[发明专利]放大器装置和具有这种放大器装置的传感器装置

说明书

一种放大器装置包括用于连接传感器的传感器输入(SI)、第一放大器(OP1)和第二放大器(OP2)。第一放大器(OP1)具有第一放大器输出和第一和第二输入，其中第一输入连接到第一参考电势端子(VCM1)，并且其中第二输入以直接方式连接到传感器输入(SI)并且经由具有开关积分电容器(CINT)的第一反馈路径连接到第一放大器输出，该开关积分电容器在第一开关阶段期间由反馈路径充电并在第二开关阶段期间放电。第二放大器(OP2)具有第二放大器输出和第一和第二输入，其中第一输入连接到第二参考电势端子(VCM2)。开关电容器反馈具有第一和第二反馈电容器(CDC1、CDC2)。第一反馈电容器(CDC1)连接在第一放大器输出与第二参考电势端子(VCM2)之间的第一反馈开关对之间，以及连接在第二参考电势端子(VCM2)与第二放大器(OP2)的第二输入之间的第二反馈开关对之间。第二反馈电容器(CDC2)连接在第二放大器输出与第二放大器(OP2)的第二输入之间。阻抗元件(RDC)耦合在第二放大器输出与传感器输入(SI)之间。

背景技术

本发明涉及传感器装置，特别用于在光电应用中提供传感器前端，并且进一步涉及具有这种放大器装置和光学传感器的传感器装置。

放大器装置广泛用作传感器的前端。例如，在以光电二极管为接收器元件的光电应用中，处理输入信号以便消除由日光或其他光源(如灯泡、节能灯等)引起不期望的叠加信号分量。这允许检测目标信号。这种类型的典型应用是光电接近开关，红外遥控器等。

例如，传统的传感器前端被分成两个放大器级。第一级可以实现为经典的跨阻放大器TIA，与有源、连续时间DC反馈环路相结合。第二阶段可以实现为积分器。

发明内容

本公开提供一种用于处理传感器信号的改进的放大器概念。

改进的放大器概念基于以下思想：在放大器装置的前向路径中，使用积分放大器来处理传感器输入端的传感器信号，并且在反馈路径中实现开关电容器反馈。为此，反馈路径中的放大器不直接连接到前向路径中的放大器的输出，而是以可切换的方式通过反馈电容器连接。反馈路径中放大器的输出电流经由阻抗元件提供给传感器输入。通过这种方式，实现了用于调节传感器输入端的直流电流的有源开关电容器直流反馈。

通过阻抗元件调节直流电流允许补偿两个方向的直流电流，即正电流和负电流。这使得放大器装置适合于所连接的传感器提供正电流或负电流的两种配置。例如，如果将光电二极管用作传感器，则光电二极管的阴极或阳极可以连接到放大器装置的输入端。此外，由于在反馈放大器中使用了参考，因此在直流电流调节中使用阻抗元件不需要对信号参考进行任何转换。这节省了芯片面积和功耗。此外，更少的部件对整体噪声有贡献。

例如，阻抗元件可以实现为电阻元件，特别是电阻器，或者实现为在其三极管区域中操作的场效应晶体管。

根据改进的放大器概念的放大器装置包括用于连接传感器的传感器输入、第一放大器和第二放大器。第一放大器包括第一和第二输入以及第一放大器输出。第一放大器的第一输入连接到第一参考电势端子，以及第一放大器的第二输入以直接方式连接到传感器输入，并且经由具有开关积分电容器的第一反馈路径连接到第一放大器输出，该开关积分电容器在第一开关阶段期间由反馈路径充电而在第二开关阶段期间放电。

第二放大器包括第二放大器输出和第一和第二输入，其中第一输入连接到第二参考电势端子。放大器装置还包括具有第一和第二反馈电容器的开关电容器反馈。第一反馈电容器连接在第一放大器输出与第二参考电势端子之间的第一反馈开关对之间，并且连接在第二参考电势端子和第二放大器输入之间的第二反馈开关对之间。第二反馈电容器连接在第二放大器输出与第二放大器的第二输入之间。阻抗元件耦合在第二放大器输出与传感器输入之间。

因此，改进的放大器概念为开关电容器单级放大器前端(例如光电二极管)提供了一种解决方案，该方案具有积分特性和有源直流反馈环路。单级方法不仅可以节省面积，而且可以获得更好的噪声和线性性能。直流反馈环路的开关电容器方法允许其与积分特性相结合，而不会在整个环路中面临任何稳定性问题。