频率，在模拟集成电路中电容和电阻会消耗需要比较大的芯片面积；另一方面，由于低通滤波器的截止频率要低于1kHz，这会限制斩波放大器适用的信号范围。

第二种方式是通过将电容耦合斩波放大器输出电压纹波转换为交流电流信号，斩波器将交流电流信号调制为直流电流信号，通过积分器对直流电流信号进行积分得到积分电压，而后通过跨导将积分电压转换为电流补偿斩波放大器主放大器的失调，从而达到减小斩波放大器输出电压纹波的效果。但是，由于积分器失调电压的存在，通过跨导形成的补偿电流往往不能准确地补偿斩波放大器的失调，对斩波放大器输出电压纹波不能形成很好的抑制效果。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种用于电容耦合斩波放大器的纹波消除环路，通过将输出电压纹波转化为交流电流信号，并将其调制为直流电流信号并积分形成积分电压，进而通过Ping-Pong自调零技术和高频斩波技术的结合使用，使得失调电压被有效的抑制，从而可以形成准确的积分电压，经转换为电流后能够准确地补偿斩波器主放大器失调，最终达到更好的输出电压纹波抑制效果。

一种用于电容耦合斩波放大器的纹波消除环路，包括：

微分模块，用于对斩波放大器输出的差分电压信号进行微分处理，将其中的纹波转换为差分的方波电流信号；

低频斩波器，用于对差分的方波电流信号进行调制，得到差分的直流电流信号；该低频斩波器与斩波放大器的斩波频率相同；