CN1929296A - 斩波放大器电路及半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种斩波放大器电路，其能够减小传感器桥的偏移电压以及该偏移电压的温度特性。提供了偏移调整电压发生电路，用于产生和传感器桥的偏移电压相等的电压，并提供了偏移温度特性调整电压发生电路，用于产生与该偏移电压具有相同温度特性的电压。这些输出电压被斩波调制，并从该传感器桥的斩波调制输出信号中减去这些输出电压。

Description

斩波放大器电路及半导体装置
技术领域
本发明涉及斩波放大器电路以及具有该斩波放大器电路的半导体装置。
背景技术
图2为示出了传统斩波放大器电路的方框图。在传统斩波放大器电路20中，分别在放大器电路1的前端和后端提供乘法器11和12。使用频率为fc的方波调制信号CLK控制乘法器11和12。该斩波放大器电路20的输出连接到低通滤波器22(见P.Allen and D.R.Holberg，CMOSAnalog Circuit Design，P490-494，Saunders College Publishing，1987)。
图3A至3F示出了传统斩波放大器电路各个部分中输入信号的频率特性。假设输入信号在斩波放大器电路20的输入端5具有如图3A所示的频率特性。另外，假设放大器电路1具有如图3C所示频率特性的输入转换噪声和偏移电压Vn。输入信号经过乘法器11之后，输入信号被调制成为调制信号CLK频率fc奇数倍的频率。图3B示出了此时的输入信号频率特性。在提供了放大器电路1的输入转换噪声和偏移电压Vn之后，该调制输入信号被放大和输出。图3D示出了该输入信号在放大器电路1输出处的频率特性。从放大器电路1输出的该输入信号通过乘法器12被调制成原始频带(即，包括DC的低频区)。另一方面，放大器电路1输入处的噪声分量和偏移电压Vn被调制为调制信号CLK频率fc的奇数倍频率。图3E示出了输入信号在乘法器12输出处的频率特性。另外，从乘法器12输出的输入信号经过低通滤波器22，由此除去调制信号CLK的高频分量。因此，如图3F所示，可以只放大输入信号分量而不放大放大器电路1的噪声和偏移电压。
另外，在另一个传统斩波放大器电路中，使用具有两个不同频率的调制信号对输入信号进行双重斩波调制，由此进一步减小斩波放大器电路中使用的放大器电路的噪声和偏移电压(见US 6,262,626，Bakker等，2001年7月17日)。
然而，传统斩波放大器电路具有下述问题。当使用传统斩波放大器电路时，例如用于放大使用压电晶体管的传感器桥的输出电压时，由于该压电晶体管的不完全匹配而无法消除传感器桥的偏移电压。因此，传感器桥的偏移电压被放大输出。
另外，使用压电晶体管的传感器桥的偏移电压具有温度特性，且偏移电压的该温度特性出现在斩波放大器电路的输出电压中。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的配置中提供了用于产生和传感器桥偏移电压相等的电压的电路，即，提供了偏移调整电压发生电路，且该偏移调整电压发生电路的输出电压被放大器斩波调制，由此从斩波调制信号中减去该传感器桥的输出信号。
另外，本发明的配置中，提供了用于产生具有和传感器桥偏移电压相同温度特性的电压的电路，即，提供了偏移温度特性调整电压发生电路，且该电路的输出电压被斩波调制，并从经过斩波调制的传感器桥输出信号中减去该输出电压。
在具有前述配置的斩波放大器电路中，传感器桥的偏移电压和偏移调整电压发生电路的输出电压相互抵消，由此消除传感器桥的偏移电压。
另外，该传感器桥的偏移电压的温度特性和偏移温度特性调整电压发生电路的输出电压的温度特性相互抵消，由此消除该传感器桥偏移电压的温度特性。
附图说明
在附图中：
图1为根据本发明第一实施例的斩波放大器电路的方框图；
图2为传统斩波放大器电路的方框图；
图3为传统斩波放大器电路的波形图；
图4为根据本发明第一实施例的斩波放大器电路的电路图；
图5为根据本发明第二实施例的斩波放大器电路的方框图；
图6为根据本发明第二实施例的斩波放大器电路的电路图；以及
图7示出了传感器桥偏移电压的温度特性的示例。
具体实施方式
第一实施例
图1为根据本发明第一实施例的斩波放大器电路的方框图。
斩波放大器40在输入端5接收来自传感器桥21的传感器信号，从输出端6输出放大信号。输入到输入端5的传感器信号在乘法器11中被调制信号CLK斩波调制，且随后在放大器电路1中被放大。偏移调整电压发生电路31产生一偏移调整电压，该偏移调整电压的幅值与传感器桥21的偏移电压的幅值相同但极性相反。偏移调整电压在乘法器13中被调制信号CLK斩波调制，并在放大电路3中被放大。加法器25和26将上述传感器信号加到偏移调整电压，由此消除传感器信号中传感器桥21的偏移电压。另外，该传感器信号在放大电路2中被放大，并在乘法器12中被调制信号CLK斩波调制而调整成原始频带(即，包括DC的低频区)。
在此使用两个加法器25和26的原因是处理放大电路1和3的差分输出。
根据上述消除传感器桥偏移电压的方法，使用了偏移调整电压，该偏移调整电压的幅值等于由偏移调整电压发生电路31产生的传感器桥21的偏移电压的幅值但极性相反。然而，可允许该偏移调整电压发生电路31所产生的偏移调整电压的幅值和极性都等于传感器桥21的偏移电压的幅值和极性，并在乘法器13中使用将调制信号CLK的相位移动180°而得到的信号对该偏移调制电压进行斩波调制。
为了允许偏移调整电压发生电路31产生幅值等于传感器桥21输出的偏移电压的电压，通过将低通滤波器连接到输出端6而除去高频分量，并可调整偏移电压调整电路31的输出使得低通滤波器输出的电势变为0。
图4示出了本发明斩波放大器电路的电路图。乘法器11、12及13分别包括四个开关。可由N沟道MOS晶体管或CMOS晶体管(其中并行地连接了N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管)实现这些开关。放大器1和3具有测量放大器配置，由此将输入阻抗设置为非常高。因此，不会影响使用压电晶体管的传感器桥。
图1所示加法器25和26与放大电路2集成，从而作为加法放大器电路10的一部分。加法放大器电路10包括多个电阻器和运算放大器。
在偏移调整电压发生电路31的配置中，作为例子，使用了固定电阻器和可变电阻器。电阻器61代表固定电阻器，电阻器62代表可变电阻器。通过改变电阻器62，可以通过改变电阻器62而改变偏移调整电压发生电路31的输出电压，从而消除传感器桥的偏移电压。
图4所示电路为通过实现图1所示电路配置而获得的示例，但本发明并不限于图4所示电路配置。
第二实施例
图5为根据本发明第二实施例的斩波放大器电路的方框图。
通常，传感器桥的偏移电压具有温度特性。在此作为示例，假设传感器桥的偏移电压具有如图7所示的温度特性。
在第二实施例中，除了第一实施例的斩波放大器电路之外，还提供偏移温度特性调整电压发生电路32。偏移温度特性调整电压发生电路32输出偏移温度特性调整电压，该偏移温度特性调整电压的特性等同于该传感器桥的偏移电压的温度特性。偏移温度特性调整电压被乘法器14斩波调制并被放大电路4放大，接着被加法器25或26加到斩波调制的传感器输出信号。此时，传感器桥的偏移温度特性调整电压发生电路32的输出也被加到由加法器25和26通过乘法器13和放大电路3而斩波调制的传感器输出信号。因此，可以消除传感器桥的偏移电压以及该偏移电压的温度特性。
图6示出了根据本发明第二实施例的斩波放大器电路的电路图。
乘法器11、12、13和14分别包括四个开关。可由N沟道MOS晶体管或CMOS晶体管(其中并行地连接了N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管)实现这些开关。放大电路1、3和4具有测量放大器配置，由此将输入阻抗设置为非常高。因此，不会影响使用压电晶体管的传感器桥。可使用电阻器和运算放大器配置加法放大器电路10。作为偏移温度特性调整电压发生电路32的配置的示例，示出了使用具有不同电阻温度系数的两种电阻器63和64的电路。对于使用多晶硅制备电阻器的情形，多晶硅内包含的杂质浓度不仅会引起电阻变化还会引起电阻温度系数变化。因此，通过允许多晶硅电阻器63和电阻器64具有不同的杂质浓度，其可具有不同的电阻温度系数。
在图6中，将乘法器14的调制时钟的相位偏移180°，所获得的效果与通过将偏移温度特性调整电压发生电路32中产生的偏移电压温度特性的倾角反转而得到的效果相同。因此，通过恰当地选择乘法器14调制时钟的相位，可以获得相同的效果，而不管该传感器桥的偏移电压温度特性的倾角为正或负。
图6所示电路为通过实现图5中电路配置而获得的示例，本发明不限于图6所示的电路配置。
符号描述
1、2、3、4    放大电路
10            加法器/乘法器电路
11、12、13    乘法器
25、26        加法器
31            偏移调整电压发生电路
32            偏移温度特性调整电压发生电路。

Claims (8)

1.一种用于放大传感器桥输出信号的斩波放大器电路，包括：
偏移调整电压发生电路，
其中该传感器桥的偏移电压被偏移调整电压发生电路产生的偏移调整电压所抵消。
2.根据权利要求1的斩波放大器电路，其中该偏移调整电压的幅值等于该传感器桥的偏移电压的幅值，但极性与该偏移电压的极性相反。
3.根据权利要求1的斩波放大器电路，其中该偏移调整电压的幅值等于该传感器桥的偏移电压，且极性与该偏移电压的极性相同。
4.根据权利要求1的斩波放大器电路，其中该传感器桥的偏移电压的温度特性被该偏移温度特性调整电压抵消。
5.根据权利要求4的斩波放大器电路，其中该偏移温度特性调整电压的幅值等于该偏移电压的幅值，且其温度特性的倾角等于该偏移电压的温度特性的倾角。
6.根据权利要求4的斩波放大器电路，其中该偏移温度特性调整电压的幅值等于该偏移电压的幅值，且其温度特性的倾角相对于该偏移电压的温度特性的倾角被反转。
7.一种斩波放大器电路，包括：
用于输入从传感器桥输出的传感器信号的输入端；
连接到该输入端的第一乘法器；
连接到该第一乘法器的第一放大电路；
偏移调整电压发生电路；
连接到该偏移调整电压发生电路的第三乘法器；
连接到该第三乘法器的第三放大电路；
用于将该第一放大电路的输出和第三放大电路的输出相加的加法器；
连接到该加法器的第二放大电路；以及
连接到该第二放大电路的第二乘法器。
8.根据权利要求7的斩波放大器电路，进一步包括：
偏移温度特性调整电压发生电路；
连接到该偏移温度特性调整电压发生电路的第四乘法器；以及
连接到该第四乘法器的第四放大电路，
其中在该加法器内对该第四放大电路的输出进行加法运算。
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