CN109004911A - 具有调节的共模抑制的差分放大器和具有改进的共模抑制比率的电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有调节的共模抑制的差分放大器和具有改进的共模抑制比率的电路。提供具有改进的共模抑制的放大器电路。这可以通过估计输入信号的共模电压值并用它来调整放大器输出的目标共模电压来实现。这可以帮助避免共模电压改变的差分增益。

Description

具有调节的共模抑制的差分放大器和具有改进的共模抑制比 率的电路
技术领域
本公开涉及具有两个输出和改进的共模抑制性能的差分放大器，其中输出节点处的电压之间的差异基本不受共模输入电压的变化的影响。
背景技术
众所周知，差分放大器应该在它们各自的第一和第二输入端接收第一和第二信号，并且产生仅仅是第一和第二信号之间差值函数的输出。如果信号具有共模分量，则该共模分量的值不应影响理想差分放大器的输出。
然而，在实际器件中，器件失配意味着器件偏离理想响应特性，并且输出表现出对共模输入电压的一些依赖性。因此需要改善使用差分放大器的电路的性能。共模输入信号显示本身作为输出信号的改变的量通常被称为共模抑制比率。实质上，它是衡量放大器如何避免将共模信号与差分信号混合的度量。
命名
通常术语“放大器”用于指提供增益的电路。有时候这个术语用来表示电路或增益模块，它具有非常高的但不一定良好控制的增益，例如可操作的放大器2，如图1a所示。有时候这个术语被用来包含设置，其中增益模块/运算放大器2在反馈环路内部提供，其中放大器的整体增益由反馈环路定义，如图1b所示。
这里，当我们特别希望区分图1a和1b中所示的配置时，那么诸如图1a的布置的东西将被称为增益模块，并且诸如图1b的布置之类的东西将被称为“反馈定义的放大器”。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供具有前馈路径的差分放大器，用于调节作为输入信号的共模分量的函数的目标共模输出电压。
前馈路径可以在增益模块的内部形成，也可以由增益模块周围的组件形成。
差分放大器可以包括具有差分输入和差分输出的增益模块。
差分放大器的增益可以通过围绕增益模块的反馈网络来设置。
反馈网络可以是基于电阻器的网络。然而在其他实施例中，反馈网络可以包括除电阻器之外或代替电阻器的其他组件。其他组件可以在连续时间(非开关)或离散时间(开关)模式下运行。
在一个实施例中，提供了一种基于电阻器的反馈限定差分放大器，其具有全差分输出，并且具有用于调整目标共模输出电压以跟踪共模输入信号中的变化的装置。
基于电阻器的反馈定义差分放大器具有某些优点，例如它在连续时间工作并且可以被配置为具有低输入阻抗。基于开关电容技术的切碎放大器不具备这些功能。然而，这种基于电阻器的技术由于组件不匹配而更易于产生误差。形成在集成电路上的电阻器仍然可能由于光刻中的微小差异，它们被蚀刻的量的轻微变化或者材料沉积量或其他制造误差而导致制造误差。此外，这些电阻器由于放置它们的电路的操作而可能经历热梯度，这意味着电阻器在使用中可能在不同的温度下操作。此外，封装集成电路的过程会对硅芯片造成压力，这也会引起所谓的匹配电阻器的电阻变化。所有这些影响都会在电阻器控制的差分放大器周围的增益设置网络中引起电阻失配。相对适中的量的电阻失配会导致放大器的共模抑制比显着降低。
有利地，增益模块，例如操作放大器，与根据输入共模电压来修改目标输出共模电压的电路相关联。该电路还可以施加电压以便移动差分放大器的输入和输出电压范围之间的电压域(共模电压)。
根据本公开的第二方面，提供一种在存在共模输入信号分量的情况下改善差分放大器的线性的方法，所述差分放大器具有用于控制放大器的差分输出的目标共模输出电压的控制节点，所述方法包括：作为输入共模电压的函数的到目标共模电压控制节点的控制信号。
虽然在对共模抑制性能产生不利影响的背景下，即将共模信号转换为差分信号分量的背景下，元件失配的问题将关于反馈定义的放大器进行详细讨论，其中反馈回路主要由电阻器会产生相同的问题，其中反馈回路由电容器或其他组件定义。
附图说明
现在将参考附图仅以非限制性示例的方式描述本公开的实施例，其中：
图1a示意性地表示具有单个输出的差分操作放大器形式的增益模块，以及图1b示出在反馈限定的放大器电路内使用差分操作放大器；
图2示意性地示出了具有单个输出的用于反馈限定的差分放大器的电路；
图3a和3b示出电压V1和V2的两个表示之间的电路等效性，以说明如何定义共模电压；
图4示意性示出了完全差分放大器的电路图，即具有差分输入和差分输出的电路图；
图5示意性地示出了作为图1中所示类型的单级差分放大器的简化电路图，用于引入对这种放大器进行的修改以使其完全不同；
图6示意性地示出了包括共模输出电压控制器的全差分放大器的简化电路图；
图7示出了反馈限定放大器的电路图，其中放大器的增益由反馈网络的电阻器R1至R4设置，输出共模电压由馈送至放大器的共模控制端子的电压控制；
图8示意性地示出了根据本公开的教导的放大器，其中使用共模输入电压来修改目标共模输出电压；
图9示出了两级放大器的一个实施例，其中第一级共模电压基于共模输入电压控制；
图10示出了构成本公开实施例的与放大器结合的测量系统；
图11是包括偏移发生器的输入共模电压跟踪电路的电路图；
图12是基于开关电容的输入共模电压跟踪电路的电路图；
图13示出了图12的电路如何布置以增加偏移电压；
图14示出了根据本公开的教导操作的反馈限定放大器的另一实施例；
图15示出了根据本公开的教导操作的反馈限定放大器的另一实施例；
图16示出了具有完全差分放大器之后的离散时间共模电压修正电路的另一个实施例。
具体实施方式
图1a示意性地示出具有单个输出的差分放大器的电路图。如本领域技术人员所知，差分放大器2具有反相输入端4和非反相输入端6。这些输入端之间的差值由放大器2的内部增益获得，并且输出在单个输出端8提供电压。通常，放大器的内部增益大约在1万到1千万倍的数量级或更多。为了使放大器具有适度增益，如本领域技术人员已知的那样提供通常包括第一和第二电阻器的反馈回路。
图1b示出了在运行放大器/增益模块2周围提供由电阻器R1和R2形成的反馈回路，使得电阻器限定放大器的增益，总体标记为10。
图1b的电路结构可以如图2所示进行修改，以提供接受输入电压V1和V2并提供单个输出电压Vout的差分放大器。与每个输入相关的电阻的比率设置放大器的增益。如果比值不匹配，那么共模电压Vcm的变化传播通过放大器，以看起来像由于差分输入电压的变化而导致的变化。
如图3a所示，电压V1和V2可以被认为是源自信号源11，信号源11包括以公共节点(例如地)为参考的第一和第二电压源V1和V2。然而，在图3b中示出了等效表示，其中电压源提供表示V1和V2的平均值的共模电压Vcm，然后将另外的电压Vi添加到其中以产生V1，并且从Vcm减去相同的电压Vi以产生V2。
在一个理想的差分反馈定义放大器
和
为了方便，V1和V2将被称为Vin-和Vin+。
仔细考虑图2的放大器，可以通过将Vin-与Vin+短路，然后在电压范围内扫描该输入来测试其共模抑制比率。理想情况下，输出电压Vout不会随着共模输入电压扫过输入范围而改变。通常，可以写出一个方程式，将公共模式增益Gcm和差分增益Gdiff链接到输出电压的变化与输入电压的变化之间。与输入和输出电压的比率相反，增益是以小信号形式(改变输出电压与输入电压的变化)写入的，因为差分放大器也可用于对其输入和输出域执行电压转换。因此，增益可以写成
共模抑制比率CMRR可以表示为这些以分贝表示的项的比率。
共模抑制比率是一个重要的放大器参数。使用差分放大器的一种方法是拒绝共模信号，使得放大器输出处的共模电压或者目标共模电压不变，即Gcm倾向于为零。
然而，正如后面将会示出的，这种关于共模抑制的思考方法在某些差分双端(例如两个输入和两个输出)放大器设计的背景下是不利的。
也可以提供具有双端(差分输出)的差分放大器。图4示意性地示出了这种放大器的符号。这里通常表示为12的放大器具有反相输入端14和非反相输入端16，并且在第一和第二输出端20和22上提供信号。这种放大器通常还包括输出电压共模控制端子24。输出电压共模控制端子24接收用于控制放大器的共模目标电压，使得来自第一和第二输出20和22的信号的平均值与在共模目标电压设置输入引脚/节点24处提供的电压相匹配。
为方便起见，值得考虑图1a所示的放大器2的差分输入级如何在广义上被修改以达到图4所示的放大器。
图5示出了具有单端输出的单级差分放大器增益模块的简化示例，即其代表图1中所示电路的一个可能实施例。
图5所示的电路包括第一和第二N型MOSFET晶体管30和32，它们的源极连接在一起并且连接到电流吸收器34。第一晶体管30的栅极用作非反相输入端6，第二晶体管32的栅极用作反相输入端4。晶体管使电流通过各自的有源负载，在本例中，有源负载由两个P型MOSFET36和38形成。每个P型MOSFET36和38的源极端连接到正电源轨Vdd。栅极也连接在一起。晶体管36的漏极连接到晶体管30的漏极。晶体管38的漏极连接到晶体管32的漏极。晶体管36的漏极也连接到晶体管36和38的栅极。因此，晶体管36处于“二极管连接”结构，并且通过它的电流由晶体管38镜像。输出信号从晶体管38的漏极导出。因此，图5所示的布置具有差分输入和单端输出。该电路可以很容易地进行修改，如图6所示，以提供差分输出。图6中所示的布置示出了图4的放大器12的实施例的电路图。该电路包括差分放大器增益模块，该差分放大器增益模块总体标记为50，但是基于图5中所示的布置以及通常标记为52的误差放大器。
比较图6和图5可以看出，第一和第二N型晶体管30和32仍然具有连接到电流吸收器34的源极。此外，晶体管30和32仍然与P型晶体管36和38串联。P型晶体管36和38仍然具有连接到Vdd的源极，并且它们的栅极仍然连接在一起。然而，晶体管36不再是二极管连接的，而是晶体管36和38都接收来自误差放大器52的共享控制信号。第一输出节点O1仍然形成在晶体管32的漏极处。然而，指定为O2的新的差分输出节点现在形成在晶体管30的漏极处。
原则上，如果所有晶体管都完全匹配，则晶体管36和38可以被偏置到固定电压，并且会产生具有差分输入和差分输出的放大器。然而，这种布局在元件或温度变化的情况下并不稳定，并有可能锁定。因此，为了控制共模输出电压，并且实际上使共模输出电压能够被设定为期望值，提供了一些另外的组件。其他部件采用差分放大器52的形式。其包括差分输入级，该差分输入级包括N型晶体管70和72，其源极连接在一起并连接到电流吸收器74。每个晶体管70和72具有连接在其漏极和正电源轨Vdd之间的负载。原则上，负载可以由电阻器形成，但是对于由二极管连接的P型MOSFET76和78形成的负载更加方便。P型MOSFET晶体管36和38的栅极连接到形成的误差放大器输出节点80在N型晶体管70的漏极处。目标共模输出电压Voutcm可以提供给误差放大器52的第一晶体管70的栅极。放大器50的输出端O1和O2的瞬时共模电压是提供给误差放大器52的第二晶体管72的栅极。共模电压通过在输出节点O1和O2之间放置电阻分压器而形成。分压器包括具有相同值的电阻器100和102。因此，电阻器在电阻器100和102之间的节点104处O1和O2处形成输出电压的平均值并连接到晶体管72的栅极。电阻器值被选择为适度大，使得它们不会不利地影响操作放大器50。
如果输出端O1和O2的共模电压高于Voutcm，则可以看到更多的电流流向晶体管72并且更少的电流流过晶体管70。这导致晶体管70的漏极电压升高并且因此晶体管36和38的栅极电压也升高。这又导致它们作为电流源通过减少的电流。作为整体流过放大器级50的电流由电流吸收器34设定，因此节点O1和O2处的电压趋于下降。类似地，如果共模输出电压太低，则晶体管70趋于通过比晶体管72更多的电流，并且因此其漏极电压降低。这又导致晶体管36和38通过更多的电流，从而允许节点O1和O2处的电压增加。因此电路的功能是作为差分放大器，其中栅极30和32的电压之间的差被放大并呈现在输出节点O1和O2处，但其中节点O1和O2处的输出共模电压对应于在晶体管70的输入处设置的电压Voutcm。其他放大器拓扑结构是已知的，并且差分增益模块的内部配置不是本公开中阐述的发明构思的一部分。
图5和图6的差分输入差分输出放大器通常连接在如图7所示的电路结构内，其中差分增益由电阻器R1和R2以及R3和R4的相互作用来设置。
如下所示，图7所示的反馈限定放大器的操作与本领域技术人员已知的单端操作放大器的操作类似，如图1b所示。然而，电路设计中存在一些细微差别，尤其是元件失配的影响，即电阻器R2与R1的比率稍微不同于电阻器R4与R3的比率。正如可以预料的那样，这会导致放大器差分增益的改变。然而，正如也将显示的那样，它会导致放大器共模抑制比的下降。
发明人认识到，通过有意修改目标共模输出电压可以实现改进的共模抑制。即使共模输出电压的变化大于某些其他系统中的变化，并且基于工程师可能考虑共模抑制的方式，这里所公开的电路看起来好像它们具有降低的CMRR。
在本公开的实施例中，共模输入信号值被形成并且被有意地前馈到目标输出共模电压控制节点，以便改变放大器的输出处的目标共模电压。这种行为是违反直觉的，因为它会降低放大器的性能，而不是改进它，因为它会导致共模增益趋于一致。但是，如下所示，双端差分输入放大器的实际性能非常复杂，其操作的微妙之处往往被忽略或者根本不受工程师的赞赏。
完全差分放大器的电路分析与普通单输出差分放大器的电路分析类似，只是它比较困难。
由于附加的反馈路径，会产生一些额外的复杂性。
然后使用图7中标识的节点
对于电压Vn我们可以看到
类似地
为了便于编写等式，使
因此，我们可以将Vn和Vp重写为
Vn＝Vin_(1-α)+Vout·α 等式6
Vp＝Vin+(1-β)+Vout·β 等式7
我们也可以将放大器的差分增益作为G(f)
Vout+-Vout-＝G(f)(Vp-Vn) 等式8
结合等式6、7和等式8
Vout+(1+G(f)α)-Vout-(1+G(f)β)＝G(f){Vin+(1-β)-Vin-(1-α)} 等式9
这仍然很麻烦，但注意到这一点可以取得进一步的进展
因此
Vout-＝2V outcm-Vout+ 等式11
重写等式9
Vout+(2+G(f)β+G(f)α)-2Voutcm(1+G(f)β)＝G(f){Vin+(1-β)-Vin(1-α)}
或者
等式12
使用增益模块内的非常高增益的正常假设，使得
G(f)α＞＞1和G(f)β＞＞1
然后等式12可以简化为
类似地
如果我们将输出差分信号定义为
Vout-diff＝Vout+-Vout- 等式15
那么
如果电阻匹配，那么R1＝R3，R2＝R4，然后α＝β。这允许简化等式16，因为如果α＝β，那么″2Vout(β-α)″总是评估为零。假设电阻器完美匹配，所以我们可以用α代替β：
因此
因此
但是我们也可以看到，如果有一个小的不匹配，比如说0.001，使得β＝1.001α，那么可以观察到两件事情。
1)首先差分增益会随着等式16的第一部分而变小
因此，存在与Vin+-Vin-成比例并与共模电压无关的增益误差。
2)等式16的第二部分不再评估为零，即
在这里
因此差分增益具有随共模输出电压而变化的分量。
Vout-diff＝0.0005 Voutcm 等式22
现在可以看出，输入信号Vin+和Vin-可以通过引入共模输入电压Vincm和输入差分电压Vindiff而彼此相关。
如果我们返回到等式20并使用等式23重写
可以扩展到
可以看出，由于共模分量，输入端的失配会引起增益误差，而共模分量又可能被认为会在输出端产生误差电压Verror。
Verror＝-2Vincm×0.0005 等式26
这可以与来自等式22的输出共模电压的结果相比较
Vout_diff(error)＝0.0005×Voutcm
可以看出，如果将输入共模电压前馈并用于调整输出端的目标共模电压，则可以减小失配的效应电阻。
图8示意性地图示了本公开的实施例，其中通过包括共模输入电压前馈电路120来调整图7中所示的布置。共模前馈电路120接收输入信号Vin-和Vin+并且使用它们来形成修改的输出电压共模目标值Voutcm。
在图2的讨论中，并且借助于图3a和3b，注意到在理想的差分反馈限定放大器中。
本发明人已经认识到，在存在组件不匹配的情况下，允许有效的共模增益接近统一性会更好。
然而，乍看之下，即使降低了差分输出信号分量与共模输出信号分量的混合，也会使用等式1的定义引起降级的共模抑制无线电。
图9示意性地示出了其中偏移电压跟踪电路120仅包括第一电阻器160和第二电阻器170的配置，第一电阻器160和第二电阻器170用于在电路的信号输入端Vin+和Vin-处形成对共模电压信号的估计。这里，输入电压的共模估计直接馈送到放大器的目标共模输出电压控制引脚24。因此，与其他电路相反，其中这是DC值，图9中所示的布置-提供给输出电压共模控制引脚的信号故意变化。
然而，正如前面的分析所理解的那样，这种方法减少了共模电压和输出O1和O2处的差分增益的影响，即使它导致这些电压的共模变化。因此，未尝试将输出端的共模电压固定为静态值，而是故意允许其根据共模输入电压进行漂移。这种方法提高了放大器的共模抑制性能。
放大器级之后可以跟随另一放大器180，放大器180具有其自己的共模输出电压控制端子，在这种情况下，该端子可以被设置为静态的，即基本上不变的电压VT。因此第二放大器级180可以承担将差分输出电压转换成域的任务，其中它具有已知和固定的共模输出分量。可选地，第二级180也可以被提供有可变共模输出目标值。第二阶段之后可能会或可能不会有第三阶段，也可能有一个可变的共模电压输出目标值或可能有一个固定值。
可以选择共模输入电压信号有多少馈送到放大器的输出电压共模控制引脚。因此，可以形成输入共模电压和期望的输出共模目标之间的变化，并且该变化可以全部或部分地被转发。这种选择可能会使共模抑制与放大器净空相抵消。
所公开的技术传递共模信号以在链中稍后处理，但是如果增益级具有正增益，例如假设为100，那么当本发明之前提到的输入时链中下一个元件的CMRR限制有效地提高了100倍，由于差分信号被放大，但共模信号增益保持为一致。
因此可以提供一种改进的共模抑制比率显着改善的差分放大器。在测试中，具有固有共模抑制比率为60dB的放大器被前馈电路修改以显示有效共模抑制比率，该共模抑制比率受限于测量具有约-120dBCMRR的输出的ADC的共模抑制比率。
图10示出了根据本公开的教导的接收来自差分Rogowski型线圈200的信号的放大器的示例。总体标示为220的放大器放大来自Rogowski线圈200的差分信号并将其提供给差分模数转换器222。放大器220被配置为反相放大器，并且其放大率由其输入电阻与反馈电阻之比设定。
在这种情况下，输入电阻包括至少两个电阻器，其中一个RC是差分Rogowski线圈传感器的相应线圈的电阻。该或每个其他电阻器可以是片上电阻器，其有利地具有比Rogowski线圈低的温度系数电阻。至少一个其他电阻器具有电阻Rin。在图10所示的例子中，线圈电阻由电阻器224a和224b表示。本例中的芯片上输入电阻由三个串联连接的电阻器226a、228a和230a形成，其中在差分放大器的另一个通道中具有标记为“b”的类似电阻器。电容器232、234a和234b耦合到每对电阻器之间的节点以提供低通滤波。低通滤波是重要的，因为Rogowski线圈的响应依赖于并因此具有高通过响应。低通滤波保护输入级在被测电流中出现高频谐波时不会过驱动或饱和。滤波器还提供了抗锯齿功能。
在这个例子中，放大器的输出节点连接到电阻器240a和240b，这在定义放大器输出电阻方面起主要作用。输出电阻器可以形成分压器，其中电阻器242a和242b连接到地以便电平移位和衰减输出，而备选地，单个电阻器可以连接在电阻器242a和242b之间。
此外，节点INN和INP处的输入信号被提供给共模控制器250，如上所述，共模控制器250可以简单地是形成分压器的两个电阻器。共模控制器250设置放大器12的目标共模输出电压。因此，该电路可以从Rogowski线圈传感器获取小的输入信号并放大它，同时还显示出对共模信号的增强的抗扰性。虽然由于共模控制器250的作用，共模输出电压可能不是静态的，但差分模数转换器252可以处理放大器输出的该特征，并提供独立于来自放大器12的共模输出电压的输出代码。
这里描述的电阻器的配置还形成两个分压器，其可以随着温度升高而起作用以稍微降低放大器的增益。显然，如果芯片上的电阻器的温度系数小于线圈的温度系数电阻，则整体放大器增益减小或者至少可以被设置为随着温度增加而略微减小。这种效应可以用来补偿承载Rogowski线圈或线圈本身的基板的热膨胀。随着温度的增加，线圈体积的增加意味着对于作用于线圈的给定磁场，线圈的输出电压也随着温度的升高而增加。因此这两种效应可以抵消。因此，图9所示的电路可以随着传感器线圈体积的增加而提供一定的温度补偿，并提供改进的共模抑制。
放大器不必限于通过Rogowski线圈上产生的电压来测量电流。输入可能来自分流器电阻、电容式传感器、生物医学传感器或任何具有差分输出的传感器。类似地，放大器响应不需要是低通滤波器响应，并且不需要执行如上所述的作为温度的函数的增益调整。
图11示出了待包括在块120内的共模电压前馈电路300的另一变型，其允许包括偏移。当输入和输出需要处于不同的电平时，偏移可能很有用，例如传感器可能处于地电位，设计人员可能希望输出电压以VDD/2为中心以最大化信号摆幅。电阻器302和304串联布置在输入节点Vin-和Vin+之间以形成分压器。然而，为了提供电流源(或电流吸收器)306的偏移，还提供并连接到电阻器302和304之间的节点308。电阻器302和304具有相等的Rcm值和电压偏移量为0.5RcmIoff。
输入共模电压估算电路也可以用电容器形成，如图12所示。这里，第一采样电容器320与第一采样开关322串联连接，所述第一采样开关322在第一输入端例如Vin-和可以保持在本地地的参考节点330之间。类似地，第二采样电容器332与另一个输入端(例如Vin+和参考节点330)之间的第二采样开关334串联。开关322和332由合适的开关控制信号驱动，例如方波或来自时钟的类似物。另一电容器340可通过另一开关342选择性地连接到第一电容器320与其开关322中间的节点321。类似地，电容器340也可以通过开关344连接到第二采样电容器332和采样开关334中间的节点333。开关322和334在控制时钟φ的第一相位上被驱动以便采样输入信号的Vin-和Vin+到采样电容上。开关342和344可以被认为是电荷转移开关，其与采样开关322和334反相地被驱动。因此，在第一操作阶段中，开关322和334闭合以便将输入电压采样到电容器320和332上。在操作的第二阶段，采样开关断开并且电荷转移开关342和344闭合，使得电荷在采样电容器330和332与共模电压存储电容器340之间重新分布。电路的重复操作导致电容器340两端的电压表示输入Vin-和Vin+的共模电压。电容器340连接到共模输出电压节点24。
可以修改图12中所示的布置以从偏移电压发生器350增加偏移电压。图13中示出了这样的布置。相同的部件用相同的附图标记表示。通过比较图12和13可以看出，图12的电路通过在相应的采样电容器320和332与参考节点330之间包括额外采样开关322'和334'而被修改。另外额外的电荷转移现在提供开关342'和344'以将存储电容器340的下极板连接到在第一采样电容器320和采样开关322'之间形成的电路节点321'，并且还连接到在第二采样电容器332之间形成的节点333'和附加采样开关334'。这些附加开关允许采样电容器320和332与信号路径完全隔离，使得当它们与存储电容器340充电共享时，它们也是浮动的，使得由电压发生器350提供的附加电压可施加在输出电压在输出节点360提供。
放大器，例如图8的布置，不一定是反馈定义的放大器，其中反馈部件仅包括电阻器。因此，如图14所示，输入电阻器R1和R3已经被电容器370和372取代。电容器可以配备或不配备采样开关374和376。这是无论输入是连续采样还是离散采样的选择。类似地，反馈电阻器也可以由电容器和/或电阻器和电容器组合来代替，由此给出滤波器响应。类似地，定义反馈的放大器可以提供输入和输出斩波电路，如图15所示。斩波电路380的操作允许输入和输出在放大器内从一侧到另一侧交换，以减少内部放大器偏移的影响。共模估计电路120同样可以在第一斩波开关380之前，而不是在它们之后。
如前所述，与现有技术的放大器装置相比，放大器12的输出处的共模电压在根据本公开的系统中变化更大。然而，这种变化通过取决于共模电压的因素来避免差分增益的损坏。因此有利的是通过具有良好共模抑制比率的电路来跟随放大器，从而允许将电压可靠地转换为固定的共模参考电压。这可以通过一个相对简单的电容器采样电路来实现，如图16所示。这里电容器400和402与放大器12的输出节点O1和O2串联。电容器之前是输入采样开关410和412，后面是输出选通开关420和422。开关420与开关410反相工作。类似地，开关422与开关412反相工作。开关410和412在时钟信号φ被断言时是有效的(低阻抗)，并且当信号φ未被断言时开关420和422有效。短路开关432设置在电容器400和402的任一侧。当开关410和412闭合时，开关430断路。类似地开关432在开关420和422闭合时是开路的。开关的操作允许来自放大器12的输出的共模分量被拒绝。此外，如果输出节点440和442中的任一个被保持在固定电压，那么电容器周围的电荷共享的动作使得在另一个节点(例如440)处的电压仅表示来自输入节点的增大的差分电压到放大器12。因此可以减轻反馈限定放大器内的部件失配的影响。
根据本发明的实施方式还包括：
1.具有前馈路径的差分放大器，用于调节作为所述差分放大器的差分输入处的共模信号的函数的目标共模输出电压。
2.根据1所述的差分放大器，其中所述放大器具有目标输出共模电压输入，用于接收控制所述放大器的输出的共模电压的输入信号，所述目标共模电压输入响应于所述前馈路径。
3.根据1所述的差分放大器，其中所述共模输入电压使用分压器形成。
4.根据3所述的差分放大器，其中所述分压器包括电阻器。
5.根据3所述的差分放大器，其中电流源或电压转换器用于修改所述分压器的输出。
6.根据3所述的差分放大器，其中所述分压器包括开关电容器。
7.根据1所述的差分放大器，其中所述放大器是连续时间差分放大器。
8.根据1所述的差分放大器，其中所述放大器的增益由围绕增益模块形成的阻抗网络设定。
9.根据1所述的差分放大器，其中所述放大器具有增益模块，所述增益模块具有第一输入、第二输入、第一输出和第二输出，并且其中第一输入节点通过第一电阻器(R1)连接到所述第一输入，所述第一输入通过第二电阻器(R2)连接到所述第一输出，第二输入节点通过第三电阻器(R3)连接到所述第二输入，并且所述第二输入通过第四电阻器(R4)连接到第二输出，并且其中电阻器尺寸的比率控制所述放大器的差分和共模增益。
10.根据1所述的差分放大器，包括在包含第二放大器的放大器电路中，所述第二放大器设置成接收来自所述差分放大器的输出，其中所述第二放大器具有基本上静态的目标共模输出电压。
11.根据1所述的差分放大器，结合差分模数转换器。
12.根据1所述的差分放大器，结合用于将输出转换为单端输出的电路。
13.根据1所述的差分放大器，结合差分电流测量电路，包括向所述差分放大器的输入提供第一和第二信号的差分电流传感器。
14.根据13所述的差分放大器，结合所述差分电流测量电路包括变送器。
15.根据14所述的差分放大器，结合所述差分电流测量电路，包括差分耦合的Rogowski线圈。
16.根据1所述的差分放大器，结合包括包含分流器的电流传感器的电流测量电路，并且所述差分放大器响应于跨越所述分流器发展的电压差。
17.一种改善具有用于控制放大器的差分输出的目标共模输出电压的控制节点的差分放大器的共模抑制性能的方法，所述方法包括：将控制信号前馈到作为输入共模电压的函数的目标共模电压控制节点。
18.根据17所述的方法，其中输入共模电压的一部分用于形成所述目标共模输出电压。
19.根据17所述的方法，其中基本上所有的输入共模电压用于形成所述目标共模输出电压。
20.根据17所述的方法，还包括向用于形成目标共模输出电压的信号增加固定电压，以进行电压域转换。
如前所述，本文描述的实施例并非旨在进行限制，并且一个实施例的特征可以与另一实施例的特征组合。
本文提出的权利要求是适用于向USPTO提交的单一依赖格式。然而，应该理解的是，每个从属权利要求可以依赖于一个或多个前述权利要求，除非这在技术上明显不可行。

Claims (21)

1.差分放大器，包括：
目标输出共模电压输入节点，被配置为经由前馈路径接收输入信号以设定所述差分放大器的目标共模输出电压，
其中所述差分放大器被配置为在所述差分放大器的输出节点处产生共模电压，作为表示所述差分放大器的差分输入处的共模信号的接收信号的函数。
2.权利要求1所述的差分放大器，其中所述共模输入电压使用分压器形成。
3.权利要求2所述的差分放大器，其中所述分压器包括电阻器。
4.权利要求2所述的差分放大器，其中电流源用于修改所述分压器的输出。
5.权利要求2所述的差分放大器，其中所述分压器包括开关电容器。
6.权利要求1所述的差分放大器，其中所述差分放大器是连续时间差分放大器。
7.权利要求1所述的差分放大器，其中所述差分放大器的增益由围绕增益模块形成的阻抗网络设定。
8.权利要求1所述的差分放大器，其中所述差分放大器具有增益模块，所述增益模块具有第一输入、第二输入、第一输出和第二输出，并且其中第一输入节点通过第一电阻器(R1)连接到所述第一输入，所述第一输入通过第二电阻器(R2)连接到所述第一输出，第二输入节点通过第三电阻器(R3)连接到所述第二输入，并且所述第二输入通过第四电阻器(R4)连接到第二输出，并且其中电阻器尺寸的比率控制所述放大器的差分和共模增益。
9.权利要求1所述的差分放大器，包括在包含第二放大器的放大器电路中，所述第二放大器设置成接收来自所述差分放大器的输出，其中所述第二放大器具有基本上静态的目标共模输出电压。
10.权利要求1所述的差分放大器，结合差分模数转换器。
11.权利要求1所述的差分放大器，结合用于将输出转换为单端输出的电路。
12.权利要求1所述的差分放大器，结合差分电流测量电路，包括向所述差分放大器的输入提供第一和第二信号的差分电流传感器。
13.权利要求12所述的差分放大器，结合所述差分电流测量电路包括变送器。
14.权利要求13所述的差分放大器，结合所述差分电流测量电路，包括差分耦合的Rogowski线圈。
15.权利要求1所述的差分放大器，结合包括包含分流器的电流传感器的电流测量电路，并且所述差分放大器响应于跨越所述分流器发展的电压差。
16.一种改善具有用于控制放大器的差分输出的目标共模输出电压的控制节点的差分放大器的共模抑制性能的方法，所述方法包括：
将控制信号前馈到目标共模电压控制节点以设定所述差分放大器的目标共模输出电压；和
根据在所述差分放大器的差分输入处表示共模信号的控制信号来产生所述差分放大器的输出节点的共模电压。
17.权利要求16所述的方法，其中共模信号的一部分用于形成所述目标共模输出电压。
18.权利要求16所述的方法，其中所有的共模信号用于形成所述目标共模输出电压。
19.权利要求16所述的方法，还包括向用于形成目标共模输出电压的信号增加固定电压，以进行电压域转换。
20.差分放大器，包括：
目标输出共模电压输入节点，被配置为经由前馈路径接收输入信号以设定所述差分放大器的目标共模输出电压；和
构件，用于产生差分放大器的共模电压作为接收的输入信号的函数，所述输入信号表示所述差分放大器的差分输入处的共模信号。
21.权利要求20所述的差分放大器，结合差分模数转换器。
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