CN109660245A - 输入缓冲器及其噪声消除方法 - Google Patents
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Abstract
一种输入缓冲器，其可包含噪声传感器、第一级随耦器及减法器。第一级随耦器的公共端可与噪声传感器连接，而第一偏压电流源可与第一级随耦器的输出端连接并产生第一噪声电流。减法器可与第一级随耦器及噪声传感器连接。噪声传感器可感测第一噪声电流，并可通过减法器产生噪声消除电流以消除第一噪声电流产生的噪声。
Description
技术领域
本发明有关于一种输入缓冲器，特别是一种能有效消除噪声的输入缓冲器。本发明还涉及此输入缓冲器的噪声消除方法。
背景技术
为了有效隔离待测物与量测仪器，量测仪器(如示波器等)通常在前端会设置具有高阻抗的输入缓冲器，而此输入缓冲器除了需要提供良好的隔离度外，也不能影响量测仪器的带宽。
此外，由于缓冲器位于量测仪器的前端，因此其噪声也是一个重要参数，若输入缓冲器的噪声较高，这些噪声均会直接反应于量测仪器的输出端，使量测仪器的信噪比(SNR)大幅降低。
一般而言，具有高隔离度的输入缓冲器是采用两级的射极随耦器串接架构。请参阅图1，其为习知技艺的输入缓冲器的示意图。如图所示，输入缓冲器1可包含第一级电路11及第二级电路12；第一级电路11包含第一级随耦器M1及第一偏压电流源A1；第二级电路12包含第二级随耦器M2及第一偏压电流源A2。
其中，第一偏压电流源A1及第一偏压电流源A2会分别产生第一噪声电流In1及第二噪声电流In2；因此，输入缓冲器1的输出端Vout的噪声Vnt可由下式(1)表示：
Vnt 2＝(In1 2+InM1 2)z1 2+(In2 2+InM2 2)z2 2............................(1)
其中，Vnt表示输入缓冲器1的输出端Vout的噪声；In1表示第一偏压电流源A1的第一噪声电流；In2表示第二偏压电流源A2的第二噪声电流；InM1表示第一级随耦器M1本身的噪声电流；InM2表示第二级随耦器M2本身的噪声电流；z1表示第一级随耦器M1的输出阻抗；z2表示第二级随耦器M2的输出阻抗。
由上述可知，输入缓冲器1的噪声主要来自第一级随耦器M1本身的噪声InM1、第二级随耦器M2本身的的噪声InM2，第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1及第二偏压电流源A2的第二噪声电流In1；由于上的噪声无法被有效地消除，因此会直接反应到量测仪器的输出端；另外，相较于单级的射极随耦器架构，采用两级的射极随耦器串接架构的输入缓冲器1的输出噪声会成倍增加。
而为了能够有效地降低噪声，部分习知技艺的输入缓冲器采用低噪声的电阻偏压电路或射极退化偏压电路；然而，上述的电路架构需要较高的操作电压，不适用于低压的集成电路制程，且会因须采用离散组件而严重影响到量测仪器的带宽。
因此，如何提出一种输入缓冲器，能够有效改善习知技艺的输入缓冲器的各种缺点已成为一个刻不容缓的问题。
发明内容
有鉴于上述习知技艺所遇的状况，本发明的其中一目的就是在提供一种输入缓冲器及其噪声消除方法，以解决习知技艺的输入缓冲器的各种问题。
根据本发明的其中一目的，提出一种输入缓冲器，其可包含噪声传感器、第一级随耦器及减法器。第一级随耦器的公共端可与噪声传感器连接，而第一偏压电流源可与第一级随耦器的输出端连接并产生第一噪声电流。减法器可与第一级随耦器及噪声传感器连接。噪声传感器可感测第一噪声电流以消除第一噪声电流产生的噪声。
根据本发明的其中一目的，再提出一种噪声消除方法，其可用于输入缓冲器，并可包含下列步骤：以噪声传感器感测第一级随耦器的输出端的第一偏压电流源产生的第一噪声电流；由减法器转换第一噪声电流为噪声消除电流；以及通过噪声消除电流馈至减法器的输出端以产生噪声消除电压消除第一噪声电流产生的噪声。
承上所述，依本发明的输入缓冲器及其噪声消除方法，其可具有一或多个下述优点：
(1)本发明的一实施例中，输入缓冲器可通过噪声传感器感测第一级电路的偏压电流源产生的噪声，并可通过减法器消除上述噪声，因此可有效地降低输入缓冲器输出的噪声，使量测仪器的信噪比提升。
(2)本发明的一实施例中，输入缓冲器可通过噪声传感器感测第二级电路的偏压电流源产生的噪声，并可通过减法器抑制上述噪声，因此可有效地降低输入缓冲器输出的噪声，使量测仪器的信噪比进一步提升。
(3)本发明的一实施例中，输入缓冲器的减法器不但可以有效地消除噪声，更可与输入缓冲器的第二级电路整合以直接作为输入缓冲器的第二级电路，使输入缓冲器的成本能够有效地降低。
(4)本发明的一实施例中，输入缓冲器不需要较高的操作电压即可驱动，故可适用于低压的集成电路制程，使输入缓冲器的成本能够进一步降低。
(5)本发明的一实施例中，输入缓冲器不需要较高的操作电压即可驱动，因此不会因须采用离散组件而降低量测仪器的带宽，故可以使量测仪器达到较佳的效能。
(6)本发明的一实施例中，输入缓冲器可采用两级电路串接的隔离式架构，因此可以提供良好的隔离度，故可以使量测仪器的效能能够进一步提升。
附图说明
图1为习知技艺的输入缓冲器的示意图。
图2为本发明的输入缓冲器的第一实施例的电路图。
图3为本发明的第一实施例的流程图。
图4为本发明的输入缓冲器的第二实施例的电路图。
图5A为本发明的输入缓冲器的第三实施例的电路图。
图5B为本发明的输入缓冲器的第三实施例的第一示意图。
图5C为本发明的输入缓冲器的第三实施例的第二示意图。
图6为本发明的输入缓冲器的第四实施例的电路图。
图7A为本发明的输入缓冲器的第五实施例的电路图。
图7B为本发明的输入缓冲器的第五实施例的第一示意图。
图7C为本发明的输入缓冲器的第五实施例的第二示意图。
图8为本发明的输入缓冲器的第六实施例的电路图。
图9为本发明的输入缓冲器的第七实施例的电路图。
图10为本发明的输入缓冲器的第八实施例的电路图。
图11为本发明的输入缓冲器的第九实施例的电路图。
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明的输入缓冲器及其噪声消除方法的实施例，出于清楚与方便图式说明的目的，图式中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现。在以下描述及/或权利要求中，当提及组件“连接”或“耦合”至另一组件时，其可直接连接或耦合至该另一组件或可存在介入组件；而当提及组件“直接连接”或“直接耦合”至另一组件时，不存在介入组件，用于描述组件或层之间的关系的其他字词应以相同方式解释。为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
请参阅图2，其为本发明的输入缓冲器的第一实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
第一级电路21可包含第一级随耦器M1及第一偏压电流源A1；第一级随耦器M1的集极(公共端)可与噪声传感器连接23，而第一偏压电流源A1可与第一级随耦器M1的射极(输出端)连接并可产生第一噪声电流In1，第一噪声电流In1则会在第一级随耦器M1的射极产生一第一噪声电压；在本实施例中，第一级随耦器M1可为射极随耦器；而在另一实施例中，第一级随耦器M1也可为源极随耦器。
第二级电路22可包含减法器S；减法器S的二输入端可分别与第一级随耦器M1及噪声传感器23连接。
噪声传感器可感测第一噪声电流In1以产生第一电压。减法器S则可以转换第一电压为噪声消除电流，并可以将噪声消除电流馈至减法器S的输出端；如此，噪声消除电流可以在减法器S的输出端产生噪声消除电压藉此以消除第一噪声电压。
由上述可知，输入缓冲器2可通过噪声传感器23感测第一级电路21的第一偏压电流源A1产生的第一噪声电流In1，并可通过减法器S消除第一噪声电流In1，因此可有效地降低输入缓冲器2输出的噪声，使量测仪器的信噪比提升。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
请参阅图3，其为本发明的输入缓冲器的第一实施例的流程图。如图所示，本实施例的输入缓冲器2的噪声消除方法可以包含下列各步骤：
在步骤S31中，以噪声传感器感测第一级随耦器的输出端的第一偏压电流源产生第一噪声电流。
在步骤S32中，由减法器转换第一噪声电流为噪声消除电流。
在步骤S33中，通过噪声消除电流消除第一噪声电流产生的噪声。
请参阅图4，其为本发明的输入缓冲器的第二实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
噪声传感器23可包含第一阻抗Z1；第一阻抗Z1的一端可作为噪声传感器23的感测端，第一阻抗Z1的另一端可作为噪声传感器的输入端，并可与操作电压源Vcc连接；在较佳的实施例中，第一阻抗Z1可为电阻、电感及电容的一或任二者以上的结合。
第一级电路21可包含第一级随耦器M1及第一偏压电流源A1；第一级随耦器M1可为射极随耦器；第一级随耦器M1的基极(输入端)可与输入电压源Vin连接，第一级随耦器M1的集极(公共端)可与噪声传感器23的感测端连接，第一级随耦器M1的射极(输出端)可与第一偏压电流源A1连接。
第二级电路22可为减法器，其可包含第二级随耦器M2、第二偏压电流源A2及转导器G；第二级随耦器M2可为射极随耦器；第二级随耦器M2的基极(输入端)可与第一级随耦器M1的输出端及第一偏压电流源A1连接，第二级随耦器M2的射极(输出端)可与第二偏压电流源A2连接；转导器G的输入端可与噪声传感器23的感测端及第一级随耦器M1的集极连接，转导器G的输出端可与第二级随耦器M2的射极及第二偏压电流源A2连接。
第一偏压电流源A1可产生第一噪声电流In1，第一噪声电流In1则会在第一级随耦器M1的射极产生第一噪声电压，噪声传感器23可感测第一噪声电流In1并在噪声传感器23的感测端产生第一电压。
转导器G可转换第一电压为噪声消除电流，并可将噪声消除电流馈至第二级随耦器M2的射极，并可在第二级随耦器M2的射极产生噪声消除电压。
因此，通过选择适当的第一阻抗Z1及转导器G即可使噪声消除电压可以完全消除第一噪声电压。
请参阅图5A，其为本发明的输入缓冲器的第三实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
噪声传感器23可包含第一阻抗Z1及第二阻抗Z2；第一阻抗Z1可与第二阻抗Z2串联；第一阻抗Z1的一端可作为噪声传感器23的第一感测端，第一阻抗Z1的另一端可与第二阻抗Z2的一端连接并作为噪声传感器23的第二感测端，第二阻抗Z2的另一端可作为噪声传感器的输入端，并可与操作电压源Vcc连接；在较佳的实施例中，第一阻抗Z1可与第二阻抗Z2可为电阻、电感及电容的一或任二者以上的结合。
第一级电路21可包含第一级随耦器M1及第一偏压电流源A1；第一级随耦器M1可为射极随耦器；第一级随耦器M1的基极(输入端)可与输入电压源Vin连接，第一级随耦器M1的集极(公共端)可与噪声传感器23的第一感测端连接，第一级随耦器M1的射极(输出端)可与第一偏压电流源A1连接。
第二级电路22可为减法器，其可包含第二级随耦器M2、第二偏压电流源A2及转导器G；第二级随耦器M2可为射极随耦器；第二级随耦器M2的集极(公共端)可与噪声传感器23的第二感测端连接，第二级随耦器M2的基极(输入端)可与第一级随耦器M1的输出端及第一偏压电流源A1连接，第二级随耦器M2的射极(输出端)可与第二偏压电流源A2连接；转导器G的输入端可与噪声传感器23的第一感测端及第一级随耦器M1的集极连接，转导器G的输出端可与第二级随耦器M2的射极及第二偏压电流源A2连接。
请参阅图5B，其为本发明的输入缓冲器的第三实施例的第一示意图。如图所示，第一偏压电流源A1可产生第一噪声电流In1，并可在第一噪声电流In1则会在第一级随耦器M1的射极产生第一噪声电压V1，噪声传感器23可感测第一噪声电流In1并在噪声传感器23的第一感测端产生第一电压Vy1，第一噪声电压V1及第一电压Vy1可由下式(2)及式(3)表示：
V1＝In1z1.........................................................(2)
Vy1＝Vx+In1Z1......................................................(3)
其中，V1表示第一噪声电压；In1表示第一噪声电流；Vy1表示噪声传感器23的第一感测端的电压(即第一电压)；Vx表示噪声传感器23的第二感测端的电压；z1表示第一级随耦器M1的输入阻抗；Z1表示第一阻抗Z1的阻抗。
噪声传感器23的第二感测端的电压Vx可由下式(4)所示：
Vx＝IxZ2......................................................(4)
其中，Ix表示流经第二阻抗Z2的电流；Z2表示第二阻抗Z2的阻抗。
转导器G可转换第一电压Vy1为噪声消除电流Iy1，并可将噪声消除电流Iy1负回授至第二级随耦器M2的射极，并可在第二级随耦器M2的射极产生噪声消除电压Vc。
噪声消除电流Iy1及噪声消除电压Vc可由下式(5)及式(6)表示：
Iy1＝-gmVy1.....................................................(5)
Vc＝Iy1z2.......................................................(6)
其中，Iy1表示噪声消除电流；-gm表示转导器G的转导值；Vc表示噪声消除电压；z2表示第二级随耦器M2的输入阻抗。
根据式(5)，流经第二阻抗Z2的电流Ix可由下式(7)表示：
Ix＝In1-gmVy1...................................................(7)
根据式(3)、式(4)及式(7)，第一电压Vy1可进一步由下式(8)表示：
Vy1＝(In1-gmVy1)Z2+In1Z1＝In1(Z1+Z2)-gmZ2Vy1＝In1(Z1+Z2)/(1+gmZ2).......(8)
根据式(5)及式(8)，噪声消除电流Iy1可进一步由下式(9)表示：
Iy1＝-gmIn1(Z1+Z2)/(1+gmZ2)......................................(9)
根据式(6)及式(9)，噪声消除电压Vc可进一步由下式(10)表示：
Vc＝-gmIn1(Z1+Z2)z2/(1+gmZ2)...................................(10)
由上述可知，若仅考虑第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1，输入缓冲器2的输出端的噪声电压Vn可由下式(11)表示：
Vn＝V1+Vc＝[z1-gm(Z1+Z2)z2/(1+gmZ2)]In1.............................(11)
因此，通过选择适当的第一阻抗Z1、第二阻抗Z2及转导器G，可使噪声电压Vn等于0，故可使噪声消除电压Vc可以完全消除第一噪声电压V1。
请参阅图5C，其为本发明的输入缓冲器的第三实施例的第二示意图。如图所示，第二偏压电流源A2可产生第二噪声电流In2，并可在第二级随耦器M2的射极产生第二噪声电压V2，噪声传感器23可感测第二噪声电流In2并在噪声传感器23的第一感测端产生第二电压Vy2，第二噪声电压V2及第二电压Vy2可由下式(12)及式(13)表示：
V2＝In2z2....................................................(12)
Vy2＝Vx＝IxZ2................................................(13)
其中，V2表示第二噪声电压；In2表示第二噪声电流；Vy2表示噪声传感器23的第一感测端的电压(即第二电压)；Vx表示噪声传感器23的第二感测端的电压；z2表示第二级随耦器M2的输入阻抗；Z2表示第二阻抗Z2的阻抗。
噪声抑制电流Iy2及噪声抑制电压Vr可由下式(14)及式(15)表示：
Iy2＝-gmVy2....................................................(14)
Vr＝Iy2z2................................................(15)
根据式(14)，流经第二级随耦器M2及第二阻抗Z2的电流Ix可由下式(16)表示：
Ix＝In2-gmVy2...................................................(16)
根据式(13)及式(14)，第二电压Vy2可进一步由下式(17)表示：
Vy2＝Vx＝(In2-gmVy2)Z2＝In2Z2-gmZ2Vy2＝In2Z2/(1+gmZ2)................(17)
根据式(14)及式(17)，噪声抑制电流Iy2可进一步由下式(18)表示：
Iy2＝-gmIn2Z2/(1+gmZ2)..........................................(18)
根据式(15)及式(18)，噪声抑制电压Vr可进一步由下式(19)表示：
Vr＝-z2gmIn2Z2/(1+gmZ2)............................................(19)
根据式(12)及式(19)，若仅考虑第二偏压电流源A2的第二噪声电流In2，输入缓冲器2的输出端的噪声电压Vn可由下式(20)表示：
Vn＝V2+Vr＝In2z2/(1+gmZ2).....................................(20)
因此，通过选择适当的第二阻抗Z2及转导器G，可使噪声抑制电压Vr可以有效抑制第二噪声电压V2。
输入缓冲器2的输出端Vout的噪声可由下式(21)表示：
Vnt 2＝[z1-gm(Z1+Z2)z2/(1+gmZ2)]2In1 2+(1/1+gmZ2)2z2 2In2 2+InM1 2z1 2+InM2 2z2 2...(21)
其中，Vnt表示输入缓冲器2的输出端Vout的噪声；InM1表示第一级随耦器M1本身的噪声电流；InM2表示第二级随耦器M2本身的噪声电流。
由式(21)可明显看出，由第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1产生的噪声可被有效地消除，而由第二偏压电流源A2的第二噪声电流In2产生的噪声也可被有效地抑制。
由上述可知，输入缓冲器2可通过二个回授路径及一个前授路径确实有效地降低输入缓冲器输出的噪声，故可以使量测仪器的信噪比大幅地提升。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
请参阅图6，其为本发明的输入缓冲器的第四实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
与前述实施例不同的是，噪声传感器23可仅包含第一阻抗Z1；上述的电路结构仍可有效地消除第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1产生的第一噪声电压；然而，第二偏压电流源A2的第二噪声电流In2产生的第二噪声电压则无法得到有效的抑制。
输入缓冲器2其它组件及其功能与第三实施例相似，故不在此多加赘述。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
请参阅图7A，其为本发明的输入缓冲器的第五实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
噪声传感器23可包含第一阻抗Z1及第二阻抗Z2；第一阻抗Z1可与第二阻抗Z2串联；第一阻抗Z1的一端可作为噪声传感器23的第一感测端，第一阻抗Z1的另一端可与第二阻抗Z2的一端连接并作为噪声传感器23的第二感测端，第二阻抗Z2的另一端可作为噪声传感器的输入端，并可与操作电压源Vcc连接。
第一级电路21可以包含第一级随耦器M1及第一偏压电流源A1；第一级随耦器M1可为射极随耦器；第一级随耦器M1的集极(公共端)可与噪声传感器23的第二感测端连接，第一级随耦器M1的射极(输出端)可与第一偏压电流源A1连接。
第二级电路22可为减法器，其可以包含第二级随耦器M2、第二偏压电流源A2及转导器G；第二级随耦器M2可为射极随耦器；第二级随耦器M2的集极(公共端)可与噪声传感器23的第二感测端连接，第二级随耦器的射极(输出端)可与第一级随耦器M1的基极(输入端)以及第二偏压电流源A2连接，第二级随耦器M2的输入端可与输入电压源Vin连接；转导器G的输入端可以与第一级随耦器M1的集极与噪声传感器23的第一感测端连接，转导器G的输出端与第二级随耦器M2的射极及第二偏压电流源A2连接。
请参阅图7B，其为本发明的输入缓冲器的第五实施例的第一示意图。如图所示，第一偏压电流源A1可产生第一噪声电流In1，并可在第一噪声电流In1则会在第一级随耦器M1的射极产生第一噪声电压V1，噪声传感器23可感测第一噪声电流In1并在噪声传感器23的第一感测端产生第一电压Vy1，第一噪声电压V1及第一电压Vy1可由下式(22)及式(23)表示：
V1＝In1z1..................................................(22)
Vy1＝Vx+In1Z1....................................................(23)
其中，V1表示第一噪声电压；In1表示第一噪声电流；Vy1表示噪声传感器23的第一感测端的电压(即第一电压)；Vx表示噪声传感器23的第二感测端的电压；z1表示第一级随耦器M1的输入阻抗；Z1表示第一阻抗Z1的阻抗。
噪声传感器23的第二感测端的电压Vx可由下式(24)所示：
Vx＝IxZ2....................................................(24)
其中，Ix表示流经第二阻抗Z2的电流；Z2表示第二阻抗Z2的阻抗。
转导器G可转换第一电压Vy1为噪声消除电流Iy1，并可将噪声消除电流Iy1负回授至第二级随耦器M2的射极，并可在第二级随耦器M2的射极产生噪声消除电压Vc。
噪声消除电流Iy1及噪声消除电压Vc可由下式(25)及式(26)表示：
Iy1＝-gmVy1................................................(25)
Vc＝Iy1z1...........................................(26)
其中，Iy1表示噪声消除电流；-gm表示转导器G的转导值；Vc表示噪声消除电压；z1表示第一级随耦器M1的输入阻抗。
根据式(25)，流经第二阻抗Z2的电流Ix可由下式(27)表示：
Ix＝In1-gmVy1...............................................(27)
根据式(23)、式(24)及式(27)，第一电压Vy1可进一步由下式(28)表示：
Vy1＝(In1-gmVy1)Z2+In1Z1＝In1(Z1+Z2)-gmZ2Vy1＝In1(Z1+Z2)/(1+gmZ2).....(28)
根据式(25)及式(28)，噪声消除电流Iy1可进一步由下式(29)表示：
Iy1＝-gmIn1(Z1+Z2)/(1+gmZ2)....................................(29)
根据式(26)及式(29)，噪声消除电压Vc可进一步由下式(30)表示：
Vc＝-gmIn1(Z1+Z2)z2/(1+gmZ2).....................................(30)
由上述可知，若仅考虑第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1，输入缓冲器2的输出端的噪声电压Vn可由下式(31)表示：
Vn＝V1+Vc＝[z1-gm(Z1+Z2)z2/(1+gmZ2)]In1...........................(31)
因此，通过选择适当的第一阻抗Z1、第二阻抗Z2及转导器G，可使噪声电压Vn等于0，故可使噪声消除电压Vc可以完全消除第一噪声电压V1。
请参阅图7C，其为本发明的输入缓冲器的第五实施例的第二示意图。如图所示，第二偏压电流源A2可产生第二噪声电流In2，并可在第二级随耦器M2的射极产生第二噪声电压V2，噪声传感器23可感测第二噪声电流In2并在噪声传感器23的第一感测端产生第二电压Vy2，第二噪声电压V2及第二电压Vy2可由下式(32)及式(33)表示：
V2＝In2z2..................................................(32)
Vy2＝Vx＝IxZ2..................................................(33)
其中，V2表示第二噪声电压；In2表示第二噪声电流；Vy2表示噪声传感器23的第一感测端的电压(即第二电压)；Vx表示噪声传感器23的第二感测端的电压；z2表示第二级随耦器M2的输入阻抗；Z2表示第二阻抗Z2的阻抗。
噪声抑制电流Iy2及噪声抑制电压Vr可由下式(34)及式(35)表示：
Iy2＝-gmVy2................................................(34)
Vr＝Iy2z2.................................................(35)
根据式(34)，流经第二级随耦器M2及第二阻抗Z2的电流Ix可由下式(36)表示：
Ix＝In2-gmVy2.................................................(36)
根据式(33)及式(34)，第二电压Vy2可进一步由下式(37)表示：
Vy2＝Vx＝(In2-gmVy2)Z2＝In2Z2-gmZ2Vy2＝In2Z2/(1+gmZ2)................(37)
根据式(34)及式(37)，噪声抑制电流Iy2可进一步由下式(38)表示：
Iy2＝-gmIn2Z2/(1+gmZ2).............................................(38)
根据式(35)及式(38)，噪声抑制电压Vr可进一步由下式(39)表示：
Vr＝-z2gmIn2Z2/(1+gmZ2)............................................(39)
根据式(32)及式(39)，若仅考虑第二偏压电流源A2的第二噪声电流In2，输入缓冲器2的输出端的噪声电压Vn可由下式(40)表示：
Vn＝V2+Vr＝In2z2/(1+gmZ2).....................................(40)
因此，通过选择适当的第二阻抗Z2及转导器G，可使噪声抑制电压Vr可以有效抑制第二噪声电压V2。
输入缓冲器2的输出端Vout的噪声可由下式(41)表示：
Vnt 2＝[z1-gm(Z1+Z2)z2/(1+gmZ2)]2In1 2+(1/1+gmZ2)2z2 2In2 2+InM1 2z1 2+InM2 2z2 2 ...(4l)
其中，Vnt表示输入缓冲器2的输出端Vout的噪声；InM1表示第一级随耦器M1本身的噪声电流；InM2表示第二级随耦器M2本身的噪声电流。
由式(41)可明显看出，由第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1产生的噪声可被有效地消除，而由第二偏压电流源A2的第二噪声电流In2产生的噪声也可被有效地抑制。
由上述可知，输入缓冲器2可通过二个回授路径及一个前授路径确实有效地降低输入缓冲器输出的噪声，故可以使量测仪器的信噪比大幅地提升。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
值得一提的是，由于习知技艺的输入缓冲器无法有效地消除噪声，因此噪声会直接反应到量测仪器的输出端，使量测仪器的信噪比大幅降低。相反的，根据本发明的实施例，输入缓冲器可通过噪声传感器感测第一级电路的偏压电流源产生的噪声，并可通过减法器消除上述噪声；此外，输入缓冲器还可通过噪声传感器感测第二级电路的偏压电流源产生的噪声，并可通过减法器抑制上述噪声；因此输入缓冲器可有效地降低输入缓冲器输出的噪声，使量测仪器的信噪比提升。
此外，部分习知技艺的输入缓冲器采用低噪声的电阻偏压电路或射极退化偏压电路；然而，上述的电路架构需要较高的操作电压，不适用于低压的集成电路制程，且会因须采用离散组件而严重影响到量测仪器的带宽。相反的，根据本发明的实施例，输入缓冲器不需要采用电阻偏压电路或射极退化偏压电路，因此不需要较高的操作电压即可驱动，故可适用于低压的集成电路制程，且不会因须采用离散组件而降低量测仪器的带宽，故可以使量测仪器有效地降低成本，并可达到较佳的效能。
另外，根据本发明的实施例，输入缓冲器的减法器不但可以有效地消除噪声，更可与输入缓冲器的第二级电路整合以直接作为输入缓冲器的第二级电路，使输入缓冲器的成本能够进一步降低。
再者，本发明的一实施例中，输入缓冲器可采用两级电路串接的隔离式架构，因此可以提供良好的隔离度，故可以使量测仪器的效能进一步提升。
请参阅图8，其为本发明的输入缓冲器的第六实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
与前述实施例不同的是，噪声传感器23可仅包含第一阻抗Z1；上述的电路结构仍可有效地消除第一偏压电流源A1的第一噪声电流In1产生的第一噪声电压；然而，第二偏压电流源A2的第二噪声电流In2产生的第二噪声电压则无法得到有效的抑制。
输入缓冲器2其它组件及其功能与第五实施例相似，故不在此多加赘述。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
请参阅图9，其为本发明的输入缓冲器的第七实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
第二级电路22可包含第二级随耦器M2、交流耦合器(AC coupling)AC及晶体管M3；第二级随耦器M2可为射极随耦器；其中，通过交流耦合器AC与晶体管M3的组合可使晶体管M3不但可作为第二偏压电流源，且同时可作为转导器以提供转导值(-gm)。
输入缓冲器2其它组件及其功能与第二实施例相似，故不在此多加赘述。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
请参阅图10，其为本发明的输入缓冲器的第八实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
第二级电路22可包含第二级随耦器M2、交流耦合器(AC coupling)AC及晶体管M3；第二级随耦器M2可为射极随耦器；其中，通过交流耦合器AC与晶体管M3的组合可使晶体管M3不但可作为第二偏压电流源，且同时可作为转导器以提供转导值(-gm)。
输入缓冲器2其它组件及其功能与第三实施例相似，故不在此多加赘述。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
请参阅图11，其为本发明的输入缓冲器的第九实施例的电路图。如图所示，输入缓冲器2可包含噪声传感器23、第一级电路21及第二级电路22。
第二级电路22可包含第二级随耦器M2、转导器G、晶体管M3及第三阻抗Z3；第二级随耦器M2可为射极随耦器；其中，第三阻抗Z3可作为第二偏压电流源，而且晶体管M3则可作为隔离器以提升第二偏压电流源的隔离度。
当然，本实施例仅为举例说明，输入缓冲器2的结构及其各组件功能均可实际需求改变，本发明并不以此为限。
综上所述，根据本发明的实施例，输入缓冲器可通过噪声传感器感测第一级电路的偏压电流源产生的噪声，并可通过减法器消除上述噪声，因此可有效地降低输入缓冲器输出的噪声，使量测仪器的信噪比可以有效地提升。
根据本发明的实施例，输入缓冲器可通过噪声传感器感测第二级电路的偏压电流源产生的噪声，并可通过减法器抑制上述噪声，因此可有效地降低输入缓冲器输出的噪声，使量测仪器的信噪比进一步提升。
又，根据本发明的实施例，输入缓冲器的减法器不但可以有效地消除噪声，更可与输入缓冲器的第二级电路整合以直接作为输入缓冲器的第二级电路，使输入缓冲器的成本能够有效地降低。
此外，根据本发明的实施例，输入缓冲器不需要较高的操作电压即可驱动，故可适用于低压的集成电路制程，使输入缓冲器的成本能够进一步降低。
另外，根据本发明的实施例，输入缓冲器不需要较高的操作电压即可驱动，因此不会因须采用离散组件而降低量测仪器的带宽，故可以使量测仪器达到较佳的效能。
再者，本发明的一实施例中，输入缓冲器可采用两级电路串接的隔离式架构，因此可以提供良好的隔离度，故可以使量测仪器的效能进一步提升。
可见本发明在突破先前的技术下，确实已达到所欲增进的功效，且也非熟悉该项技艺者所易于思及，其所具的进步性、实用性，显已符合专利的申请要件，爰依法提出专利申请，恳请贵局核准本件发明专利申请案，以励创作，至感德便。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。其它任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应该包含于后附的权利要求中。
Claims (29)
1.一种输入缓冲器，包含：
一噪声传感器；
一第一级随耦器，其公共端与该噪声传感器连接，一第一偏压电流源与其输出端连接并产生一第一噪声电流；以及
一减法器，与该第一级随耦器及该噪声传感器连接；
其中，该噪声传感器感测该第一噪声电流，并通过该减法器产生的一噪声消除电流以消除该第一噪声电流产生的噪声。
2.如权利要求1所述的输入缓冲器，其中该噪声传感器感测该第一噪声电流以产生一第一电压，该减法器转换该第一电压为一噪声消除电流。
3.如权利要求2所述的输入缓冲器，其中该第一噪声电流在该第一级随耦器的输出端产生一第一噪声电压，该噪声消除电流在该减法器的输出端产生一噪声消除电压以消除该第一噪声电压。
4.如权利要求1所述的输入缓冲器，其中该减法器的输出端与一第二偏压电流源连接，该第二偏压电流源产生一第二噪声电流。
5.如权利要求4所述的输入缓冲器，其中该噪声传感器感测该第二噪声电流，并通过该减法器产生的一噪声抑制电流，以抑制该第二噪声电流产生的噪声。
6.如权利要求5所述的输入缓冲器，其中该噪声传感器感测该第二噪声电流以产生一第二电压，该减法器转换该第二电压为一噪声抑制电流。
7.如权利要求6所述的输入缓冲器，其中该第二噪声电流在该减法器的输出端产生一第二噪声电压，该噪声抑制电流在该减法器的输出端产生一噪声抑制电压以抑制该第二噪声电压。
8.如权利要求5所述的输入缓冲器，其中该噪声传感器的输入端与一操作电压源连接。
9.如权利要求8所述的输入缓冲器，其中该噪声传感器包含一第一阻抗及与该第一阻抗串联的一第二阻抗。
10.如权利要求9所述的输入缓冲器，其中该第一阻抗的一端作为该噪声传感器的第一感测端，该第一阻抗的另一端与该第二阻抗的一端连接并作为该噪声传感器的第二感测端，该第二阻抗的另一端作为该噪声传感器的输入端。
11.如权利要求10所述的输入缓冲器，其中该第一级随耦器的输入端与一输入电压源连接，该第一级随耦器的公共端与该噪声传感器的第一感测端连接。
12.如权利要求11所述的输入缓冲器，其中该减法器包含一第二级随耦器及一转导器。
13.如权利要求12所述的输入缓冲器，其中该第二级随耦器的公共端与该噪声传感器的第二感测端连接，该第二级随耦器的输出端与该第二偏压电流源连接，该第二级随耦器的输入端与该第一级随耦器的输出端及该第一偏压电流源连接。
14.如权利要求13所述的输入缓冲器，其中该转导器的输入端与该噪声传感器的第一感测端及该第一级随耦器的公共端连接，该转导器的输出端与该第二级随耦器的输出端及该第二偏压电流源连接。
15.如权利要求14所述的输入缓冲器，其中该第一级随耦器及该第二级随耦器为射极随耦器或源极随耦器。
16.如权利要求10所述的输入缓冲器，其中该第一级随耦器的公共端与该噪声传感器的第一感测端连接。
17.如权利要求16所述的输入缓冲器，其中该减法器包含一第二级随耦器及一转导器。
18.如权利要求17所述的输入缓冲器，其该第二级随耦器的公共端与该噪声传感器的第二感测端连接，该第二级随耦器的输出端与该第一级随耦器的输入端及该第二偏压电流源连接，该第二级随耦器的输入端与一输入电压源连接。
19.如权利要求18所述的输入缓冲器，该转导器的输入端与该第一级随耦器的公共端与该噪声传感器的第一感测端连接，该转导器的输出端与该第二级随耦器的输出端及该第二偏压电流源连接。
20.如权利要求19所述的输入缓冲器，其中该第一级随耦器及该第二级随耦器为射极随耦器或源极随耦器。
21.一种噪声消除方法，用于一输入缓冲器，包含下列步骤：
以一噪声传感器感测一第一级随耦器的输出端的一第一偏压电流源产生的一第一噪声电流；
以一减法器转换该第一噪声电流为一噪声消除电流；以及
通过该噪声消除电流消除该第一噪声电流产生的噪声。
22.如权利要求21所述的噪声消除方法，其中以该噪声传感器感测该第一级随耦器的输出端的该第一偏压电流源产生该第一噪声电流及该减法器转换该第一噪声电流为该噪声消除电流的步骤，更分别包含下列步骤：
由该噪声传感器感测该第一噪声电流以产生一第一电压；以及
通过该减法器转换该第一电压为一噪声消除电流。
23.如权利要求22所述的噪声消除方法，其中通过该减法器转换该第一电压为该噪声消除电流的步骤，还包含下列步骤：
由该噪声消除电流在该减法器的输出端产生一噪声消除电压以消除该第一噪声电流在该第一级随耦器的输出端产生的一第一噪声电压。
24.如权利要求21所述的噪声消除方法，还包含下列步骤：
以该噪声传感器感测该减法器的输出端的一第二偏压电流源产生的一第二噪声电流；
该减法器转换该第二噪声电流为一噪声抑制电流；以及
通过该噪声抑制电流抑制该第二噪声电流产生的噪声。
25.如权利要求24所述的噪声消除方法，其中以该噪声传感器感测该减法器的输出端的该第二偏压电流源产生该第二噪声电流及该减法器转换该第二噪声电流为该噪声抑制电流的步骤，更分别包含下列步骤：
由该噪声传感器感测该第二噪声电流以产生一第二电压；以及
通过该减法器转换该第二电压为一噪声抑制电流。
26.如权利要求25所述的噪声消除方法，其中通过该减法器转换该第二电压为该噪声抑制电流的步骤，还包含下列步骤：
由该噪声抑制电流在该减法器的输出端产生一噪声抑制电压以抑制该第二噪声电流在该减法器的输出端产生一第二噪声电压。
27.如权利要求21所述的噪声消除方法，其中该噪声传感器包含一第一阻抗及与该第一阻抗串联的一第二阻抗。
28.如权利要求21所述的噪声消除方法，其中该减法器包含一第二级随耦器及一转导器。
29.如权利要求21所述的噪声消除方法，其中第一级随耦器及该第二级随耦器为射极随耦器或源极随耦器。
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