CN103684290B

CN103684290B - 信号放大电路和包括信号放大电路的信号放大确定电路

Info

Publication number: CN103684290B
Application number: CN201310421528.1A
Authority: CN
Inventors: 长久武
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: EP2709276A2; CN103684290A; EP2709276B1; JP6131550B2; JP2014060530A; US9071208B2; EP2709276A3; US20140077872A1

Abstract

本发明涉及信号放大电路（41）和信号放大确定电路（4），包括：输入端；第一断续调制电路（12）；第一放大器（14），包括放大电路（140）和连接到放大电路（14）的第二输出端的断续解调电路（15）；电容反馈电路（170），包括第二断续调制电路（18），经由反馈点连接到断续解调电路（15）的输出端，到放大电路（140）的输入端；第一开关（SW0e，SW0f），连接到放大电路（15）的第一输出端，与放大电路（15）构成电压跟随器电路；第二开关（SW0a，SW0b，SW0c，SW0d）；第二放大器（21），将来自放大电路（140）的第二输出端的放大的信号转换为单端信号；以及滤波器（22,24），从来自第二放大器（21）的单端信号中过滤至少斩波频率的预定频率分量，以输出输出信号。

Description

信号放大电路和包括信号放大电路的信号放大确定电路

技术领域

本公开涉及使用断续放大器(chopper amplifier)的信号放大电路以及包括该信号放大电路的信号放大确定电路，以确定输入信号的信号电平。

背景技术

传统上，为了对家用电子设备增加诸如省电功能的各种便利的功能，已经开了诸如红外传感器、图像传感器和温度传感器的各种传感器。

为了放大来自传感器的信号，例如，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)型放大器。不过，一些类型的传感器产生非常小的信号使得传感器信号被掩埋在由CMOS型放大器产生的1/f噪声中，并且质量降低。因而，通过使用断续放大器的放大电路来放大此微小的传感器信号。

同时，随着对低功耗的增加的需求，提供给诸如传感器的器件的电源电压在降低。但是，当断续放大器以低电压操作时，通常用在断续放大器中的CMOS模拟开关可能不必要地阻挡中间电压电平信号。

为了使能够在低电压操作，JP-2008-067050-A公开了由在CMOS电路中形成的切换的运算放大器和断续器调制电路构成的电容反馈型断续放大电路。

但是，在此例子中，电容反馈型断续放大电路不能放大低频输入信号，因为当低频输入信号被输入到断续放大电路时，断续放大电路的输出信号被寄生到切换的运算放大器的输入端的寄生电容削弱。

发明内容

考虑到上述情况构思本发明，并且本发明提供了可以放大信号而不降低被寄生电容器等削弱的具有低频的微小信号的信号放大电路和信号放大确定电路。

在本公开的一个实施例中，提供了信号放大电路，其包括：输入端、第一断续调制电路、第一放大器、电容反馈电路、第一开关、第二开关、第二放大器和滤波器。该第一断续调制电路依赖于预定的控制信号以预定的斩波频率对来自输入端的输入信号进行断续调制，并产生第一断续调制信号。该第一放大器包括放大电路和断续解调电路。具有输入端、第一输出端和第二输出端的该放大电路放大从调制电路经由输入端输入的断续调制信号，以经由第二输出端输出放大的信号。该断续解调电路以斩波频率对从放大电路的第二输出端输出的放大的信号进行断续解调，以经由断续解调电路的输出端输出解调的信号。该电容反馈电路将从断续解调电路的输出端输出的解调的信号经由连接在第一断续调制电路和第一放大器的放大电路之间的反馈点反馈到放大电路的输入端。所述电容反馈电路包括第二断续调制电路，用于依赖于控制信号以斩波频率对来自断续解调电路的解调的信号进行断续调制，以产生第二断续调制信号，用于经由电容反馈电路的反馈点输出到第一放大器的放大电路的输入端。该第一开关在放大时段之前的自动零时段中进行输入从第一放大器的放大电路的第一输出端输出的信号电压的自动零操作，第一开关和放大电路的连接构成电压跟随器电路。该第二开关经由第一断续调制电路连接信号放大电路的输入端和反馈点。该第二放大器将来自放大电路的第二输出端的放大的信号转换为单端信号。该滤波器从来自第二放大器的单端信号中过滤至少斩波频率的预定频率分量，以输出信号放大电路的输出信号。

在本公开的另一实施例中，提供了信号放大确定电路，包括上述的信号放大电路和确定电路，该确定电路用于确定来自信号放大电路的输出信号的电平是否在某个范围内以输出确定结果。

附图说明

当结合附图考虑时，将容易获得本公开的更全面的理解及其许多伴随的优点，因为通过参考以下详细描述它们将变得更好理解，附图中：

图1是例示根据本公开的第一实施例的信号放大确定电路的配置的电路图；

图2是例示图1所示的断续放大器的配置的电路图；

图3是例示图1所示的信号控制产生器电路产生的控制信号和的时序图；

图4A1是例示各个输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的一个例子的图；

图4A2是例示在图4A1所示的输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)之间的电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”中的频率特性的图；

图4B1例示通过由断续放大器进行断续调制和放大而获得的各个中间输入信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)的一个例子的图；

图4B2是例示在图4B1所示的中间输入信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)之间的电压差“V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)”中的频率特性的图；

图4C1是分别例示在中间信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)由差分信号放大器放大之后的输出信号V_outSGL和V_outLPF的图；

图4C2是例示图4C1中所示的输出信号V_outLPF中的频率特性的图；

图5A是例示输出信号V_outLPF的频率特性的图；

图5B是例示在图5A所示的整数n和输出信号VoutLPF的信号值和噪声值之间的关系的图；

图6是例示根据第二实施例的断续放大器和用于断续放大器来进行断续解调的解调电路的配置的电路图；

图7是例示根据第三实施例的信号放大确定电路的配置的电路图；

图8是例示根据第四实施例的信号放大确定电路的配置的电路图；

图9是例示从图8所示的信号产生器电路输出的控制信号到的时序图；

图10是例示根据比较例子的一般断续放大电路的电路图；

图11A是例示图10所示的各个开关SWa到SWh的配置的电路图；

图11B是例示与图11A所示的开关SW的输入信号对应的Nch晶体管61和Pch晶体管62的漏极和源极之间的导通电阻的特性的图；

图12是例示根据另一比较例子的断续放大电路的配置的电路图；

图13是例示当在图12所示的断续放大电路中的电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”保持恒定时输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)的瞬时特性的图；

图14是例示使用图10所示的断续放大电路的信号放大确定电路的配置的电路图；

图15A是例示输入到图14所示的断续放大电路的具有低频的输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的一个例子的图；以及

图15B是例示基于图15A所示的输入信号输入到窗口比较器的输出电压V_out的图。

具体实施方式

在描述附图中所示的一些实施例时，为了清楚采用了特定术语。但是，本专利说明书的公开不意图限于如此选择的特定术语，并且将理解，每个具体元素包括具有类似功能、以类似方式操作并且实现类似结果的所有技术等同物。

为了帮助理解本发明的不可预测的效果，首先参考图10-15B给出几个比较离子的描述。

图10是例示根据一般比较例子的断续放大电路30的电路图。图11A是例示各个开关SWa到SWh(统称为开关SW)的配置的电路图。在图11A中，开关SW是包括具有阈值V_thn的负沟道(Nch)晶体管61和具有与之V_thp的正沟道(Pch)晶体管62的互补金属氧化物半导体(CMOS)模拟开关。图11B是例示与图11A中所示的开关SW的输入信号V_in对应的Nch晶体管61和Pch晶体管62的漏极和源极之间的导通电阻的特性的图。在图10中，开关SWa到SWd构成调制电路31用于进行断续调制。开关SWe到SWh构成解调电路35用于进行断续解调。

在图11A中，当电源电压V_dd低使得获得关系“V_dd-V_thn<|V_thp|”时，开关SW具有图11B所示的导通电阻特性。在此情况下，当具有满足关系“V_dd-V_thn<|V_thp|”的中间电压电平的输入信号Vi输入到开关SW时，因为各个晶体管61和62的漏极和源极之间的导通电阻很大并且开关SW被阻断。因而，断续放大电路30不能放大微小的低频输入信号。

为了解决此问题，提出了断续放大电路的另一比较例子。本发明人对根据另一比较例子的断续放大电路100的特性进行了研究。当低频输入信号被输入到断续放大电路100时，断续放大电路100不能没有由寄生到切换的运算放大器的输入端的寄生电容器引起的恶化低频输入信号而放大。以下描述该问题。

图12是例示根据比较例子的断续放大电路100的配置的电路图。在断续放大电路100中，在输入到两个输入端T1a和T1b的输入信号被断续调制并放大然后放大的信号被断续解调之后，解调的输出信号经由输出端T2a和T2b输出。用于进行断续解调的调制电路12和18被布置在垂直接触点处。在断续放大电路100中，通过在自动零时段期间将开关SW0a到SW0d导通以复位该电路，在正常操作的断续操作时段期间，在调制电路12的两个输入端处的电压可以设置为接近地。另外，提供在断续放大电路100中的切换的运算放大器14输出范围几乎从电源电压到地电压的电压。在此，开关SW0a到SW0f、SW1a到SW1d以及SW2a到SW2d构成图11A中所示的开关SW的配置。具有电容Cin的寄生电容器19a和19b分别寄生到切换的运算放大器14的反相输入端(-)和非反相输入端(+)。

在断续操作时段中，开关SW0a到SW0d截止以执行自动零校正。调制电路12包括开关SW1a、SW1b、SW2a和SW2b，并且在断续操作时段中以斩波频率(chopper frequency)f_c对输入到调制电路12的信号执行断续调制。在一个断续周期1/f_c中，调制电路12执行的断续操作由包括操作I0和操作I1的两个操作形成，并且依赖于互补控制信号和调制电路12交替地执行这两个操作I0和I1。在操作I0中，使用控制信号导通开关SW1a和SW1b，并且使用控制信号截止开关SW2a和SW2b。在操作I1中，使用控制信号截止SW1a和SW1b，并且使用控制信号导通开关SW2a和SW2b。调制电路18具有与调制电路12相同的配置。在此，调制电路18中的开关SW1c、SW1d、SW2c和SW2d对应于调制电路12中的开关SW1a、SW1b、SW2a和SW2b。调制电路18在断续操作时段中使用斩波频率f_c对输入到调制电路18的信号进行断续调制。解调电路15用于以斩波频率f_c解调输入到解调电路15的信号，并且解调电路15由例如与调制电路12和18类似的配置构成。

在断续操作从操作I0到操作I2的转变之前和之后，具有电容C1的电容器11a和11b以及具有电容C2的电容器17a和17b中包含的电荷以及存储在寄生电容器19a和19b中的电荷的总量被保持，以下两个公式成立；

(公式1)

(公式2)

在公式1和公式2中，在操作I0开始时的时间t1，输入端T1a和T1b的输入信号表示为V_in0 ⁽⁺⁾和V_in0 ^(-)，输入到切换的运算放大器14的反相输入端(-)和非反相输入端(+)的断续调制信号表示为V_x ⁽⁰⁾和V_y ⁽⁰⁾，在输出端T2a和T2b处的输出信号表示为V_out0 ⁽⁺⁾和V_out0 ^(-)。在从时间t1起已经经过了时间1CLK的时间时，输入端T1a和T1b处的输入信号表示为V_in1 ⁽⁺⁾和V_in1 ^(-)，输入到切换的运算放大器14的反相输入端(-)和非反相输入端(+)的断续调制信号表示为V_X ⁽¹⁾和V_Y ⁽¹⁾，并且在输出端T2a和T2b处的输出信号表示为V_out1 ⁽⁺⁾和V_out1 ^(-)。

当切换的运算放大器14具有开环增益A时，以下公式成立；

(公式3)

(公式4)

在时间t1时的电压V和电压波动Δ由以下两个公式定义。

(公式5)

(公式6)

电压波动Δ指示在断续调制的1CLK的时段中在输入端T1a和T1b之间的电压差的波动量。因为通过从公式1的右边减去公式2的右边获得的值等于通过从公式1的左边减去公式2的左边获得的值，以下公式成立；

(公式7)

通过使用公式3到公式6对公式7进行变换，以下公式成立；

(公式8)

在此，当寄生电容Cin不是零时，以下公式成立；

(公式9)

因而，当输入信号是低频使得以下公式成立时，更具体地，当电压波动小使得以下公式成立时，在开始操作I1时的电压“|V_out1 ⁽⁺⁾-V_out1 ^(-)|”被设置为小于在开始操作I1之前1个CLK的时间时的电压差“|V_out0 ⁽⁺⁾-V_out0 ^(-)|”。

(公式10)

图13是例示当在图12中所示的断续放大电路100中电压差“V_in1 ⁽⁺⁾-V_in1 ^(-)”保持恒定时输出信号V_out1 ⁽⁺⁾和V_out1 ^(-)的瞬时特性的图。如图13所示，在断续操作时段中，每当断续操作在操作I0和操作I1之间切换时，输出信号V_out1 ⁽⁺⁾和V_out1 ^(-)的电压差“V_out1 ⁽⁺⁾-V_out1 ^(-)”逐渐减小。在此，期望的操作是，当输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的电压差V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)恒定时，输出信号V_out1 ⁽⁺⁾和V_out1 ^(-)的电压差“V_out1 ⁽⁺⁾-V_out1 ^(-)”保持在恒定的值。

图14是例示使用图10所示的断续放大电路100的信号放大确定电路的配置的电路图。图15A是例示输入到图14所示的断续放大电路100的低频输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的一个例子的图。图15B是例示基于图15A所示的输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的输入到窗口比较器42的输出电压V_out的图。

在图14所示的信号放大确定电路中，断续放大电路100放大输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)，差分单级放大器21基于参考电压Vb将放大的输出信号转换为单端信号作为用于输出到窗口比较器42的输出信号V_out。在图15A所示的例子中，来自传感器2的输入信号V_in ⁽⁺⁾和来自参考电压产生器3的输入信号V_in ^(-)是低频信号。在此例子中，如果不存在寄生电容器19a和19b，即如果寄生电容器19a和19b的寄生电容是零，则在从开始断续操作的时间起已经经过了低通滤波器20的时间常数“t”之后，输出信号V_out收敛于值“(C2/C1)x(V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-))+Vb”。

但是，实际上，寄生电容Cin不是零；因此，输出电压的电压差“V_out1 ⁽⁺⁾-V_out1 ^(-)”降低，并且电压差“V_out1 ⁽⁺⁾-V_out1 ^(-)的值可能几乎收敛于零，并且输出信号V_out可能收敛于参考电压Vb。

如上所述，在根据一般比较例子的断续放大电路100的配置中，需要等待输出信号V_out是否超过检测上限参考电压以及落在检测下限参考电压以下，直到完成输出信号V_out的稳定。相反，当稳定完成时，电压差V_out收敛于参考电压Vb。因而，窗口比较器42不能确定输出信号V_out超过上述范围。也就是说，根据此比较例子的断续放大电路100不能放大低频输入信号。

本发明人发现了上述断续放大电路100中的问题。另外，本发明人发明了用于解决此问题并且放大信号而即使当输入微小的低频输入信号时也不恶化信号的信号放大确定电路。

现在参考附图，附图中类似的参考数字指示几个附图通篇中相同或相应的部分，具体地参考图1-9，描述根据示例实施例的断续放大电路。

(第一实施例)

图1是例示根据本公开的第一实施例的信号放大确定系统1的配置的电路图。在图1中，信号放大确定系统1是经由输出端T5输出指示从传感器2输出的电压信号的信号电平的确定结果的输出信号的系统。信号放大确定系统1包括传感器2、参考电压产生器电路3和信号放大确定电路4。传感器2由诸如红外传感器、图像传感器、温度传感器、加速计传感器、压力传感器、声音传感器或气体传感器的传感器构成，并且输出与传感器2的输出结果对应的电压信号，用于将该电压信号作为输入信号V_in ⁽⁺⁾输入到正侧输入端T1a。参考电压产生器3产生用于与来自传感器2的输入信号V_in ⁽⁺⁾比较的参考电压，用于将该参考电压作为输入信号V_in ^(-)输入到负侧输入端T1b。

在图1中，信号放大确定电路4包括具有自动零操作电路的信号放大电路41和窗口比较器42。信号放大电路41对输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)进行断续调制，放大电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”以将放大的电压差作为输出信号V_outLPF经由输出端T4输出。窗口比较器42对应于其中输出信号V_outLPF超过预定检测上限参考电压和预定检测下限参考电压之间的范围的情况以及其中输出信号V_outLPF不超过该范围或落在该范围以下的情况，并且经由输出端T5处产生对应于各个情况的高电平信号和低电平信号。来自窗口比较器42的输出信号指示信号放大确定电路的确定结果。检测上限参考电压和检测下限参考电压被输入到窗口比较器42的端子41a和41b。

图1所示的信号放大电路41包括断续放大器10、差分单级放大器21、由电容器221和电阻器222构成的高通滤波器22、其中输入阻抗被设置为大于输出阻抗的缓冲器23、由电阻器241和电容器242构成的低通滤波器24、控制信号产生器电路25以及开关SW0g和SW0h。

断续放大器10进行断续调制并且放大输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)，并且将放大的信号作为中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)经由中间输出端T3a和T3b输出。差分单级放大器21包括运算放大器213和电阻器211a、211b、214和215。正侧中间输出V_out ⁽⁺⁾经由电阻器211a输入到运算放大器213的反相输入端(-)，并且负侧中间输出V_out ^(-)经由电阻器211b输入到运算放大器213的非反相输入端(+)。用于反馈的电阻器215连接在运算放大器213的书粗短和反相输入端(-)之间，电阻器214连接在参考电压Vb被输入到的端子21a和运算放大器213的非反相输入端(+)之间。在此，在本实施例中，尽管差分单级放大器21具有1的放大率，但是替换地，运算放大器213的放大率可以设置为大于1。

差分单级放大器21基于参考电压Vb将中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)作为差分信号转换为单端信号，并且输出转换的输出信号V_outSGL(V_outSGL＝V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)+Vb)。在差分单级放大器21的输出端和信号放大电路41的输出端T4之间，从差分单级放大器21的输出端侧到输出端T4侧串联连接了高通滤波器22、缓冲器23和低通滤波器24。高通滤波器22的电容器221连接在高通滤波器22的输入端和输出端之间，并且电阻器222连接在高通滤波器22的输出端和端子21a之间。低通滤波器24的电阻器241连接在低通滤波器24的输入端和输出端之间，并且低通滤波器24的输出端经由电容器242连接到地。来自差分单级放大器21的输出信号V_outSGL经过高通滤波器22、缓冲器(阻抗转换元件)23、低通滤波器24，然后经由输出端T4被输出到窗口比较器42，作为信号放大电路41的输出信号V_outLPF。

图2是例示断续放大器10的配置的电路图。图3是例示由图1所示的信号控制产生器电路25产生的控制信号和的时序图。控制信号产生器25产生用于自动零操作的控制信号以及用于断续操作的彼此相互反相的控制信号和在图1中，控制信号被输入到开关SW0g和SW0h以及断续放大器10，并且控制信号和被输入到断续放大器10。开关SW0g和SW0h在自动零时段中导通以将(断续放大器10的)中间输出端T3a和T3b连接到地。在断续操作时段中，使用控制信号控制开关SW0g和SW0h，并且使用控制信号截止开关SW0g和SW0h。

在图2中，断续放大器10包括电容器11a和11b、调制电路12、电容器13a和13b、切换的运算放大器14、电容器17a和17b、调制电路18和开关SW0a到SW0f。电容器的每个具有电容C1。调制电路12基于控制信号和对经由电容器11a和11b输出的输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)进行断续调制，并经由正输出端和负输出端输出断续调制信号(第一断续调制信号)。电容器13a和13b的每个具有电容C0。切换的运算放大器14包括放大电路140、解调电路15和共模反馈(CMFB)电路16a和16b。放大电路140放大从调制电路12经由电容器13a和13b输入到放大电路140的反相输入端(-)和非反相输入端(-)的断续调制信号，以经由其端子14a(+)和14b(-)输出放大的信号。解调电路15以斩波频率(chopping frequency)f_c对从放大电路14的端子14a(+)和14b(-)输出的放大的信号进行断续解调以经由输出端15a和15b输出解调的信号。CMFB电路16a和16b进行共模反馈。电容器17a和17b分别具有电容C2，提供在电容反馈电路170中以将从解调电路15的输出端15a和15b输出的解调的信号反馈到放大电路140的反相输入端(-)和非反相输入端(+)。调制电路18对经由电容器17和17b从解调电路的输出端15a和15b输出的解调信号进行断续调制以将调制的信号(第二断续调制信号)输出到放大电路140的反相输入端(-)和非反相输入端(+)。

在图2中，调制电路12的正侧输入端经由电容器11b连接到输入端T1a，并且调制电路12的负侧输入端经由电容器11b连接到输入端T1b。调制电路12包括基于控制信号而被控制为导通和截止的开关SW1a和SW1b以及基于控制信号而被控制为导通和截止的开关SW2a和SW2b。开关SW1a、SW1b、SW2a和SW2b对应于图11A所示的上述比较例子的开关SW。在调制电路12中，当开关SW1a和SW1b导通时，两个输入信号经过调制电路12照原样传递到随后的级，当开关SW2a和SW2b截止时，调制电路相互切换这两个输入信号并且经由调制电路12的两个输出端输出相互切换的信号。

切换的运算放大器14的反相输入端(-)经由电容器13a连接到调制电路12的正侧输出端，并且切换的运算放大器14的非反相输入端(+)经由电容器13b连接到调制电路12的输出端的负侧。连接电容反馈电路170以便从输出端15a和15b输出的解调的输出信号经由反馈点FBP被反馈到切换的运算放大器14的反相输入端(-)和非反相输入端(+)。

图2所示的切换的运算放大器14的放大电路140安装自动差分放大器以放大信号，并且放大电路140放大输入到反相输入端(-)和非反相输入端(+)的断续调制信号用于经由输出端(第二输入端)14a和14b输出放大的中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)。解调电路15基于控制信号和对放大的中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)进行断续解调，并经由输出端15a和15b输出解调的信号。切换的运算放大器14的放大电路140包括用于操作自动零的输出端(第一输出端)14c和14d。具有类似于图11A所示的开关SW的配置的各个端子14a和14b经由基于控制信号操作的开关SW0f和SW0e连接到放大电路140的反相输入端(-)和非反相输入端(+)。在自动零时段中，开关SW0e和SW0f输入从放大电路140的输出端(第一输出端)14c和14d输出的信号电压，并且进行自动零操作，并且连接开关SW0e和SW0e的电路和放大电路140构成电压跟随器电路。CMFB电路16a和16b是用于共模反馈的电路，并且连接在切换的运算放大器14的端子(第一输出端)14c和14d以及端子Icmb之间。

图2示出寄生到切换的运算放大器14的反相输入端(-)和非反相输入端(+)的具有寄生电容Cin的寄生电容器19a和19b。调制电路18具有与调制电路12类似的配置，并且在断续操作时段中以斩波频率f_c对来自输出端15a和15b的解调的信号进行断续调制。调制电路18的输入端的正侧经由电容器17a连接到解调电路15的正侧输出端15a，并且调制电路18的输入端的负侧经由电容器17a连接到解调电路15的负侧输出端15b。

各个开关SW0a和Sw0c分别提供在输入端T1a和地之间，各个开关SW0b和SW0d分别提供在输入端T1b和地之间。另外，各个开关SW0a和SW0c提供在调制电路12的正侧输入端和地之间，并且各个开关SW0b和SW0d分别提供在调制电路12的负侧输入端和地之间。开关SW0a到SW0d具有与图11A所示的比较例子的开关类似的配置，并且基于控制信号而被控制。调制电路18和电容器17a和17b实现在断续放大器10的电容反馈电路170中。

如图3所示，控制信号的输出电平在自动零时段中是高电平并且除了自动零时段之外是低电平。控制信号在自动零时段中导通并且在断续操作时段中以斩波频率f_c交替地导通和截止。控制信号与控制信号互补；更具体地，控制信号在自动零时段中截止并且在断续操作时段中以斩波频率f_c交替地导通和截止以便控制信号总是指示与控制信号不同的电平。作为在其期间控制信号和保持在导通状态或截止状态的时段的1CLK的长度是时间段“1/2f_c”。在信号放大电路41中，以恒定的时段交替地重复自动零操作和断续操作。

以下参考图4A1到图4C2描述信号放大确定系统1的操作。

图4A1是例示各个输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的一个例子的图。图4A2是例示在输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)之间的电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”的频率特性的图。图4B1是例示通过由断续放大器10进行断续调制和放大产生的从输出端T3a和T3b输出的各个中间输入电压V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)的一个例子的图。图4B2是例示中间输入电压V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)之间的电压差“V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)”的频率特性的图。如图4A1所示，电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”表示几乎恒定的值“a”，并且如图4A2所示，电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”的相对功率在低于斩波频率f_c的峰值频率f_in处具有峰值。图4C1是分别例示在中间信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)被差分单级放大器21放大之后的输出信号V_outSGL和输出信号V_outLPF的图。图4C2是例示图4C1中所示的输出信号V_outLPF的频率特性的图。

在自动零时段中，如图3所示，控制信号产生器电路25产生高电平控制信号以打通开关SW0a到SW0h。电容器11a和11b的输入端和输出端以及中间输出端T3a和T3b连接到地。因此，如图4B1所示，中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)具有彼此相同的电压电势。如图4C1中所示，在自动零时段中，各个输出信号(单端信号)V_outSGL和输出信号V_outLPF等于输入到端子21a的参考电压Vb。在此情况下，窗口比较器42确定输出信号V_outLPF在检测上限参考电压和检测下限参考电压之间的范围内。另外，在自动零时段中，从输出端(第一端子)14c和14d输出的信号被输入到放大电路140的反相输入端和非反相输入端以执行自动零操作，这形成断续放大器10中的电压跟随器电路。

在自动零时段完成之后，开始断续操作时段。使用互相补偿的控制信号和调制电路12对输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)进行断续调制，解调电路15解调中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)，并且解调电路18对从解调电路15的输出端15a和15b输出的解调的信号进行断续调制。当切换的运算放大器14具有放大率Ac时，就在断续操作开始之后，如图4B1所示，电压V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)之间的电压差“V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)”的值在断续操作期间以1个CLK在“A_c×a”和“-(A_c×a)”之间交替切换。如图4C1所示，差分单级放大器21输出输出信号(单端输出信号)V_outSGL(V_outSGL＝V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)+Vb)。在此，输出信号V_outsGL由以下公式11表示。

(公式11)

其中，参考数字“N”表示满足“N≥10ⁿf_c”的最小整数。

如图4B2所示，在断续操作中，电压差“V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)”的相对功率在频率f_c+f_in、f_c+3f_in以及f_c+5f_in……处大。在此，中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)包含由切换的运算放大器14产生的噪声，并且高通滤波器22和低通滤波器24过滤与来自输出信号V_outSGL的斩波频率f_c对应的频率分量以降低噪声，这改善为降低从信号放大电路41输出的输出信号V_outLPF中的信噪比。

图5A是例示输出信号V_outLPF的频率特性的图。高通滤波器22配置为具有阻挡频率10ⁿf_cLPF。在此，各个频率f_cHPF和f_cLPF被设置为例如斩波频率f_c。图5B是例示图5A所示的整数n和输出信号V_outLPF的信号值和噪声值之间的关系的图。选择整数n使得输出信号V_outLPF中的信噪比变为最大。输出信号V_outLPF的输出电平随着整数n增加而增加。相反，通常，因为热噪声的水平通常与整数“n”成比例，通过随着整数的增加而增加噪声，当整数n增加到整数“n”或更大时，与信号的比率降低。基于模拟结果，当整数n小于1(n<1)时，输出信号V_outLPF的信号值增加，并且当整数n大于1(n>1)时，输出信号V_outLPF的信号值的增加率逐渐降低。基于所选的整数n确定高通滤波器22和低通滤波器24的电路常数值。例如，在图4C2所示的例子中，输出信号V_outSGL中的低于“f_c+f_in”的低频分量被高通滤波器22削弱，并且输出信号V_outSGL中的高于“f_c+3f_in”的高频分量被低通滤波器24削弱。因此，与输出信号V_outSGL相比，输出信号V_outLPF的信噪比改善，并且具有改善的信噪比的输出信号V_outLPF经由输出端T4输出。

在自动零时段中，在电容器13a和13b中充电的电容在断续操作开始后立即放电，这可能影响中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)。但是，输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)的改变速度与斩波频率f_c相比延迟，通过高通滤波器22可以去除中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)的改变。

或者，如果即使当出现在切换的运算放大器14中的输入偏移被切换的运算放大器14放大时输入到差分单级放大器21的电压也没有联系到电源电压或地电压，则用于在切换的运算放大器14中实现的自动零功能的配置(具有开关SW0e和SW0f的电压跟随器电路)可以被高通滤波器22替换，其可以被去除。

基于寄生到切换的运算放大器14的寄生电容Cin，电压差“V_out ⁽⁺⁾-V_out ^(-)”和来自解调电路15的输出端15a和15b的两个解调的信号之间的电压差实际上被削弱。但是，与斩波频率f_c相比，这些电压城的削弱速度充分延迟；具体地，在就在断续操作开始之后的时间中，此削弱可以被忽略。因而，如果图4B1所示的值“A_c×a”超过了通过从检测上限参考电压减去检测下限参考电压获得的范围，则在自从断续操作开始起已经经过了1.5个CLk的时间，窗口比较器42检测到输出信号V_outLPF不保持在检测上限参考电压和检测下限参考电压之间的范围内，并且窗口比较器42经由输出端T5输出低电平的信号。即，在从断续操作开始起已经经过1.5个CLK的时间，信号放大电路41进行断续调制以放大具有低频率的输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)的电压差“V_in ⁽⁺⁾-V_in ^(-)”以便幅度被设置为值“A_c×a”。在从断续操作开始起已经经过1.5个CLK之后，信号放大确定电路4经由输出端T5输出表示传感器2检测到检测目标的输出信号。关于检测输出信号V_outLPF的时刻，可以使用在从断续操作开始起已经经过0.5个CLK的时间。但是，在从断续操作开始起已经经过1.5个CLK的时间时，输出信号V_outLPF更稳定，并且输出信号V_outLPF更容易被检测到。

在根据第一实施例的上述配置的信号放大确定系统1中，信号放大确定电路4在从断续操作开始起已经经过1.5个CLK的时间时输出指示传感器2检测到检测目标的输出信号。即，以期望的放大率Ac从输入信号V_in ⁽⁺⁾和V_in ^(-)放大的中间输出信号V_out ⁽⁺⁾和V_out ^(-)在断续操作开始之后立即应用于窗口比较器42，并且窗口比较器42在断续操作开始之后立即进行确定。通过此操作，可以稍微阻止在确定时切换的运算放大器14的两个输入端之间的电压差的削弱率。因此，信号放大电路41可以适当地方大而不削弱微小的低频信号。

注意，如果输出信号V_outLPF配置为在从断续操作开始之后已经经过0.5个CLK之后是稳定的，则窗口比较器42确定输出信号V_outLPF在从断续操作开始之后已经经过0.5个CLK之后超过预定范围，并且输出具有对应于该确定的电平的信号。

(第二实施例)

图6是例示根据第二实施例的断续放大器10A和用于断续放大器10A以进行断续解调的解调电路26的配置的电路图。与图2所示的信号放大电路41的差别是，信号放大电路41A具有以下特征。断续放大器10A包括自动差分放大器51而不是切换的运算放大器14。从断续放大器10A中删除解调电路15。进行断续调制的解调电路26提供在断续放大器10A的后一级中。

类似于切换的运算放大器14，自动差分放大器51包括：放大电路510，用于放大从调制电路12经由电容器13a和13b输入到放大电路510的反相输入端和非反相输入端的断续调制信号，用于经由输出端51a和51b输出；以及CMFB电路16a和16b，用于在共模下反馈。放大电路510还具有用于自动切换零的输出端(第一输出端)51c和51d。从放大电路510的输出端(第二输出端)51a和51b输出的放大的调制信号被输入到解调电路26，并且被以斩波频率f_c断续解调。在其中不需要使得信号放大电路510操作在低电压的情况下，代替第一实施例的配置，可以使用本第二实施例的配置。

如上所述，第二实施例的信号放大电路41A与第一实施例的信号放大电路41类似地操作，因此，第二实施例的配置可以实现与上述的信号放大电路41类似的效果。

(第三实施例)

图7是例示根据第三实施例的信号放大确定电路1B的配置的电路图。与图2所示的信号放大电路41的差别是，图7所示的信号放大电路41B具有以下特征。代替缓冲器23而提供缓冲器(阻抗转换电路)23a。缓冲器23a包含低通滤波器24的功能，并且未提供低通滤波器24。

图7所示的缓冲器23a安装了配置为具有阻挡频率10ⁿf_cLPF的低通滤波器。在缓冲器23a中，从高通滤波器22输出的信号的超过该阻挡频率10ⁿf_cLPF的高频范围被削弱，并且乞丐配方为被削弱的信号从缓冲器23a输出。因此，输出信号V_outLPF的超过阻挡频率10ⁿf_cLPF的高频范围的噪声电平已经降低。

第三实施例的配置可以实现与上述的信号放大电路41类似的效果。另外，在从高通滤波器22输出的信号的超过该阻挡频率10ⁿf_cLPF的高频范围被削弱的状态下，缓冲器23输出具有改善的信噪比的输出信号V_outLPF。因此，不用在缓冲器23a的后一级中提供低通滤波器，信号放大电路41B可以输出具有相同的相对信号的比率的、与第一实施例相同的电平的输出信号V_outLPF。本实施例的配置可以通过第一实施例的配置或者第二实施例的配置实现。

(第四实施例)

图8是例示根据第四实施例的信号放大确定系统1C的配置的电路图。与信号放大确定系统1的差别是，在信号放大确定系统1C中，控制信号产生器电路25还输出控制信号来控制窗口比较器42的操作。

图9是例示从图8所示的控制信号产生器电路25C输出的控制信号到的时序图。控制信号产生器电路25C向窗口比较器42输出控制信号以激活和停止窗口比较器42。具体地，在不进行信号的放大的自动零时段中，控制信号产生器电路25C输出用于停止窗口比较器42的操作的低电平信号作为控制信号控制信号产生器电路25C在进行信号确定之前和之后输出高电平信号作为控制信号通过此配置，不损失由信号放大确定电路41C确定信号的功能，此系统可以抑制在不需要检测信号的自动零时段中的电源电压的消耗。

在此第四实施例的信号放大确定系统1C中，添加第四实施例的配置可以实现与上述的信号放大电路41类似的效果，可以限制功耗，因为窗口比较器42在断续操作开始之后立即进行确定。本公开的配置可以与第一实施例、第二实施例和第三实施例组合。

根据以上教导，多个另外的修改和变化是可能的。因此将理解，在所附权利要求的范围内，本专利说明书的公开可以与在此具体描述的不同地实践。

Claims

1.一种信号放大电路，包括：

输入端；

第一断续调制电路，用于依赖于预定的控制信号以预定的斩波频率对来自输入端的输入信号进行断续调制，并产生第一断续调制信号；

第一放大器，包括：

放大电路，具有输入端、第一输出端和第二输出端，用于放大从调制电路经由输入端输入的断续调制信号，以经由第二输出端输出放大的信号；以及

断续解调电路，用于以斩波频率对从放大电路的第二输出端输出的放大的信号进行断续解调，以经由断续解调电路的输出端输出解调的信号；

电容反馈电路，用于将从断续解调电路的输出端输出的解调的信号经由连接在第一断续调制电路和放大电路之间的反馈点反馈到第一放大器的放大电路的输入端，

所述电容反馈电路包括：

第二断续调制电路，用于依赖于控制信号以斩波频率对来自断续解调电路的解调的信号进行断续调制，以产生第二断续调制信号，用于经由电容反馈电路的反馈点输出到第一放大器的放大电路的输入端；

第一开关，用于在放大时段之前的自动零时段中进行输入从第一放大器的放大电路的第一输出端输出的信号电压的自动零操作，第一开关和放大电路的连接构成电压跟随器电路；

第二开关，用于经由第一断续调制电路连接信号放大电路的输入端和反馈点；

第二放大器，用于将来自放大电路的第二输出端的放大的信号转换为单端信号；以及

滤波器，用于从来自第二放大器的单端信号中过滤斩波频率的至少预定频率分量，以输出信号放大电路的输出信号。

2.根据权利要求1的信号放大电路，其中所述滤波器包括：

高通滤波器，用于移除比斩波频率的频率分量低的低频分量；以及

低通滤波器，用于移除比斩波频率的频率分量高的高频分量。

3.根据权利要求2的信号放大电路，还包括：

阻抗转换元件，用于将第一阻抗转换为比第一阻抗小的第二阻抗，该阻抗转换元件提供在高通滤波器和低通滤波器之间，该低通滤波器提供在该高通滤波器的后一级中。

4.根据权利要求1的信号放大电路，还包括：

阻抗转换电路，用于将第一阻抗转换为比第一阻抗小的第二阻抗，该阻抗转换电路具有用于移除比斩波频率的频率分量高的高频分量的低通滤波器，该阻抗转换电路提供在该滤波器的后一级中，

其中该滤波器包括用于移除比斩波频率的频率分量低的低频分量的高通滤波器。

5.根据权利要求1到4的任意一项的信号放大电路，其中断续解调电路提供在第一放大器以外。

6.一种信号放大确定电路，包括：

信号放大电路，包括：

输入端；

第一放大器，包括：

所述电容反馈电路包括：

滤波器，用于从来自第二放大器的单端信号中过滤至少斩波频率的预定频率分量，以输出信号放大电路的输出信号；以及

确定电路，用于确定来自信号放大电路的输出信号的电平是否处于某个范围内以输出确定结果。

7.根据权利要求6的信号放大确定电路，还包括：

控制电路，用于在自动零时段中停止确定电路的操作，并且在断续操作时段中操作该确定电路。