CN106374844B - 具有噪声压抑功能的讯号放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有噪声压抑功能的讯号放大电路，包含有一第一电路模块以及一第二电路模块。该第一电路模块包含一电流源以及一切换开关。该电流源连接于一输入级，用来输入一电流。该切换开关连接于一第一级输出端。该切换开关依据截波频率进行该输入级与该第一级输出端的正负端切换。该第二电路模块包含一等效电容，设置在一输出级与一第二级输入端之间。该讯号放大电路藉由控制该电流之一电流量以及该等效电容之一电容值以相应调整该讯号放大电路之一内部带宽，且该内部带宽是小于该截波频率并大于该输入级之一输入讯号。

Description

具有噪声压抑功能的讯号放大电路
技术领域
本发明是提供一种讯号放大电路，尤指一种充放电速度极慢以有效抑制噪声生成的讯号放大电路。
背景技术
截波技术是利用开关的切换改变电路直流偏移以及低频噪声对于讯号的方向性，使直流偏移与低频噪声转换为高频干扰，再利用低通滤波器(low-pass filter)消除的技巧。传统截波放大器的内部带宽要远大于截波频率(chopping frequency)以避免安定时间(settling time)不足，且截波频率又必须大于讯号频率以配合低通滤波器的制作，因此具有高耗能的缺点。另外，传统放大器所需的低通滤波器通常为电路上的内电容、或设计在电路外部的独立电容，需要花费较高昂的材料与制作成本。
发明内容
本发明是提供一种充放电速度极慢以有效抑制噪声生成的讯号放大电路，以解决上述之问题。
本发明之申请专利范围是揭露一种具有噪声压抑功能的讯号放大电路，包含有一第一电路模块以及一第二电路模块。该第一电路模块具有一输入级与一第一级输出端，且包含一电流源以及一切换开关。该电流源连接于该输入级，用来输入一电流。该切换开关连接于该第一级输出端。该切换开关依据一截波频率进行该输入级与该第一级输出端的正负端切换。该第二电路模块具有一输出级、与连接到该第一级输出端的一第二级输入端。该第二电路模块包含一等效电容，设置在该输出级与该第二级输入端之间。该讯号放大电路藉由控制该电流之一电流量以及该等效电容之一电容值以相应调整该讯号放大电路之一内部带宽，且该内部带宽是小于该截波频率并大于该输入级之一输入讯号。
本发明之申请专利范围另揭露该截波频率是至少为该内部带宽的十倍以上。
本发明之申请专利范围另揭露该第一电路模块另包含一第一负载，连接于该第一级输出端并接地。该第二电路模块另包含一第二负载及一第三负载，分别连接于该等效电容且接地。
本发明之申请专利范围另揭露该讯号放大电路是减少该电流源输出的该电流量、或在该第二电路模块设置高电容值的该等效电容以降低该内部带宽。
本发明之申请专利范围另揭露该内部带宽用来使该讯号放大电路进入电压摆动率区间，藉此消除直流偏移电压及低频噪声。
本发明之申请专利范围另揭露该第二级输入端利用米勒补偿使该第一级输出端随着该截波频率进行切换时进入该电压摆动率区间。
本发明是妥善选择适当的截波频率，将电路设计在电压摆动率区间，降低讯号放大电路10的内部带宽使其小于截波频率但大于处理讯号的频率即可，如此可避免大量的电流消耗以节省能源。讯号放大电路10的切换开关18随着截波频率进行正负端切换以进入电压摆动率区间后，可以有效地压抑截波频率的干扰讯号在特定范围内(如前述的小振幅三角波)，所以后端电路不需要很宽的输入电压范围去承受大范围摆动的截波干扰。讯号放大电路10能够有效抑制截波干扰，本发明不必额外增设模拟式滤波器，即能在不影响线性度的情况下让后端电路继续处理讯号。
附图说明
图1为本发明实施例之具有噪声压抑功能之讯号放大电路的示意图。
图2为图1所示之讯号放大电路的讯号仿真图。
附图标号说明：
10 讯号放大电路
12 第一电路模块
14 第二电路模块
16 电流源
18 切换开关
20 第一电路模块的输入级
22 第一电路模块的第一级输出端
24 等效电容
26 第二电路模块的输出级
28 第二电路模块的第二级输入端
30 第一负载
32 第二负载
34 第三负载
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明实施例之具有噪声压抑功能的讯号放大电路10的示意图。传统放大器的转态速度较快，且会输出振幅极大的方形截波。为了有效克服截波干扰，本发明的讯号放大电路10可以大幅压抑充放电速度，利用电压摆动率区间(Slew Rate)之限制使其输出波形转变为振幅极小的三角波，可以有效降低干扰振幅，让后端电路不需要较宽的输入电压范围、亦不需搭配额外的滤波器设计。
讯号放大电路10主要由第一电路模块12以及第二电路模块14组成。第一电路模块12与第二电路模块14之间可选择性配置缓冲电路设计，然不限于此。第一电路模块12包含电流源16以及切换开关18。电流源16连接于第一电路模块12之输入级20，用来输入电流进入讯号放大电路10。切换开关18连接于第一电路模块12之第一级输出端22，可依据讯号放大电路10的截波频率进行输入级20和第一级输出端22的正负端切换。第二电路模块14的等效电容24设置在输出级26与第二级输入端28之间，其中第二级输入端28是连接到第一级输出端22。第一电路模块12另包含第一负载30，连接于第一级输出端22并接地，第二电路模块14另包含第二负载32及第三负载34，分别连接于等效电容24且接地。
本发明藉由控制电流源16的输出电流量以及等效电容24的电容值以相应调整讯号放大电路10的内部带宽，使该内部带宽小于截波频率并大于输入级20的输入讯号。举例来说，本发明之讯号放大电路10的截波频率较佳设计为内部带宽的十倍以上，意即内部带宽设计得极小，并在第二级输入端28利用米勒补偿(Miller Compensation)、以及加上高电容值的等效电容24，使得第一级输出端22能随着截波频率之切换而进入电压摆动率区间，据此消除讯号放大电路10的直流偏移电压及低频噪声。
请参阅图2，图2为图1所示之讯号放大电路10的讯号仿真图。以虚线绘制的波形A表示传统放大器的干扰截波，实线绘制的波形B则是本发明讯号放大电路10的输出截波。在本发明的讯号仿真分析中，截波频率选择在10KHz时，传统放大器的内部带宽约为100KHz、工作周期为△T，干扰截波为图2所示的波形A。为了显著降低讯号放大电路10的充放电速度，本发明可选择将讯号放大电路10的内部带宽设定在1KHz(意即内部带宽较佳为截波频率的10％)，此时讯号放大电路10的工作周期就变成是100△T。本发明的参数设定不限于上述实施例，端视设计需求而定。这样一来，讯号放大电路10相较传统放大器需要百倍以上时间才会完成转态，但是讯号放大电路10的输出电压仍会随着截波频率的切换在未达转态电压前即进入电压摆动率区间，讯号放大电路10的输出截波就会形成如图2所示的振幅极小的三角波。
本发明是利用调控电流源16的输出电流量及等效电容24的电容值来降低讯号放大电路10的内部带宽，例如减少电流源16输出的电流量和/或将高电容值的等效电容24设置在第二电路模块14内，使讯号放大电路10的工作周期能大幅放大。其中一种实施态样可将电流源16的输出电流量减少为初始值(传统放大器的预定输出电流)的十分之一，并将等效电容24的电容值放大为初始值(传统放大器的电容值)的十倍，如此即能将讯号放大电路10的工作周期放大百倍左右；电流源16之输出电流量及等效电容24之电容值的改变比例当然不限于本实施态样所述，端视实际需求而定。
除此之外，其余实施态样还可选择在电流源16的输出电流量大致保持不变的前提下，将等效电容24的电容值放大为初始值的百倍；或选择在等效电容24的电容值大致保持不变的前提下，将电流源16的输出电流量减少为初始值的百分之一。只要电流源16之输出电流改变量和等效电容24之电容值调整比例的相乘效应能让讯号放大电路10的工作周期(或内部带宽)调整到预定放大倍率即符合本发明讯号放大电路10之设计需求。
本发明是妥善选择适当的截波频率，将电路设计在电压摆动率区间，降低讯号放大电路10的内部带宽使其小于截波频率但大于处理讯号的频率即可，如此可避免大量的电流消耗以节省能源。讯号放大电路10的切换开关18随着截波频率进行正负端切换以进入电压摆动率区间后，可以有效地压抑截波频率的干扰讯号在特定范围内(如前述的小振幅三角波)，所以后端电路不需要很宽的输入电压范围去承受大范围摆动的截波干扰。讯号放大电路10能够有效抑制截波干扰，本发明不必额外增设模拟式滤波器，即能在不影响线性度的情况下让后端电路继续处理讯号。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (3)

1.一种具有噪声压抑功能的讯号放大电路，其特征在于，包含有：
一第一电路模块，具有一输入级与一第一级输出端，该第一电路模块包含：
一电流源，连接于该输入级，用来输入一电流；以及
一切换开关，连接于该第一级输出端，该切换开关依据一截波频率进行该输入级与该第一级输出端的正负端切换；以及
一第二电路模块，具有一输出级、与连接到该第一级输出端的一第二级输入端，该第二电路模块包含一等效电容，设置在该输出级与该第二级输入端之间，藉由控制该电流之一电流量以及该等效电容之一电容值以相应调整该讯号放大电路之一内部带宽，且该内部带宽是小于该截波频率并大于该输入级之一输入讯号；该第一电路模块另包含一第一负载，连接于该第一级输出端并接地，该第二电路模块另包含一第二负载及一第三负载，分别连接于该等效电容且接地；该截波频率是至少为该内部带宽的十倍以上；该讯号放大电路是减少该电流源输出的该电流量，以降低该内部带宽；该讯号放大电路是在该第二电路模块设置高电容值的该等效电容以降低该内部带宽。
2.如权利要求1所述之讯号放大电路，其特征在于，该内部带宽用来使该讯号放大电路进入电压摆动率区间，藉此消除直流偏移电压及低频噪声。
3.如权利要求2所述之讯号放大电路，其特征在于，该第二级输入端利用米勒补偿使该第一级输出端随着该截波频率进行切换时进入该电压摆动率区间。
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