CN102195571B - 开关电容放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能输出稳定的输出电压的开关电容放大器。由于开关电容放大器能使输入电容(18)与输出电容(19)无充放电时间差的方式动作，在从保持状态向采样状态转移时，即使例如输出电容(19)的一端的电压(V2)急剧地升高到输出电压(VOUT)，输出电容(19)的另一端的电压(Vs)也不会急剧地升高。即，对内部放大器(11)的输入电压不会急剧地升高。因此，由于内部放大器(11)的输出电压稳定，所以输出电压(VOUT)也稳定。

Description

开关电容放大器
技术领域
本发明涉及开关电容放大器。
背景技术
说明现有的开关电容放大器。图3是示出现有的开关电容放大器的电路图。图4是示出现有的开关电容放大器的动作的时序图。
这里，在采样时，控制电路60将时钟信号Φ1控制在低电平。因此，开关43及开关45至46截止。控制电路60将时钟信号Φ2控制在高电平。因此，开关42、开关44与开关47导通。于是，输入电压VIN被输入，从而输入电压VIN被电容48采样。这里被采样的输入电压VIN被按照电容48与电容值比电容48的电容值小的电容49的电容比放大，内部放大器41将输出电压VOUT输出。因该输出电压VOUT而产生的电荷被充电到电容50中。
另外，在保持时，控制电路60将时钟信号Φ1控制在高电平。因此，开关43及开关45至46导通。控制电路60将时钟信号Φ2控制在低电平。因此，开关42、开关44与开关47截止。于是，不存在通过电容49的内部放大器41的负反馈通路，而形成通过电容50的内部放大器41的负反馈通路。因此，基于采样时的输出电压VOUT的电压，因采样时被充电到电容50的电荷而得以保持。
开关电容放大器交替地重复采样状态与保持状态来动作，由于在采样状态与保持状态下没有因内部放大器41的偏置电压而产生的电荷的移动，内部放大器41的偏置电压难以影响输出电压VOUT(例如参考专利文献1)。
[专利文献1]美国专利第4543534号说明书
在从保持状态转移到采样状态时，设输入电压VIN比基准电压VREF低、输出电压VOUT比基准电压VREF高。如上述采样时那样，时钟信号Φ2成为高电平，在开关42导通时，由于电压V1从基准电压VREF降低至输入电压VIN，故电容48放电。另外，时钟信号Φ2成为高电平，在开关44导通时，由于电压V2从基准电压VREF急剧地升高到输出电压VOUT，电容49急剧地被充电。
此时，尽管电容48的电容值比电容49的电容值大，但为了减少噪声对内部放大器41的影响，无法设计电路使得输入开关42的尺寸变大以与电容48的电容值的大小相对应，故电容48的放电速度会比电容49的充电速度慢，从而存在电容48与电容49的充放电时间差。因此，在从保持状态向采样状态转移时，若电压V2急剧地升高至输出电压VOUT，则电压Vs也因电容49的电容耦合而急剧地升高。于是，由于内部放大器41的反相输入端子的电压Vs急剧地升高，如图4所示，输出电压VOUT急剧地降低。因此，输出电压VOUT不稳定。
此外，在输入电压VIN比基准电压VREF高、输出电压VOUT比基准电压VREF低的情况下，输出电压VOUT同样地不稳定。
发明内容
本发明是以上述课题为鉴而作出的，提供能输出稳定的输出电压的开关电容放大器。
本发明为了解决上述课题而提供一种开关电容放大器，其特征在于，包括：输入电容；输入开关，设置在开关电容放大器的输入端子与上述输入电容之间；输出电容，其电容值比上述输入电容的电容值小；输出开关，设置在上述输出电容与开关电容放大器的输出端子之间；内部放大器，按照上述输入电容与上述输出电容的电容比放大输入电压并将输出电压输出；保持电容，被因上述输出电压而产生的电荷充电；以及控制电路，控制上述输入开关及上述输出开关，以在采样时，从上述输入开关导通开始经过既定时间后使上述输出开关导通。
(发明的效果)
在本发明中，由于开关电容放大器能使输入电容与输出电容无充放电时间差的方式动作，故在从保持状态向采样状态转移时，即使例如输出电容的一端的电压急剧地升高到开关电容放大器的输出电压，输出电容的另一端的电压也不会急剧地升高。即，对内部放大器的输入电压不会急剧地升高。因此，由于内部放大器的输出电压稳定，开关电容放大器的输出电压也稳定。
附图说明
图1是示出本发明的开关电容放大器的电路图。
图2是示出本发明的开关电容放大器的动作的时序图。
图3是示出现有的开关电容放大器的电路图。
图4是示出现有的开关电容放大器的动作的时序图。
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明的实施方式。
首先，说明开关电容放大器的结构。图1是示出开关电容放大器的电路图。
开关电容放大器具有内部放大器11、输入开关12、开关13、输出开关14、开关15至17、输入电容18、输出电容19、保持电容20以及控制电路30。
输入开关12及输入电容18被依次设置在开关电容放大器的输入端子与内部放大器11的反相输入端子之间。开关13设置在输入开关12和输入电容18的连接点与开关电容放大器的基准电压输入端子之间。开关16及保持电容20被依次设置在内部放大器11的反相输入端子与内部放大器11的输出端子之间。开关17设置在开关16和保持电容20的连接点与开关电容放大器的基准电压输入端子之间。输出电容19及输出开关14被依次设置在内部放大器11的反相输入端子与内部放大器11的输出端子之间。开关15设置在输出电容19和输出开关14的连接点与开关电容放大器的基准电压输入端子之间。内部放大器11的非反相输入端子与开关电容放大器的基准电压输入端子连接，输出端子与开关电容放大器的输出端子连接。
另外，控制电路30的第一输出端子的时钟信号Φ1控制开关13及开关15至16，第二输出端子的时钟信号Φ2控制输入开关12，第三输出端子的时钟信号Φ3控制输出开关14及开关17。
接着，说明开关电容放大器的动作。图2是示出各时钟信号及输出电压的时序图。
这里，设开关电容放大器的输入端子的电压为VIN，输入开关12和输入电容18的连接点的电压为V1，内部放大器11的反相输入端子的电压为Vs，输出电容19和输出开关14的连接点的电压为V2，开关16和保持电容20的连接点的电压为V3，开关电容放大器的输出端子的电压为VOUT，开关电容放大器的基准电压输入端子的电压为VREF。另外，设输入电容18的电容值为C18，输出电容19的电容值为C19，保持电容20的电容值为C20。
第一期间内(采样时)，控制电路30将时钟信号Φ1控制在低电平。因此，开关13及开关15至16截止。控制电路30将时钟信号Φ2控制在高电平。因此，输入开关12导通。控制电路30将时钟信号Φ3控制在高电平。因此，输出开关14及开关17导通。于是，输入电压VIN被输入，输入电压VIN被输入电容18采样。这里被采样的输入电压VIN被按照输入电容18与电容值比输入电容18的电容值小的输出电容19的电容比放大，内部放大器11将输出电压VOUT输出。因该输出电压VOUT而产生的电荷被充电到保持电容20中。
第二期间内(保持时)，控制电路30将时钟信号Φ1控制在高电平。因此，开关13及开关15至16导通。控制电路30将时钟信号Φ2控制在低电平。因此，输入开关12截止。控制电路30将时钟信号Φ3控制在低电平。因此，输出开关14与开关17截止。于是，不存在通过输出电容19的内部放大器11的负反馈通路，而形成通过保持电容20的内部放大器11的负反馈通路。因此，基于采样时的输出电压VOUT的电压因采样时被充电到电容20的电荷而得以保持。
第三期间内(采样时)，在从保持状态向采样状态转移时，使输入电压VIN比基准电压VREF低、输出电压VOUT比基准电压VREF高。控制电路30将时钟信号Φ1控制在低电平。因此，开关13及开关15至16截止。控制电路30将时钟信号Φ2控制在高电平。因此，输入开关12导通。于是，由于电压V1从基准电压VREF降低至输入电压VIN，所以输入电容18放电。在采样时输入开关12从导通开始经过既定时间后，控制电路30将时钟信号Φ3控制在高电平。因此，输出开关14及开关17导通。于是，由于电压V2从基准电压VREF急剧地升高到输出电压VOUT，所以输出电容19急剧地被充电。此时，尽管电容18的电容值比电容19的电容值大，为了减少噪声对内部放大器11的影响，无法设计电路使得输入开关12的尺寸变大以与电容18的电容值的大小相对应，故输入电容18的放电速度比输出电容19的充电速度慢。但是，从输入开关12导通开始经过既定时间后开关14导通，由于输入电容18的开始放电时比输出电容19的开始充电时要早既定时间，开关电容放大器能使输入电容18与输出电容19无充放电时间差的方式动作。
此外，在输入电压VIN比基准电压VREF高、输出电压VOUT比基准电压VREF低的情况下，开关电容放大器同样地能使输入电容18与输出电容19无充放电时间差的方式动作。
这样，由于开关电容放大器能使输入电容18与输出电容19无充放电时间差的方式动作，在从保持状态向采样状态转移时，即使例如输出电容19的一端的电压V2急剧地升高到输出电压VOUT，输出电容19的另一端的电压Vs也不会急剧地升高。即，对内部放大器11的输入电压不会急剧地升高。因此，由于内部放大器11的输出电压稳定，所以输出电压VOUT也稳定。
另外，尽管电容18的电容值比电容19的电容值大，由于也可以不使输入开关12的尺寸变大以与电容18的电容值的大小相对应，故因输入开关12产生的噪声对内部放大器11的影响较小。
[符号的说明]
11 内部放大器
12 输入开关
13、15至17 开关
14 输出开关
18 输入电容
19 输出电容
20 保持电容
30 控制电路

Claims (3)

1.一种开关电容放大器，其特征在于，包括：
输入电容；
输入开关，设置在开关电容放大器的输入端子与上述输入电容之间；
第一基准电压开关，设置在上述输入电容和上述输入开关的连接点与开关电容放大器的基准电压输入端子之间；
输出电容，其电容值比上述输入电容的电容值小；
输出开关，设置在上述输出电容与开关电容放大器的输出端子之间；
内部放大器，按照上述输入电容与上述输出电容的电容比放大输入电压并将输出电压输出；
保持电容，被因上述输出电压而产生的电荷充电；以及
控制电路，输出控制上述第一基准电压开关的第一时钟信号、控制上述输入开关的第二时钟信号、及控制上述输出开关的第三时钟信号，以在采样时从使上述第一基准电压开关截止、上述输入开关导通开始经过既定时间后使上述输出开关导通的方式进行控制。
2.如权利要求1所述的开关电容放大器，其特征在于，
还具有第二基准电压开关、第三基准电压开关、和第四基准电压开关，
上述输入开关及上述输入电容被依次设置在上述开关电容放大器的输入端子与上述内部放大器的反相输入端子之间，
上述第三基准电压开关及上述保持电容被依次设置在上述内部放大器的反相输入端子与上述内部放大器的输出端子之间，
上述第四基准电压开关设置在上述第三基准电压开关和上述保持电容的连接点与上述基准电压输入端子之间，
上述输出电容及上述输出开关被依次设置在上述内部放大器的反相输入端子与上述内部放大器的输出端子之间，
上述第二基准电压开关设置在上述输出电容和上述输出开关的连接点与上述基准电压输入端子之间，
上述内部放大器的非反相输入端子与上述基准电压输入端子连接、输出端子与上述开关电容放大器的输出端子连接。
3.如权利要求1或2所述的开关电容放大器，其特征在于，
上述输入电容与上述输出电容的充放电时间大致相等。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI519062B (zh) 2013-02-20 2016-01-21 聯詠科技股份有限公司 運算放大器電路及提高其驅動能力的方法
CN104038166B (zh) * 2013-03-06 2017-07-28 联咏科技股份有限公司 运算放大器电路及提高其驱动能力的方法
US10177781B2 (en) 2013-06-24 2019-01-08 Silicon Laboratories Inc. Circuit including a switched capacitor bridge and method
WO2016083288A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Sc-verstärkerschaltung
KR101693111B1 (ko) * 2015-05-15 2017-01-04 한양대학교 산학협력단 스위치 커패시터 증폭기 및 그 구동 방법
US10153751B2 (en) * 2017-01-23 2018-12-11 Samsung Display Co., Ltd. Second order switched capacitor filter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194946B1 (en) * 1998-05-07 2001-02-27 Burr-Brown Corporation Method and circuit for compensating the non-linearity of capacitors
CN1744678A (zh) * 2004-08-30 2006-03-08 夏普株式会社 放大型固体摄像装置
CN101166016A (zh) * 2006-10-20 2008-04-23 三星电子株式会社 比率独立的开关电容放大器和其操作方法
CN101364800A (zh) * 2008-09-26 2009-02-11 海芯科技(厦门)有限公司 一种带内置放大器的低噪声开关电容电路

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4555668A (en) * 1983-10-14 1985-11-26 American Microsystems, Inc. Gain amplifier
US4543534A (en) 1984-05-04 1985-09-24 The Regeants Of University Of Calif. Offset compensated switched capacitor circuits
JPS62277821A (ja) * 1986-05-26 1987-12-02 Kenzo Watanabe 電荷平衡型アナログ・デイジタル変換器
US4806874A (en) * 1988-04-01 1989-02-21 National Semiconductor Corporation Switched capacitor amplifier circuit
JP3079368B2 (ja) * 1997-10-24 2000-08-21 セイコーインスツルメンツ株式会社 スイッチトキャパシタ増幅回路
US6191648B1 (en) * 1999-04-19 2001-02-20 National Semiconductor Corporation Switched-capacitor cosine filter circuit
US6778121B2 (en) * 2002-06-13 2004-08-17 Engim, Inc. High linearity digital-to-analog converter
JP2009027281A (ja) * 2007-07-17 2009-02-05 Sony Corp サンプルホールド回路およびパイプラインａｄ変換器
US7795959B2 (en) * 2008-02-01 2010-09-14 Analog Devices, Inc. Switched-capacitor circuit having switch-less feedback path
US7990209B2 (en) * 2009-06-19 2011-08-02 Allegro Microsystems, Inc. Switched capacitor notch filter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194946B1 (en) * 1998-05-07 2001-02-27 Burr-Brown Corporation Method and circuit for compensating the non-linearity of capacitors
CN1744678A (zh) * 2004-08-30 2006-03-08 夏普株式会社 放大型固体摄像装置
CN101166016A (zh) * 2006-10-20 2008-04-23 三星电子株式会社 比率独立的开关电容放大器和其操作方法
CN101364800A (zh) * 2008-09-26 2009-02-11 海芯科技(厦门)有限公司 一种带内置放大器的低噪声开关电容电路

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