CN110710105B - 放大器装置和具有这种放大器装置的传感器装置 - Google Patents

Abstract

一种放大器装置包括用于连接传感器的传感器输入(SI)、第一放大器(OP1)和第二放大器(OP2)。第一放大器(OP1)具有第一放大器输出和第一和第二输入，其中第一输入连接到第一参考电势端子(VCM1)，并且其中第二输入以直接方式连接到传感器输入(SI)并且经由具有开关积分电容器(CINT)的第一反馈路径连接到第一放大器输出，该开关积分电容器在第一开关阶段期间由反馈路径充电并在第二开关阶段期间放电。第二放大器(OP2)具有第二放大器输出和第一和第二输入，其中第一输入连接到第二参考电势端子(VCM2)。开关电容器反馈具有第一和第二反馈电容器(CDC1、CDC2)。第一反馈电容器(CDC1)连接在第一放大器输出与第二参考电势端子(VCM2)之间的第一反馈开关对之间，以及连接在第二参考电势端子(VCM2)与第二放大器(OP2)的第二输入之间的第二反馈开关对之间。第二反馈电容器(CDC2)连接在第二放大器输出与第二放大器(OP2)的第二输入之间。阻抗元件(RDC)耦合在第二放大器输出与传感器输入(SI)之间。

Description

放大器装置和具有这种放大器装置的传感器装置

背景技术

本发明涉及传感器装置，特别用于在光电应用中提供传感器前端，并且进一步涉及具有这种放大器装置和光学传感器的传感器装置。

放大器装置广泛用作传感器的前端。例如，在以光电二极管为接收器元件的光电应用中，处理输入信号以便消除由日光或其他光源(如灯泡、节能灯等)引起不期望的叠加信号分量。这允许检测目标信号。这种类型的典型应用是光电接近开关，红外遥控器等。

例如，传统的传感器前端被分成两个放大器级。第一级可以实现为经典的跨阻放大器TIA，与有源、连续时间DC反馈环路相结合。第二阶段可以实现为积分器。

发明内容

本公开提供一种用于处理传感器信号的改进的放大器概念。

改进的放大器概念基于以下思想：在放大器装置的前向路径中，使用积分放大器来处理传感器输入端的传感器信号，并且在反馈路径中实现开关电容器反馈。为此，反馈路径中的放大器不直接连接到前向路径中的放大器的输出，而是以可切换的方式通过反馈电容器连接。反馈路径中放大器的输出电流经由阻抗元件提供给传感器输入。通过这种方式，实现了用于调节传感器输入端的直流电流的有源开关电容器直流反馈。

通过阻抗元件调节直流电流允许补偿两个方向的直流电流，即正电流和负电流。这使得放大器装置适合于所连接的传感器提供正电流或负电流的两种配置。例如，如果将光电二极管用作传感器，则光电二极管的阴极或阳极可以连接到放大器装置的输入端。此外，由于在反馈放大器中使用了参考，因此在直流电流调节中使用阻抗元件不需要对信号参考进行任何转换。这节省了芯片面积和功耗。此外，更少的部件对整体噪声有贡献。

例如，阻抗元件可以实现为电阻元件，特别是电阻器，或者实现为在其三极管区域中操作的场效应晶体管。

根据改进的放大器概念的放大器装置包括用于连接传感器的传感器输入、第一放大器和第二放大器。第一放大器包括第一和第二输入以及第一放大器输出。第一放大器的第一输入连接到第一参考电势端子，以及第一放大器的第二输入以直接方式连接到传感器输入，并且经由具有开关积分电容器的第一反馈路径连接到第一放大器输出，该开关积分电容器在第一开关阶段期间由反馈路径充电而在第二开关阶段期间放电。

第二放大器包括第二放大器输出和第一和第二输入，其中第一输入连接到第二参考电势端子。放大器装置还包括具有第一和第二反馈电容器的开关电容器反馈。第一反馈电容器连接在第一放大器输出与第二参考电势端子之间的第一反馈开关对之间，并且连接在第二参考电势端子和第二放大器输入之间的第二反馈开关对之间。第二反馈电容器连接在第二放大器输出与第二放大器的第二输入之间。阻抗元件耦合在第二放大器输出与传感器输入之间。

因此，改进的放大器概念为开关电容器单级放大器前端(例如光电二极管)提供了一种解决方案，该方案具有积分特性和有源直流反馈环路。单级方法不仅可以节省面积，而且可以获得更好的噪声和线性性能。直流反馈环路的开关电容器方法允许其与积分特性相结合，而不会在整个环路中面临任何稳定性问题。

根据改进的放大器概念的这种放大器前端还可以作为模拟数字转换器ADC的缓冲器，例如逐次逼近ADC、SAR-ADC。

例如，开关电容器直流反馈提供环路隔离，降低装置的稳定性要求。特别地，由于第一反馈电容器的切换，第二放大器的第二输入在任何时候都不直接连接到第一放大器输出。

第一和第二参考电势端子可以被提供有共模电压。对于第一和第二参考电势端子，这种共模电压可以不同。然而，在各种实施方式中，可以向第一和第二参考电势端子提供相同的共模电压。

共模电压可以相对于正电源端子和负电源端子对称地提供，或者可以以非对称的方式提供，这可以为直流电流反馈和/或传感器输入端的传感器感测信号留出更多的余量。

放大器装置可以包括控制电路，用于提供影响各种开关阶段的相应的开关信号。

在放大器装置的各种实施方式中，在第一开关阶段期间，通过第一放大器的第一放大器输出和第二输入之间的电流对积分电容器充电。

在一些实施方式中，在第二开关阶段期间，通过将积分电容器的端子连接在一起或连接到公共电势端子来使积分电容器放电。这样的公共电势端子例如可以是第一参考电势端子。

在各种实施方式中，第一反馈开关对在第三开关阶段期间闭合，并至少在第四开关阶段期间断开。在这样的配置中，第二反馈开关对在第四开关阶段期间闭合，并且至少在第三开关阶段期间断开。第一、第二、第三和第四开关阶段以公共时钟周期操作。特别地，第一开关阶段包括第三和第四开关阶段，其中第三开关阶段在第四开关阶段之后。

因此，经由第一反馈电容器的反馈仅在实现积分电容器的积分阶段的第一开关阶段期间使用。例如，第一反馈电容器在第四开关阶段与第三开关阶段之间的时间段中浮置。

优选地，第一和第二开关阶段不重叠。这确保在任何时候第一放大器的第二输入或第一放大器输出都不彼此连接或连接到公共电势端子。

在不同的实施例中，特别是在操作期间，阻抗元件的阻抗值或电阻值和/或积分电容器和/或第一和第二反馈电容器的电容值是可调节的。以这种方式，可以提供不同的增益设置或不同的直流电流范围。要获得高噪声性能，可以使阻抗元件的电阻值最大化，因为阻抗元件可能是主要的噪声源。因此，高电阻值或阻抗值导致低噪声。

在放大器装置的各种实施方式中，第一放大器包括至少一个米勒电容作为内部反馈元件。存储在至少一个米勒电容上的电荷在第五开关阶段中至少部分地复位，该第五开关阶段与第一开关阶段不重叠并且包含或等同于第二开关阶段。这样的实施方式能够进一步减少积分周期结束时传感器输入端的摆动。

例如，第一放大器包括CMOS输出级，该CMOS输出级具有一对串联连接的p沟道场效应晶体管和n沟道场效应晶体管。每个场效应晶体管具有连接在其栅极端子与其漏极端子之间的米勒电容。存储在米勒电容上的电荷在第五开关阶段中至少部分地复位，该第五开关阶段与第一开关阶段不重叠并且包含第二开关阶段。

例如，在一个特定的实施方式中，仅在第五开关阶段，p沟道场效应晶体管的栅极端子经由第一二极管元件连接到正电源端子，n沟道场效应晶体管的栅极端子经由第二二极管元件连接到负电源端子，并且场效应晶体管的漏极端子连接到第一参考电势端子。

在替代实施方式中，仅在第五开关阶段，p沟道场效应晶体管的栅极端子直接连接到正电源端子，n沟道场效应晶体管的栅极端子直接连接到负电源端子，并且所述漏极端子连接到第一参考电势端子。

在另一替代实施方式中，第一放大器包括辅助放大器，该辅助放大器具有耦合至第一参考电势端子的反相输入、耦合至第一放大器输出的同相输入，以及仅在第五开关阶段期间耦合至p沟道场效应晶体管和n沟道场效应晶体管的栅极端子的输出。

在上述CMOS输出级的实施例中，第一放大器可包括输入级，其输出例如经由跨导线性环元件耦合至p沟道场效应晶体管和n沟道场效应晶体管的栅极端子。

根据改进的放大器概念的传感器装置包括根据上述实施例之一的放大器装置和耦合至传感器输入的光电二极管。

附图说明

在下文中，参考附图，使用示例性实施例详细说明改进的放大器概念。功能相同或具有相同效果的部件具有相同的附图标记。在以下每个附图中，将不会重复与一个或另一个功能相对应的部件的描述。

在附图中：

图1示出了根据改进的放大器概念的放大器装置的示例实施方式；

图2示出了根据改进的放大器概念在放大器装置中使用开关信号的示例信号图；

图3示出根据改进的放大器概念的放大器装置的实施例中的信号的示例信号图；

图4示出了表示根据改进的放大器概念的放大器装置的示例传输函数的信号图；

图5示出了结合改进的放大器概念的示例信号图；

图6示出了结合改进的放大器概念的信号的另一信号时序图；

图7示出了结合改进的放大器概念的放大器的示例实施方式；

图8示出了结合改进的放大器概念的放大器的另一示例实施方式；以及

图9示出了结合改进的放大器概念的放大器的另一示例实施方式。

具体实施方式

图1示出了放大器装置的示例实施例，该放大器装置具有用于连接传感器PD的传感器输入SI，以及用于向例如模数转换器ADC提供输出电压vout的输出。放大器装置与传感器PD一起可以形成传感器装置。

放大器装置包括第一放大器OP1，该第一放大器具有连接到第一参考电势端子VCM1的第一非反相输入。第一放大器OP1的第二反相输入连接到传感器输入SI。第一放大器OP1的输出提供输出电压vout。第一放大器OP1在积分器配置中操作。为此，第一反馈路径将第一放大器OP1的第二反相输入连接到第一放大器输出，第一反馈路径包括开关积分电容器CINT。使用第一开关信号Φ1操作的第一开关对被配置为在第一反馈路径中连接积分电容器CINT，特别是用于在第一开关阶段期间对积分电容器CINT进行充电。第二开关对将积分电容器CINT的端子连接到公共电势，在该示例中，该公共电势被选择为第一参考电势端子VCM1。然而，当第二开关控制积分电容器CINT的放电时，也可以选择任何其他公共电势。第二开关对由第二开关信号Φ2操作。

因此，第一放大器OP1与积分电容器CINT一起形成放大器装置的前向路径，该前向路径将输入电流ipd转换为输出电压vout，同时将输入电流在积分时间Tint内进行积分。在每个积分时间Tint之后，积分电容器CINT从反馈路径断开，放电并在很短的时间Tres内返回到OP1的反馈路径中。

放大器装置还包括用第二放大器OP2实现的有源开关电容器DC反馈、具有第一和第二反馈电容器CDC1、CDC2的开关电容器反馈以及连接到传感器输入SI的阻抗元件RDC。例如，阻抗元件RDC可以实现为电阻元件，特别是电阻器，或者实现为在其三极管区域中工作的场效应晶体管。

第二放大器OP2的第一非反相输入连接到第二参考电势端子VCM2。第二放大器OP2的输出(称为第二放大器输出)通过第二反馈电容器CDC2与第二放大器OP2的第二反向输入连接。阻抗元件RDC连接在第二放大器输出与传感器输入SI之间。开关电容器反馈通过第一开关对实现，该第一开关对由第三开关信号Φ3操作，并且将第一反馈电容器CDC1连接在第一放大器输出与第二参考电势端子VCM2之间。用第四开关信号Φ4操作的第二反馈开关对在第二参考电势端子VCM2与第二放大器OP2的第二输入之间围绕第一反馈电容CDC1。

在该示例中，传感器PD实现为提供电流，特别是光电流ipd作为传感器信号的光电二极管。为了便于图示，示出了与光电二极管PD平行的寄生电容器CPD。在该示例中，光电二极管PD的阴极连接到传感器输入SI，而光电二极管PD的阳极连接到公共接地电势VSSA。在其他示例实施方式中，也可以交换光电二极管PD的阳极和阴极，从而提供与所描述的实施方式符号相反的传感器电流。例如，在这种替代实施方式中，阴极连接到电势大于端子VCM1处的电压的端子或节点。

在一个应用示例中，放大器装置用于使用受控光源并通过传感器，特别是光电二极管检测响应的应用。由于直流电流(例如由诸如太阳光等不需要的光源提供的直流电流)相对于目标信号可能非常高，因此希望通过放大器装置将其除去。这减小了所需的动态范围，分别为相应的ADC分辨率，这在不消除多余信号部分的情况下是必需的。

现在参考图2，该信号图示出了在放大器装置中使用的各种开关信号Φ1、Φ2、Φ3、Φ4。由开关信号Φ1的高信号电平表示的第一开关阶段表示积分电容器CINT的实际充电阶段。在第一开关信号Φ1的低电平期间，通过第二开关信号Φ2的高信号电平来设定第二开关阶段。在所述第二开关阶段期间，积分电容器CINT被放电或复位。第二开关阶段优选地与第一开关阶段不重叠。

因此，在第一开关阶段期间，积分电容器CINT由第一放大器输出与第一放大器OP1的第二输入之间的电流充电。此外，在第二开关阶段期间，通过将积分电容器CINT的端子连接在一起或连接到公共电势端子来使积分电容器CINT放电。由于积分电容器CINT在放电期间未连接在第一放大器OP1的反馈中，因此并不意味着对第一放大器OP1的速度有任何要求。

围绕第二放大器OP2的放大器装置的反馈路径通过第一反馈电容器CDC1对积分器输出端的电压vout，例如在每个积分时间Tint结束时的峰值电压采样，并将其馈送到第二反馈电容器CDC2。特别地，这是在由第三开关信号Φ3的高信号电平指示的第三开关阶段期间完成的。在下一积分时间Tint开始时，第一反馈电容器CDC1上的采样电压经由通过第四开关信号Φ4控制的第二开关对馈送到第二反馈电容器CDC2。特别地，开关在表示第四开关阶段的第四开关信号Φ4的高电平时间内闭合。因此，选择开关阶段来反转符号并在第二放大器OP2的输出端提供电压，该电压在阻抗元件RDC上产生与DC输入电流符号相反的电流。

一般来说，开关阶段例如可以如下选择：

第一反馈开关对在第三开关阶段期间闭合，并在至少第四开关阶段期间断开。第二反馈开关对在第四开关阶段期间闭合，并且至少在第三开关阶段期间断开。第一、第二、第三和第四开关阶段使用公共时钟周期Tint操作。第一开关阶段包括第三和第四开关阶段，其中第三开关阶段跟随在第四开关阶段之后。例如，第一反馈电容器CDC1在第四开关阶段与第三开关阶段之间的时间段中浮置。

上述特性分别产生了图3所示的瞬态响应以及图4所示的相应传输函数。参考图3，其示出了作为脉冲信号的输入电流ipd，以及与提供给第一参考电势端子VCM1的共模电势VCM相关的所得输出电压vout。优选地，相同的共模电压VCM也被提供给第二参考电势端子VCM2，这进一步提高了性能。图3所示的复位信号对应于第二开关信号Φ2。

现在参考图4，围绕第二放大器OP2的反馈路径从输入信号IPD中移除低频分量，从而产生高通转折频率fHP。在这方面，频率fHP可确定为：

其中，Cdc1、Cdc2、Cint和Rdc分别以大写字母表示元件的电容值、电阻/阻抗值。低通转折频率fLP表示该装置的积分行为开始的频率。低通转折频率fLP确定为：

fINT为积分频率。在fHP和fLP之间的频率下，开关电容积分器充当标准跨阻抗放大器TIA，提供与输入电流成比例的电压vout，其跨阻抗A0计算如下：

这是因为在频率f<<fINT时，积分电容器CINT的作用类似于“电阻”。这一特性的一个积极方面是，低频信号分量不会耗尽该装置的动态范围，因为在不复位积分电容器CINT的情况下，它将是一个连续积分器。

在fLP和fINT之间的频率下，开关积分器提供积分行为。这确保具有积分时间Tint的脉冲宽度的目标信号脉冲在此时间内完全积分，而不会丢失任何信号内容。在低于fHP的频率下，DC抑制电路去除输入信号IPD的低频分量以及第一放大器OP1的1/f噪声。高于高通转折频率fHP的输入信号不受围绕第二放大器OP2的DC抑制电路的影响。

由于噪声的原因，需要选择阻抗元件RDC的尽可能高的电阻值或阻抗值rdc。为此，该电路中的阻抗和电容元件的值优选地配置为能够适应放大器装置的特定实现或应用。

结合图1的装置描述的DC抑制可以用于正负输入电流。这样就可以灵活地选择光电二极管PD或任何其他提供电流的传感器是以阴极还是以阳极连接到积分器输入，而不改变前端电路。

在复位时间Tres期间，不提供经由积分电容器CINT的积分器反馈。当直流电流的量仍然由阻抗元件RDC提供时，高频分量被积分到光电二极管电容CPD中。重新连接积分电容器CINT后，由于传感器输入SI处的虚拟接地阻抗较低，积分在电容CPD上的电荷立即馈入积分电容器CINT中。这样防止了在复位期间丢失任何信号内容。复位时间Tres的可承受持续时间，即适当的复位时间Tres的选择取决于光电二极管PD的允许电压降、其电容CPD和预期信号强度ipd。

根据改进的放大器概念的放大器装置在光电二极管PD与虚拟接地之间不需要任何开关，从而减少了kTC噪声。此外，积分电容器CINT左侧的开关所产生的kTC噪声被第一放大器OP1的增益所抑制，因此不产生kTC噪声。由此产生的kTC噪声相当于第一放大器OP1的噪声，而不是由光电二极管电容CPD本身定义。

在第一和/或第二参考电势端子VCM1、VCM2处提供的共模电压VCM不需要在一半电源电压下提供。根据预期的信号，可以对其进行设置以优化可用的动态范围。通过使共模电压VCM不对称，信号和DC电流范围都可以最大化。

如果第二放大器OP2与主放大器OP1参考相同的共模电势VCM，则它不会增加来自VCM的任何噪声。VDD的噪声被放大器OP1和OP2的PSRR所抑制。

在一些配置中，可以通过比较器来观察输出电压，以便检测可能的输出电压的饱和。一旦输出电压vout高于给定阈值，就可以立即关闭目标信号的信号源。这样的过程可以确保在不使输出饱和的情况下检测到目标信号。对于本领域技术人员显而易见的是，仅当在可选的比较器与用于提供光源的发光单元之间存在连接时，这种配置才是可能的。

在各种实施方式中，第一放大器OP1可以包括某种用于改善信号性能的米勒补偿。然而，这可能会导致在重新积分周期结束时，与信号相关的电荷存储在米勒电容器中。这可能会导致放大器的虚拟接地或传感器输入发生摆动。这种行为的示例如图5所示。从上部信号vout能够看出，在放大器没有有源反馈的时间段内，输出电压vout增加。由于没有反馈，放大器的虚拟接地可能会漂移得更低。然而，在重新连接反馈电容器后，放大器可能会摆动以使电荷沉降在反馈电容器上。这可能导致高度非线性。

因此，如果希望避免这种行为，则根据改进的放大器概念提出提供对在第一放大器OP1中用作内部反馈元件的一个或更多个米勒电容的复位。例如，存储在至少一个米勒电容上的电荷可以在第五开关阶段中至少部分地复位，该第五开关阶段与第一开关阶段不重叠并且包含或等同于第二开关阶段。换句话说，当积分电容器CINT没有连接在在第一反馈路径中时，即未充电时，米勒电容复位。

结合图6示出了这样的开关方案的示例，其中第五开关信号Φ5在高信号电平期间复位至少一个米勒电容。如图所示，由于已将存储在米勒电容器上的电荷复位，因此在连接反馈后，放大器不必摆动/稳定。因此，与图5所示的信号相比，放大器前端的虚拟接地或传感器输入SI减小了其摆动。

由于避免了虚拟地在每次复位过程中的非线性摆动，米勒电容的复位减小了非线性影响。此外，放大器输入端的非线性电容，例如光电二极管的非线性电容，以及连接到输入端的任何开关的非线性电容的影响也被减小。此外，由于在积分期间避免了摆动并且在电容器中存储噪声，因此能够减小第一放大器的噪声贡献。此外，能够改善放大器装置的输出的温度系数。

图7、图8和图9中示出了用作第一放大器OP1的放大器级的几个示例，每个示例都对放大器中使用的至少一个米勒电容进行了复位。然而，这些示例应理解为非限制性的。

图7、图8和图9中的第一放大器OP1中的每个包括CMOS输出级，该CMOS输出级具有在正电源端子VDD与负电源端子VSS之间由p沟道场效应晶体管MP1和n沟道场效应晶体管MN1串联连接形成的晶体管对。如本领域中众所周知的，两个晶体管MP1、MN1之间的连接形成了CMOS输出级的输出。每个场效应晶体管MP1、MN1具有连接在其栅极端子与其漏极端子之间的米勒电容ZM。每个第一放大器OP1还包括用提供第一和第二放大器输入的运算放大器符号表示的输入级。例如，所述输入级的输出经由跨导线性环元件TL连接到晶体管对MP1、MN1的栅极。

现在参考图7的具体实施方式，在虚线矩形中示出了用于复位米勒电容的实施方式。例如，p沟道晶体管MP1的栅极端子通过由第五开关信号Φ5控制的开关连接到二极管连接的晶体管MP2。此外，电流源固定地连接到二极管连接的晶体管MP2的漏极，并且另一电流源通过由第五开关信号Φ5控制的另一开关并联连接。以类似的对称方式，n沟道晶体管MN1的栅极端子通过由第五开关信号Φ5控制的开关连接到对称配置的二极管连接的晶体管MN2。此外，形成放大器OP1的输出的CMOS输出对MP1、MN1的漏极端子连接到用于提供共模电压VCM的第一参考电势端子。因此，当开关被第五开关信号Φ5闭合时，第一放大器输出被驱动到共模电压VCM。

优选地，当与CMOS输出对MP1、MN1的相应的晶体管相比时，相应的二极管连接的晶体管MP2、MN2的阈值电压更低，例如低几十毫伏。这可以通过工艺选择或通过使二极管晶体管MP2、MN2的W/L比大于输出晶体管MP1、MN1的W/L比三到五倍来实现。通过这样做，米勒电容器ZM两端的电压分别被驱动到NMOS和MPMOS晶体管MP1、MN1的栅极源极电压和VCM。因此，在下一个积分阶段，放大器几乎不需要进行额外的稳定。

现在参考图8，再次在虚线矩形中示出了用于复位米勒电容ZM的实施方式。类似于图7的示例，第一放大器输出连接到第一参考电势端子，用于根据第五开关信号Φ5提供共模电压VCM。p沟道晶体管MP1的栅极端子通过晶体管开关MP3连接到正电源端子VDD。类似地，n沟道晶体管MN1的栅极经由晶体管开关MN3连接到负电源端子VSS。晶体管开关MP3、MN3的栅极端子通过分别使用第一开关信号Φ1和第五开关信号Φ5操作的相应的开关连接到正电源端子VDD或负电源端子VSS。因此，在第五开关阶段期间，晶体管MP3、MN3被置于闭合状态，使得米勒电容ZM分别连接到正电源端子VDD和负电源端子VSS。

在第一开关阶段或积分阶段期间，晶体管开关MP3、MN3断开，使得晶体管MP1、MN1的栅极端子不受电源端子的进一步影响。因此，在积分阶段即第一开关阶段开始时，只汲取少量的差分电荷，导致放大器不摆动。从跨导线性环中仅汲取共模电荷，使栅极恢复到晶体管MN1的高于VSS且低于晶体管MP1的VDD的栅极源电压。因此，没有产生非线性或任何上述影响。

现在参考图9，PMOS晶体管和NMOS晶体管MP1、MN1的栅极连接到辅助放大器，该辅助放大器仅在第五开关信号Φ5所给出的短复位时间内导通以节省能量。辅助放大器可以实现为高速放大器。由于辅助放大器对第一放大器输出的反馈，以及在辅助放大器的另一输入端提供的共模电压VCM，在第五开关阶段期间第一放大器输出被驱动到共模电压VCM，从而复位米勒电容ZM。

由于米勒电容ZM也用作反馈环路的补偿电容器，因此反馈环路不需要任何额外的电容。

虽然图7、图8和图9所示的示例是用AB类放大器实现的，但米勒电容的复位同样适用于A类放大器和/或嵌套米勒补偿或任何其他形式的米勒补偿。

根据改进的放大器概念的实施方式只需要在芯片上增加多一点面积，因为只需要尺寸可以非常小的几个开关，以及几个二极管/电流镜。类似地，与传统前端的有源电流相比，只需要多一点的功率。一个简单的非重叠生成电路足以生成第五开关阶段来复位米勒电容。由于这种简单的开关方案，能够实现高可靠性。如上所述，用于第二开关阶段的相同信号可用于第五开关阶段。

Claims (13)

1.一种放大器装置，其包括：

-用于连接传感器的传感器输入(SI)；

-第一放大器(OP1)，其包括第一放大器输出以及第一输入和第二输入，所述第一输入和第二输入中的第一输入连接到第一参考电势端子(VCM1)，并且所述第一输入和第二输入中的第二输入以直接方式连接到所述传感器输入(SI)，并且经由具有开关积分电容器(CINT)的第一反馈路径连接到第一放大器输出，所述开关积分电容器在第一开关阶段期间由所述反馈路径充电并在第二开关阶段期间放电；

-第二放大器(OP2)，其包括第二放大器输出以及第一输入和第二输入，所述第一输入和第二输入中的第一输入连接到第二参考电势端子(VCM2)；

-具有第一反馈电容器和第二反馈电容器(CDC1、CDC2)的开关电容器反馈，其中，所述第一反馈电容器(CDC1)连接在所述第一放大器输出与所述第二参考电势端子(VCM2)之间的第一反馈开关对之间，并且连接在所述第二参考电势端子(VCM2)与所述第二放大器(OP2)的第二输入之间的第二反馈开关对之间，并且其中，所述第二反馈电容器(CDC2)连接在所述第二放大器输出与所述第二放大器(OP2)的第二输入之间；以及

-阻抗元件(RDC)，其耦合在所述第二放大器输出与所述传感器输入(SI)之间；

其中，在所述第一开关阶段期间，所述积分电容器(CINT)通过所述第一放大器输出与所述第一放大器的第二输入之间的电流充电；

在所述第二开关阶段期间，通过将所述积分电容器(CINT)的端子连接在一起或连接到公共电势端子来使所述积分电容器放电；

-所述第一反馈开关对在第三开关阶段期间闭合并且至少在第四开关阶段期间断开；

-所述第二反馈开关对在所述第四开关阶段闭合，并且至少在所述第三开关阶段断开；

-所述第一开关阶段、第二开关阶段、第三开关阶段和第四开关阶段以公共时钟周期进行操作；并且

-所述第一开关阶段包括所述第三开关阶段和第四开关阶段，所述第三开关阶段在所述第四开关阶段之后。

2.根据权利要求1所述的放大器装置，其中，所述第一反馈电容器(CDC1)在所述第四开关阶段与所述第三开关阶段之间的时间段中浮置。

3.根据权利要求1或2所述的放大器装置，其中，所述第一开关阶段和第二开关阶段不重叠。

4.根据权利要求1或2所述的放大器装置，其中，所述阻抗元件(RDC)实现为电阻元件。

5.根据权利要求1或2所述的放大器装置，其中，所述阻抗元件(RDC)实现为电阻器。

6.根据权利要求1或2所述的放大器装置，其中，所述阻抗元件(RDC)的阻抗值和/或所述积分电容器(CINT)的电容值和/或所述第一反馈电容器和第二反馈电容器(CDC1、CDC2)能够被调节。

7.根据权利要求1或2所述的放大器装置，其中，所述第一放大器(OP1)包括CMOS输出级，所述CMOS输出级具有一对串联连接的p沟道场效应晶体管(MP1)和n沟道场效应晶体管(MN1)，场效应晶体管(MP1、MN1)中的每个晶体管具有连接在栅极端子与漏极端子之间的米勒电容(ZM)，并且其中，存储在所述米勒电容(ZM)上的电荷在第五开关阶段中至少部分地复位，所述第五开关阶段与第一开关阶段不重叠并且包含所述第二开关阶段。

8.根据权利要求7所述的放大器装置，其中，仅在所述第五开关阶段期间，所述p沟道场效应晶体管(MP1)的栅极端子经由第一二极管元件(MP2)连接到正电源端子，所述n沟道场效应晶体管(MN1)的栅极端子经由第二二极管元件(MN2)连接到负电源端子，并且所述漏极端子连接到所述第一参考电势端子(VCM1)。

9.根据权利要求7所述的放大器装置，其中，仅在所述第五开关阶段期间，所述p沟道场效应晶体管(MP1)的栅极端子直接连接到正电源端子，所述n沟道场效应晶体管(MN1)的栅极端子直接连接到负电源端子，并且所述漏极端子连接到所述第一参考电势端子(VCM1)。

10.根据权利要求7所述的放大器装置，其中，所述第一放大器(OP1)包括辅助放大器，所述辅助放大器具有耦合至所述第一参考电势端子(VCM1)的反相输入、耦合至所述第一放大器输出的非反相输入、以及仅在所述第五开关阶段期间耦合至所述p沟道场效应晶体管(MP1)和所述n沟道场效应晶体管(MN1)的栅极端子的输出。

11.根据权利要求7所述的放大器装置，其中，所述第一放大器(OP1)包括输入级，所述输入级的输出经由跨导线性元件耦合至所述p沟道场效应晶体管(MP1)和所述n沟道场效应晶体管(MN1)的栅极端子。

12.根据权利要求1或2所述的放大器装置，其中，所述第一放大器(OP1)包括至少一个米勒电容(ZM)作为内部反馈元件，并且其中，存储在所述至少一个米勒电容上的电荷在第五开关阶段中至少部分地复位，所述第五开关阶段与所述第一开关阶段不重叠并且包含所述第二开关阶段。

13.一种传感器装置，其包括根据权利要求1或2所述的放大器装置和耦合至所述传感器输入(SI)的光电二极管。

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