CN104485897A - 一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器 - Google Patents
一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，包括差分放大器、极点产生支路和相关双采样增益提高支路。采用两个非交叠的采样时钟，消除了电荷注入和直流失调。极点产生支路降低了滤波器带内随机噪声，提高了放大器的增益和滤波器的响应时间。该放大电路具有放大精度高、增益线性度好、响应速度快、共模电平范围广、失调自动消除等优点。
Description
技术领域
本发明属于高精度模拟电路设计领域，涉及一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器。
背景技术
开关电容电路广泛应用于高精度模拟电路中，例如ADC的采样保持电路、开关电容滤波器电路等。但传统的开关电容放大器由于受到非理性特性如开关导通电阻、寄生电容、时钟馈通、电荷注入、运放的失调电压、有限的转换速率、有限运放增益等特性影响，存在工作速度不高、输出精度低、信号失真等不可消除的弊端。采用相关双采样结构，具有电路结构简单、自动消除运放失调、对寄生电容不敏感、响应速度快、精度高的开关电容放大器电路，可应用在很多小信号、共模电平变化范围较广、高精度放大的应用领域。
发明内容
本发明提供一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，该电路采用两个非交叠的采样时钟，消除了电荷注入和直流失调。精确极点产生电路降低了滤波器带内随机噪声，提高了放大器的增益和滤波器的响应时间。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，其特殊之处在于：
包括极点产生支路、相关双采样增益提高支路和放大器G，
所述极点产生支路包括串联的开关Φ9与电容Ctj1，
所述相关双采样增益提高支路包括开关Φ1、开关Φ2、开关Φ3、开关Φ4、开关Φ5、开关Φ6、开关Φ7、开关Φ8、开关Φ9、开关Φ10、开关Φ11、开关Φ12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C7，
开关Φ1的一端、电容C1的一端、开关Φ3的一端连接于节点A，输入信号INP输入至开关Φ1的另一端，开关Φ2的一端；
开关Φ4的一端、电容C2的一端、开关Φ2的另一端连接于节点B，输入信号INM输入至开关Φ3的另一端，开关Φ4的一端；
电容C1的另一端、开关Φ9的另一端、开关Φ5的一端、开关Φ8的一端和电容C7的一端连接于节点C；
电容C7的另一端、开关Φ12的一端和放大器G同相输入端连接于节点E；
开关Φ5的另一端、开关Φ6的一端、开关Φ7的一端和开关Φ11的一端均接参考电压Vref；
开关Φ6的另一端、开关Φ8的另一端和电容C3的一端连接于节点H；
电容C3的另一端、开关Φ7的另一端和开关Φ10的一端连接于节点G；
电容Ctj1的另一端、开关Φ10的另一端、电容C4的一端、放大器G的反相输出端连接于节点F；
开关Φ12的另一端、开关Φ11的另一端和电容C4的另一端连接于节点I；
开关Φ15与电容Ctj2串联；
电容C2的另一端、开关Φ15的另一端、开关Φ18的一端、开关Φ16的一端和电容C8的一端连接于节点D；
节点C与节点D对称，位于放大器G同相输入端的结构与位于反相输入端的结构完全一致，放大器G同相输出端输信号OUTP，放大器G反相输出端输信号OUTM，
上述所有开关均由外部产生的非交叠时钟信号控制，所述参考电压Vref由外部产生。
上述放大器G为全差分放大器。
本发明的优点如下：
本发明提供的一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，采用两个非交叠的采样时钟，消除了电荷注入和直流失调。极点产生支路降低了滤波器带内随机噪声，提高了放大器的增益和滤波器的响应时间。该放大电路具有放大精度高、增益线性度好、响应速度快、共模电平范围广、失调自动消除等优点。
附图说明
图1是本发明的方法的电路实现图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地表述。显然，所表述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
采用两个非交叠的采样时钟，消除了电荷注入和直流失调。极点产生支路降低了放大器器带内随机噪声，提高了放大器的增益和滤波器的响应时间。采用精确极点产生技术，精确极点产生电路降低了滤波器带内随机噪声，提高了放大器的增益和滤波器的响应时间。电容Ctj和开关用于产生精确极点。
一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，包括极点产生支路、相关双采样增益提高支路和放大器G，极点产生支路包括串联的开关Φ9与电容Ctj1，相关双采样增益提高支路包括开关Φ1、开关Φ2、开关Φ3、开关Φ4、开关Φ5、开关Φ6、开关Φ7、开关Φ8、开关Φ9、开关Φ10、开关Φ11、开关Φ12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C7，开关Φ1的一端、电容C1的一端、开关Φ3的一端连接于节点A，输入信号INP输入至开关Φ1的另一端，开关Φ2的一端；开关Φ4的一端、电容C2的一端、开关Φ2的另一端连接于节点B，输入信号INM输入至开关Φ3的另一端，开关Φ4的一端；电容C1的另一端、开关Φ9的另一端、开关Φ5的一端、开关Φ8的一端和电容C7的一端连接于节点C；电容C7的另一端、开关Φ12的一端和放大器G同相输入端连接于节点E；开关Φ5的另一端、开关Φ6的一端、开关Φ7的一端和开关Φ11的一端均接参考电压Vref；开关Φ6的另一端、开关Φ8的另一端和电容C3的一端连接于节点H；电容C3的另一端、开关Φ7的另一端和开关Φ10的一端连接于节点G；电容Ctj1的另一端、开关Φ10的另一端、电容C4的一端、放大器G的反相输出端连接于节点F；开关Φ12的另一端、开关Φ11的另一端和电容C4的另一端连接于节点I；开关Φ15与电容Ctj2串联；电容C2的另一端、开关Φ15的另一端、开关Φ18的一端、开关Φ16的一端和电容C8的一端连接于节点D；节点C与节点D对称，位于放大器G同相输入端的结构与位于反相输入端的结构完全一致，放大器G同相输出端输信号OUTP，放大器G反相输出端输信号OUTM，所有开关均由外部产生的非交叠时钟信号控制，参考电压Vref由外部产生。放大器G为全差分放大器。
一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，包括以下步骤：
1)采用两个非交叠的采样时钟来消除电荷注入，提高放大器的增益，主放大支路由采样电容(C1，C2)及相应的开关控制和积分电容(C4，C5)及相应的开关控制构成，积分电容(C4，C5)及相应的开关支路降低系统对运放的转换速率要求。
2)采用Φ1和Φ2两相非交叠时钟，为避免出现混叠现象,时钟信号的频率fCLK至少应大于信号最高频率f0的2倍以上。
3)Φ1和Φ2都对运放的失调电压进行采样，失调电压相互抵消，实现双倍增益的同时，这种结构不受输入端寄生电容和失调电压的影响。
4)增加了精确极点产生支路，电容Ctj产生精确极点。
本发明提供的一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，采用两个非交叠的采样时钟，消除了电荷注入和直流失调。精确极点产生电路降低了滤波器带内随机噪声，提高了放大器的增益和滤波器的响应时间。该放大电路具有放大精度高、增益线性度好、响应速度快、共模电平范围广、失调自动消除等优点。可应用在很多小信号、共模电平变化范围较广、高精度放大的应用领域。
本发明提供了一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，该电路包括：差分增益放大器模块，由全差分折叠共源共栅放大器和共模反馈网络构成，用于提供高增益。
开关电容模块，其中开关受两相非交叠时钟信号(Φ1，Φ2)控制，在Φ1期间，输入电压在电容(C1，C2)上采样，此时运放为一单位增益运放，输出此时保持上一时刻的值。在Φ2期间，电容(C1，C2)上的采样电荷转移到电容(C3，C6)上，此时运放的输出端为上一时刻输入端电压的比例关系。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器，其特征在于：
包括极点产生支路、相关双采样增益提高支路和放大器G，
所述极点产生支路包括串联的开关Φ9与电容Ctj1，
所述相关双采样增益提高支路包括开关Φ1、开关Φ2、开关Φ3、开关Φ4、开关Φ5、开关Φ6、开关Φ7、开关Φ8、开关Φ9、开关Φ10、开关Φ11、开关Φ12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C7，
开关Φ1的一端、电容C1的一端、开关Φ3的一端连接于节点A，输入信号INP输入至开关Φ1的另一端，开关Φ2的一端；
开关Φ4的一端、电容C2的一端、开关Φ2的另一端连接于节点B，输入信号INM输入至开关Φ3的另一端，开关Φ4的一端；
电容C1的另一端、开关Φ9的另一端、开关Φ5的一端、开关Φ8的一端和电容C7的一端连接于节点C；
电容C7的另一端、开关Φ12的一端和放大器G同相输入端连接于节点E；
开关Φ5的另一端、开关Φ6的一端、开关Φ7的一端和开关Φ11的一端均接参考电压Vref；
开关Φ6的另一端、开关Φ8的另一端和电容C3的一端连接于节点H；
电容C3的另一端、开关Φ7的另一端和开关Φ10的一端连接于节点G；
电容Ctj1的另一端、开关Φ10的另一端、电容C4的一端、放大器G的反相输出端连接于节点F；
开关Φ12的另一端、开关Φ11的另一端和电容C4的另一端连接于节点I；
开关Φ15与电容Ctj2串联；
电容C2的另一端、开关Φ15的另一端、开关Φ18的一端、开关Φ16的一端和电容C8的一端连接于节点D；
节点C与节点D对称，位于放大器G同相输入端的结构与位于反相输入端的结构完全一致，放大器G同相输出端输信号OUTP，放大器G反相输出端输信号OUTM，
上述所有开关均由外部产生的非交叠时钟信号控制，所述参考电压Vref由外部产生。
2.根据权利要求1所述的失调补偿的相关双采样开关电容放大器，其特征在于：所述放大器G为全差分放大器。
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