JPH05175787A - Switched capacitor integrator stabilizing chopper at sampling rate - Google Patents

Switched capacitor integrator stabilizing chopper at sampling rate

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JPH05175787A
JPH05175787A JP4154398A JP15439892A JPH05175787A JP H05175787 A JPH05175787 A JP H05175787A JP 4154398 A JP4154398 A JP 4154398A JP 15439892 A JP15439892 A JP 15439892A JP H05175787 A JPH05175787 A JP H05175787A
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Abstract

PURPOSE: To remove a flicker noise or a low frequency fault at the amplifier of switched capacitor integrator without using any continuous-time integrator before a discrete time integrator. CONSTITUTION: A switched capacitor integrator 10 is formed by providing an output 26 for receiving sampling and a chopper stabilization amplifier 12 to be intermitted at a frequency higher than or practically equal with its output sampling frequency. This integrator is functioned as a double sample integrator by sampling an input (VIN) in the respective chopping phases of amplifier 12 and transferring that sampled input to a feedback capacitor 14. The output of integrator is sampled at the end of respective cycles of chopping signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアナログ−デジタルコン
バータに関し、さらに詳細には、チョッパ安定化増幅器
を用いる離散時間アナログ−デジタルコンバータに関す
る。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to analog-to-digital converters, and more particularly to discrete-time analog-to-digital converters using chopper-stabilized amplifiers.

【0002】[0002]

【従来の技術】スイッチトキャパシタ積分器を用いる離
散時間フィルタが種々の用途に用いられている。かかる
用途の1つに、デルタ−シグマ型アナログ−デジタルコ
ンバータの変調器に用いるアナログループフィルタがあ
る。しかしながら、積分器に用いられる増幅器はフリッ
カ(1/f)ノイズや低周波障害を発生し、この低周波
障害はデルタ−シグマコンバータのループフィルタの第
1段においてそのコンバータの性能を劣化させる。スイ
ッチトキャパシタフィルタのフリッカノイズや低周波障
害を減衰させるため過去に用いられた方法の1つに、積
分器の増幅器をチョッパにより安定化させる方法があ
る。この方法では、チョッパ安定化法によりフリッカノ
イズと低周波障害を変調して問題の帯域幅から除去する
回路を用いる。
Discrete time filters using switched capacitor integrators are used in a variety of applications. One of such applications is an analog loop filter used in a modulator of a delta-sigma type analog-digital converter. However, the amplifier used in the integrator produces flicker (1 / f) noise and low frequency disturbances that degrade the converter's performance in the first stage of the loop filter of the delta-sigma converter. One of the methods used in the past for attenuating flicker noise and low frequency disturbances of switched capacitor filters is to stabilize the integrator amplifier with a chopper. This method uses a circuit that modulates flicker noise and low frequency disturbances by a chopper stabilization method and removes them from the bandwidth in question.

【0003】他の同様な離散時間回路では、チョッピン
グ或いは変調周波数は通常、サンプリング周波数の半分
であるその回路のナイキストレートよりも低い値に制限
される。このような回路では、ノイズは一旦サンプリン
グを受けるとエーリアシングによりナイキスト帯域内に
折り重なるため、この周波数よりも高い周波数でチョッ
ピングするのは効率的でない。しかしながら、デルタ−
シグマコンバータでは、サンプリング周波数の半分でま
たはそれ以下で離散時間コンバータのチョッパ安定化を
行なうと、トーンが発生する可能性がある。
In other similar discrete-time circuits, the chopping or modulation frequency is typically limited to a value below the circuit's Nyquist rate, which is half the sampling frequency. In such a circuit, it is not efficient to chop at a frequency higher than this frequency, because the noise, once sampled, will fold into the Nyquist band due to aliasing. However, delta-
In sigma converters, tones can occur when chopper-stabilizing a discrete-time converter at half or less of the sampling frequency.

【0004】しかしながら、全離散時間ループフィルタ
が連続時間フィルタ或いは連続時間及び離散時間ループ
フィルタの結合したものに対してある種の利点を有する
用途が種々ある。したがって、チョッパ安定化をサンプ
リングレートで行なうスイッチトキャパシタ積分器が望
ましいことが分かる。
However, there are various applications in which all discrete-time loop filters have certain advantages over continuous-time filters or a combination of continuous-time and discrete-time loop filters. Therefore, it can be seen that a switched capacitor integrator that performs chopper stabilization at the sampling rate is desirable.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの特徴に
よると、サンプリングを受ける出力とチョッパ安定化増
幅器とを有し、該増幅器が出力のサンプリング周波数よ
り高いかまたはそれと実質的に等しい周波数で断続され
るスイッチトキャパシタ積分器により、フリッカノイズ
及び内部の低周波障害が減衰する。
In accordance with one aspect of the present invention, there is an output that is sampled and a chopper stabilizing amplifier at a frequency above or substantially equal to the sampling frequency of the output. Flicker noise and internal low frequency disturbances are attenuated by the switched capacitor integrator that is interrupted.

【0006】本発明のさらに別の特徴によれば、この積
分器は第1の動作相と第2の動作相とを有しまた入力キ
ャパシタとフィードバックキャパシタとを備えている。
この第1の相では、増幅器は第1のチョッピング状態に
ある。この第1の相はさらに第1と第2の部分相に分割
される。第1の部分相では、入力キャパシタが入力信号
により充電され、またフィードバックキャパシタが入力
キャパシタから隔離される。そして第2の部分相では、
入力キャパシタが入力信号から隔離されるがフィードバ
ックキャパシタに結合されるため、第1の部分相の間に
サンプルされた入力電圧が第2の部分相の間フィードバ
ックキャパシタへ転送される。積分器の第2の相では、
増幅器が第2のチョッピング状態にあり、第1の相の第
1及び第2の部分相が繰り返される。第2の相の終期に
おいて、積分器の出力がサンプリングされる。
According to yet another feature of the invention, the integrator has a first working phase and a second working phase and comprises an input capacitor and a feedback capacitor.
In this first phase, the amplifier is in the first chopping state. This first phase is further divided into first and second partial phases. In the first partial phase, the input capacitor is charged by the input signal and the feedback capacitor is isolated from the input capacitor. And in the second partial phase,
Since the input capacitor is isolated from the input signal but coupled to the feedback capacitor, the input voltage sampled during the first partial phase is transferred to the feedback capacitor during the second partial phase. In the second phase of the integrator,
The amplifier is in the second chopping state and the first and second sub-phases of the first phase are repeated. At the end of the second phase, the output of the integrator is sampled.

【0007】本発明の方法によると、入力信号がサンプ
リングされ、このサンプリングされた信号が、演算増幅
器の出力とその第1の入力との間に結合されたフィード
バックキャパシタへ、演算増幅器が第1のチョッピング
状態にあるとき転送される。この入力信号は再びサンプ
リングされ、このサンプリングされた信号が増幅器が第
2のチョッピング状態にあるときフィードバックキャパ
シタへ転送される。演算増幅器は第1と第2のチョッピ
ング状態の間で循環するが、その出力は周期的にサンプ
リングされてフィルタ済み出力信号が得られる。この出
力は、FCHOP/N(Nは正の整数、FCHOPは第
1及び第2のチョッピング状態の繰り返しレート)と実
質的に等しい周波数で周期的にサンプリングされる。
In accordance with the method of the present invention, an input signal is sampled and the sampled signal is fed to a feedback capacitor coupled between the output of the operational amplifier and its first input by the operational amplifier. Transferred when in the chopping state. The input signal is sampled again and the sampled signal is transferred to the feedback capacitor when the amplifier is in the second chopping state. The operational amplifier cycles between the first and second chopping states, but its output is periodically sampled to obtain the filtered output signal. This output is periodically sampled at a frequency substantially equal to FCHOP / N (N is a positive integer, FCHOP is the repetition rate of the first and second chopping states).

【0008】[0008]

【実施例】説明を明確化するため適当と思われる場合、
添付図面を通して同一の参照番号を対応部分を示すため
に用いた。また、添付図面に示したタイミング信号は、
本発明の好ましい実施例のタイミングをさらに明確に示
すため必ずしもスケール通りでないことを理解された
い。
[Example] If it seems appropriate to clarify the explanation,
The same reference numbers are used throughout the figures to indicate corresponding parts. In addition, the timing signals shown in the attached drawings are
It should be understood that the timing of the preferred embodiment of the present invention is not necessarily to scale to more clearly indicate the timing.

【0009】本発明の好ましい実施例において、チョッ
パ安定化をサンプリングレートで行なうスイッチトキャ
パシタ積分器は、第1及び第2のフィードバックキャパ
シタを有するチョッパ差動増幅器と、第1及び第2の入
力キャパシタと、+及び−の差分入力信号(VINP及
びVINM)を受けて正及び負のフィルタ済み出力信号
を与えるため各入力キャパシタの周りに設けた4つのス
イッチとよりなる。
In a preferred embodiment of the present invention, a switched capacitor integrator that provides chopper stabilization at a sampling rate includes a chopper differential amplifier having first and second feedback capacitors, and first and second input capacitors. , + And-differential input signals (VINP and VINM) to provide positive and negative filtered output signals, and four switches around each input capacitor.

【0010】この+及び−の入力信号は、別個のスイッ
チを介して各入力キャパシタへ結合されている。2つの
スイッチが第1及び第2の入力キャパシタの各々の反対
側に配置され、一方はグランドへ接続されるが、もう一
方は増幅器のそれぞれ第1及び第2の入力に、また第1
及び第2のフィードバックキャパシタの一方の端子に結
合されている。第1及び第2のフィードバックキャパシ
タのもう一方の端子は、増幅器のそれぞれ第1及び第2
の出力に接続されている。増幅器の出力は、積分器の正
及び負の出力を形成するためサンプリングされる。
The + and-input signals are coupled to each input capacitor via separate switches. Two switches are located on opposite sides of each of the first and second input capacitors, one connected to ground, the other to the first and second inputs of the amplifier, respectively, and
And one terminal of the second feedback capacitor. The other terminals of the first and second feedback capacitors are respectively connected to the first and second terminals of the amplifier.
Connected to the output of. The output of the amplifier is sampled to form the positive and negative outputs of the integrator.

【0011】動作について説明すると、この増幅器はサ
ンプリング信号FSAMPLEに等しい周波数で方形波
信号FCHOPに応答して断続される。そのため、この
FCHOP信号は第1及び第2の相を有する。
In operation, the amplifier is discontinuous in response to the square wave signal FCHOP at a frequency equal to the sampling signal FSAMPLE. Therefore, this FCHOP signal has first and second phases.

【0012】この第1の相において、増幅器は第1のチ
ョッピング状態にあり、この状態においてその第1の入
力は正の入力、第2の入力は負の入力、第1の出力は負
の出力、第2の出力は正の出力である。この第1の相に
おいて、入力キャパシタの周りのスイッチは2度開閉さ
れて2つの部分相を形成する。第1の部分相において、
スイッチは、第1のフィードバックキャパシタが第1の
入力キャパシタから隔離されている間第1の入力キャパ
シタをVINPに充電し、また第2のフィードバックキ
ャパシタが第2の入力キャパシタから隔離されている間
第2の入力キャパシタをVINMに充電するような位置
にセットされている。第2の部分相において、スイッチ
は、VINMに関する電荷を第1の入力キャパシタから
第1のフィードバックキャパシタへ、またVINPに関
する電荷を第2の入力キャパシタから第2のフィードバ
ックキャパシタへ転送する位置にセットされている。
In this first phase, the amplifier is in a first chopping state, in which state its first input is a positive input, its second input is a negative input, and its first output is a negative output. , The second output is a positive output. In this first phase, the switch around the input capacitor is opened and closed twice to form two partial phases. In the first partial phase,
The switch charges the first input capacitor to VINP while the first feedback capacitor is isolated from the first input capacitor, and the second feedback capacitor is connected to the second input capacitor while isolated from the second input capacitor. The second input capacitor is set to the position to charge to VINM. In the second partial phase, the switch is set to a position that transfers charge on VINM from the first input capacitor to the first feedback capacitor and charge on VINP from the second input capacitor to the second feedback capacitor. ing.

【0013】かくして、この第1の部分相では、入力キ
ャパシタが入力信号へ充電され、またフィードバックキ
ャパシタが入力キャパシタから隔離される。第2の部分
相では、入力キャパシタが反対の入力信号に関するそれ
らの電荷をフィードバックキャパシタへ転送する。ま
た、この第1の相では、増幅器からのノイズがサンプリ
ングされ、入力信号と共に第1及び第2のフィードバッ
クキャパシタに蓄積される。
Thus, in this first partial phase, the input capacitor is charged to the input signal and the feedback capacitor is isolated from the input capacitor. In the second partial phase, the input capacitors transfer their charge for the opposite input signal to the feedback capacitors. Also, in this first phase, noise from the amplifier is sampled and stored in the first and second feedback capacitors along with the input signal.

【0014】FCHOP信号の第2の相において、増幅
器は第2のチョッピング状態にあり、この状態では増幅
器の入力及び出力の極性が、第1の入力が負の入力、第
2の入力が正の入力、第1の出力が正の出力、第2の出
力が負の出力となるように開閉される。第2の相の第1
及び第2の部分相(ここでは第3及び第4の部分相と呼
ぶ)は、入力キャパシタのスイッチに関しては、FCH
OP信号の第1の相の第1及び第2の部分相と同じであ
る。
In the second phase of the FCHOP signal, the amplifier is in the second chopping state, in which the input and output polarities of the amplifier are such that the first input is the negative input and the second input is positive. The inputs and outputs are opened and closed so that the first output is a positive output and the second output is a negative output. First of the second phase
And a second partial phase (referred to herein as the third and fourth partial phases), with respect to the switch of the input capacitor, the FCH
It is the same as the first and second partial phases of the first phase of the OP signal.

【0015】FCHOPの第2の相では、入力信号が再
びフィードバックキャパシタへ加えられるが、この第1
の相の間に蓄積された低周波数増幅器のノイズが第2の
相の間に蓄積されたノイズから差し引かれる。かくし
て、フリッカノイズ及び低周波数障害がこの二重サンプ
ル積分器により差し引かれるが、これは低周波数障害及
びフリッカノイズを変調して問題の帯域から除去する他
の従来技術の回路と対照的である。増幅器の出力はFC
HOP信号の第2の相が完了するとサンプリングされ
る。
In the second phase of FCHOP, the input signal is again applied to the feedback capacitor, but this first
The noise of the low frequency amplifier accumulated during the second phase is subtracted from the noise accumulated during the second phase. Thus, flicker noise and low frequency interference are subtracted by this double sample integrator, in contrast to other prior art circuits that modulate low frequency interference and flicker noise to remove it from the band of interest. The output of the amplifier is FC
It is sampled when the second phase of the HOP signal is complete.

【0016】好ましい実施例において出力サンプリング
周波数とチョッピング周波数は互いに等しいが、フリッ
カノイズ及び低周波数障害はチョッピング周波数が出力
サンプリング周波数のN倍(Nは正の整数)に実質的に
等しいときも減衰する。たとえば、Nが2に等しい場
合、FCHOPはFSAMPLEの2倍であり、各入力
サンプルの周波数(即ち、4つの部分相の各々の周波
数)はFSAMPLEの4倍である。
Although the output sampling frequency and the chopping frequency are equal to each other in the preferred embodiment, flicker noise and low frequency impairments are attenuated even when the chopping frequency is substantially equal to N times the output sampling frequency (N is a positive integer). .. For example, if N equals 2, then FCHOP is twice FSAMPLE and the frequency of each input sample (ie, the frequency of each of the four subphases) is four times FSAMPLE.

【0017】添付図面を参照して、図1Aは本発明によ
るシングルエンディッド・スイッチトキャパシタ積分器
の概略図である。図1Aに示すように、このスイッチト
キャパシタ積分器10は、チョッパ安定化差動型演算増
幅器12と、その出力16と第1の入力18との間に結
合されたフィードバックキャパシタ14とより成り、第
2の入力20は信号グランドに結合されている。この増
幅器は信号入力FCHOP及びその補数論理信号、反転
FCHOPをライン22,23上にそれぞれ有し、これ
らは図示しない回路によって発生される。
Referring to the accompanying drawings, FIG. 1A is a schematic diagram of a single-ended switched capacitor integrator according to the present invention. As shown in FIG. 1A, the switched-capacitor integrator 10 comprises a chopper-stabilized differential operational amplifier 12 and a feedback capacitor 14 coupled between its output 16 and a first input 18. The two inputs 20 are coupled to signal ground. The amplifier has a signal input FCHOP and its complement logic signal, the inverted FCHOP on lines 22 and 23, respectively, which are generated by circuitry not shown.

【0018】ライン16上の増幅器12の出力は、スイ
ッチ24により示される信号FSAMPLEによりサン
プリングされて端子26上に出力信号VOUTを与え
る。スイッチトキャパシタ積分器10は、ノード32に
第1のスイッチ30を介して結合された入力端子28に
より入力信号VINを受ける。ノード32はスイッチ3
4を介して信号グランドに結合されている。ノード32
は入力キャパシタ36の一方の端子に接続され、もう一
方の端子は別のノード38に接続されている。ノード3
8はスイッチ40を介して信号グランドに結合されてい
る。このノード38は別のスイッチ42を介して増幅器
12の入力18に結合されている。スイッチ30及び4
0はタイミング信号ΦAにより制御され、またスイッチ
34,42はタイミング信号ΦB信号により制御され
る。
The output of amplifier 12 on line 16 is sampled by the signal FSAMPLE represented by switch 24 to provide output signal VOUT on terminal 26. Switched capacitor integrator 10 receives input signal VIN at input terminal 28 which is coupled to node 32 via first switch 30. Node 32 is switch 3
4 to the signal ground. Node 32
Is connected to one terminal of the input capacitor 36 and the other terminal is connected to another node 38. Node 3
8 is coupled to signal ground via switch 40. This node 38 is coupled to the input 18 of the amplifier 12 via another switch 42. Switches 30 and 4
0 is controlled by the timing signal ΦA, and the switches 34 and 42 are controlled by the timing signal ΦB signal.

【0019】図1Bは図1のチョッパ付増幅器12の概
略図である。図1Bに示すように、その入力18はFC
HOPにより制御されるスイッチ43を介して演算増幅
器42の負の入力と、反転FCHOPにより制御される
スイッチ43´を介して演算増幅器42の正の入力に結
合されている。入力20は、反転FCHOPにより制御
されるスイッチ44´を介して演算増幅器42の負の入
力に、またFCHOPにより制御されるスイッチ44を
介して演算増幅器42の正の入力に結合されている。演
算増幅器42の出力は、非反転増幅器45及びFCHO
Pにより制御されるスイッチ47を介して、また反転増
幅器46及び反転FCHOPにより制御されるスイッチ
47´を介してチョッパ増幅器12の出力16に結合さ
れている。
FIG. 1B is a schematic diagram of the chopper amplifier 12 of FIG. As shown in FIG. 1B, the input 18 is FC
It is coupled to the negative input of operational amplifier 42 via switch 43 controlled by HOP and to the positive input of operational amplifier 42 via switch 43 'controlled by inverting FCHOP. Input 20 is coupled to the negative input of operational amplifier 42 via switch 44 'controlled by inverting FCHOP and to the positive input of operational amplifier 42 via switch 44 controlled by FCHOP. The output of the operational amplifier 42 is the non-inverting amplifier 45 and the FCHO.
It is coupled to the output 16 of the chopper amplifier 12 via a switch 47 controlled by P and via a switch 47 'controlled by an inverting amplifier 46 and an inverting FCHOP.

【0020】動作について説明すると、このチョッパ付
増幅器12は第1及び第2のチョッピング状態を有す
る。第1のチョッピング状態において、FCHOPが高
レベル、反転FCHOPが低レベルにあるとき、スイッ
チ43,44,47は閉じた状態にあるが、スイッチ4
3´,44´,47´は開いている。この第1のチョッ
ピング状態では、入力18は演算増幅器42の負の入力
に、入力20は演算増幅器42の正の入力に、また演算
増幅器42の出力は出力16に結合されている。第2の
チョッピング状態では、FCHOPが低レベル、反転F
CHOPが高レベルにあるとき、スイッチ43,44,
47は開いた状態にあり、またスイッチ43´,44
´,47´は閉じている。この第2のチョッピング状態
において、入力18は演算増幅器42の正の入力に、入
力20は演算増幅器42の負の入力に、また演算増幅器
42の出力は反転されて出力16に結合されている。
In operation, the chopper amplifier 12 has the first and second chopping states. In the first chopping state, when FCHOP is at a high level and inverted FCHOP is at a low level, the switches 43, 44 and 47 are in the closed state, but the switch 4
3 ', 44' and 47 'are open. In this first chopping state, input 18 is coupled to the negative input of operational amplifier 42, input 20 is coupled to the positive input of operational amplifier 42, and the output of operational amplifier 42 is coupled to output 16. In the second chopping state, FCHOP is low level, inverted F
When CHOP is high, the switches 43,44,
47 is open, and switches 43 ', 44
'And 47' are closed. In this second chopping state, input 18 is coupled to the positive input of operational amplifier 42, input 20 to the negative input of operational amplifier 42, and the output of operational amplifier 42 is inverted and coupled to output 16.

【0021】図1Cは図1Aに示した回路のタイミング
図である。図1Cに示すように、FSAMPLEとして
示した出力の各サンプルに対して、FCHOP及び反転
FCHOP信号の2つの相及びΦA及びΦB信号の4つ
の部分相がある。図2Aは部分相1の間の図1Aの概略
図、図2Bは部分相2の間の図1Aの概略図、図2Cは
部分相3の間の概略図、また図2Bは部分相4の間の概
略図である。
FIG. 1C is a timing diagram of the circuit shown in FIG. 1A. As shown in FIG. 1C, for each sample of the output shown as FSAMPLE, there are two phases of the FCHOP and inverted FCHOP signals and four subphases of the ΦA and ΦB signals. 2A is a schematic diagram of FIG. 1A during partial phase 1, FIG. 2B is a schematic diagram of FIG. 1A during partial phase 2, FIG. 2C is a schematic diagram during partial phase 3, and FIG. 2B is a partial phase 4. It is a schematic diagram in between.

【0022】図1B及び図2A、2B、2C、2Dを参
照して、図1Aに示した増幅器の動作を説明する。図2
Aに示した部分相1の間、増幅器12は入力18におい
て負の入力を、入力20において正の入力を、出力16
において正の出力を有し、スイッチ30,40は閉じた
状態、スイッチ34,42は開いた状態にある。この第
1の部分相において、入力信号VINが入力キャパシタ
36上にサンプリングされる一方、フィードバックキャ
パシタ14が前のサイクルの部分相4からの電圧を蓄積
する。部分相2(図2Bに示す)の間、増幅器12の入
力端子18,20及び出力端子16は極性が不変であ
り、またスイッチ34,42は閉、スイッチ30,40
は開である。この部分相の間、キャパシタ36上のサン
プリングされた入力がフィードバックキャパシタ14へ
送られる。また、この部分相の間、図2BにおいてVn
で表わした増幅器ノイズがサンプリングされてフィード
バックキャパシタ14から差し引かれる。
The operation of the amplifier shown in FIG. 1A will be described with reference to FIGS. 1B and 2A, 2B, 2C, and 2D. Figure 2
During partial phase 1 shown in A, amplifier 12 has a negative input at input 18, a positive input at input 20, and an output 16
Has a positive output at, switches 30 and 40 are closed and switches 34 and 42 are open. In this first subphase, the input signal VIN is sampled on the input capacitor 36, while the feedback capacitor 14 stores the voltage from the subphase 4 of the previous cycle. During the partial phase 2 (shown in FIG. 2B), the input terminals 18, 20 and the output terminal 16 of the amplifier 12 are unchanged in polarity, the switches 34, 42 are closed and the switches 30, 40 are closed.
Is open. During this sub-phase, the sampled input on capacitor 36 is sent to feedback capacitor 14. Also, during this partial phase, Vn in FIG.
The amplifier noise represented by is sampled and subtracted from the feedback capacitor 14.

【0023】図2Cで示す部分相3の間、増幅器12の
入力18が正の入力となり、入力20が負の入力、出力
16が負の出力となる。これは信号FCHOP及び反転
FCHOPが極性を変化させるからである。また、この
とき、スイッチ30,34,38,40が部分相1の間
と同じ位置にある。かくして、第3の部分相の間、入力
信号VINが入力キャパシタ36上にサンプリングされ
るが、フィードバックキャパシタ14の電圧は不変であ
る。
During partial phase 3 shown in FIG. 2C, input 18 of amplifier 12 is a positive input, input 20 is a negative input and output 16 is a negative output. This is because the signals FCHOP and inverted FCHOP change polarity. Also, at this time, the switches 30, 34, 38, 40 are in the same positions as during the partial phase 1. Thus, during the third partial phase, the input signal VIN is sampled on the input capacitor 36, while the voltage on the feedback capacitor 14 remains unchanged.

【0024】部分相4(図2Dに示す)の間、増幅器1
2の入力18,20及び出力16は第3の部分相から不
変であり、スイッチ30,34,40,42は部分相2
にあるときと同じ位置にスイッチされている。この第4
の部分相の間、入力キャパシタ36上にサンプリングさ
れた入力はフィードバックキャパシタ14へ加えられる
(転送される)。また、増幅器12のノイズの反転信号
がサンプリングされてフィードバックキャパシタ14か
ら差し引かれる。このようにして、増幅器12の低周波
数障害及びフリッカノイズが出力端子26の出力信号か
ら除去される。
During partial phase 4 (shown in FIG. 2D), amplifier 1
The inputs 18, 20 and the output 16 of 2 are unchanged from the third partial phase, the switches 30, 34, 40, 42 being the partial phase 2
It has been switched to the same position as it was in. This 4th
During the sub-phase of, the input sampled on the input capacitor 36 is applied (transferred) to the feedback capacitor 14. The inverted signal of the noise of the amplifier 12 is sampled and subtracted from the feedback capacitor 14. In this way, low frequency disturbances and flicker noise of amplifier 12 are removed from the output signal at output terminal 26.

【0025】この好ましい実施例では、スイッチトキャ
パシタ積分器10の出力はスイッチ24を閉じることに
より第1の部分相の間サンプリングされる。しかしなが
ら、以下に示すように、積分器10の出力は第4の部分
相及び次のサイクルの第1の部分相の間同じであるた
め、第4の部分相の間サンプリングが起こる可能性があ
る。
In the preferred embodiment, the output of switched capacitor integrator 10 is sampled during the first partial phase by closing switch 24. However, as shown below, the output of the integrator 10 is the same during the fourth partial phase and the first partial phase of the next cycle, so sampling may occur during the fourth partial phase. ..

【0026】チョッピングクロックの各相には2つの部
分相(FCHOP及び反転FCHOP)があるため、図
1Aのスイッチトキャパシタ積分器は二重サンプル積分
器である。また、チョピングクロックFCHOP及び反
転FCHOPはサンプリング信号FSAMPLEと同じ
周波数であるため、入力信号VINは出力サンプルFS
AMPLEの2倍の周波数でサンプリングされる。
The switched capacitor integrator of FIG. 1A is a double sample integrator because each phase of the chopping clock has two sub-phases (FCHOP and inverted FCHOP). Since the chopping clock FCHOP and the inverted FCHOP have the same frequency as the sampling signal FSAMPLE, the input signal VIN is the output sample FS.
It is sampled at twice the frequency of AMPLE.

【0027】図3Aは図1Aに示した増幅器の入力基準
伝達関数のプロットであり、また図3Bは図1Aの増幅
器のノイズの入力基準伝達関数のプロットである。これ
ら2つの曲線は、4つの部分相の各々につきフィードバ
ックキャパシタ14へ印加される電圧を合計し、それを
前のサイクルの第4の部分相で存在する電圧に加え、そ
の結果得られた出力電圧のZ変換を取ることによって求
めることが可能である。かくして、サンプルnの終期の
電圧は、サンプルn−1の終期の電圧に、第1の部分相
の終期(n−3/4)の電圧と、第2の部分相の終期
(n−1/2)の電圧と、第3の部分相の終期(n−1
/4)の電圧と、第4の部分相の終期(n)の累増電圧
とを加えた値に等しい。部分相1では、
FIG. 3A is a plot of the input reference transfer function of the amplifier shown in FIG. 1A and FIG. 3B is a plot of the noise input reference transfer function of the amplifier of FIG. 1A. These two curves sum the voltage applied to the feedback capacitor 14 for each of the four sub-phases and add it to the voltage present in the fourth sub-phase of the previous cycle and the resulting output voltage Can be obtained by taking the Z transformation of Thus, the terminal voltage of sample n is equal to the terminal voltage of sample n-1, the voltage of the terminal end of the first partial phase (n-3 / 4), and the voltage of the terminal end of the second partial phase (n-1 / 2) voltage and the end of the third partial phase (n-1
/ 4) plus the final (n) cumulative voltage of the fourth partial phase. In partial phase 1,

【0028】[0028]

【数1】 部分相2では、[Equation 1] In partial phase 2,

【0029】[0029]

【数2】 部分相3では、[Equation 2] In partial phase 3,

【0030】[0030]

【数3】 部分相4では、[Equation 3] In partial phase 4,

【0031】[0031]

【数4】 上式において、Vnはサンプリングされた増幅器ノイズ
である。
[Equation 4] In the above equation, Vn is the sampled amplifier noise.

【0032】式(4)のZ変換をとると、以下の式が得
られる。
When the Z conversion of the equation (4) is taken, the following equation is obtained.

【0033】[0033]

【数5】 したがって、入力伝達関数は以下の通りである。[Equation 5] Therefore, the input transfer function is:

【0034】[0034]

【数6】 また、ノイズの伝達関数は以下の通りである。[Equation 6] The transfer function of noise is as follows.

【0035】[0035]

【数7】 [Equation 7]

【0036】入力及びノイズ伝達関数のOf the input and noise transfer functions

【数8】 の項はよく知られた離散時間積分器である。これらの伝
達関数の分子がそれらの入力基準応答を決定する。それ
らの定常状態応答はそれぞれ図3A及び図3Bに示され
ている。ノイズ伝達関数は直流においてゼロであること
に注意されたい。
[Equation 8] The term is a well known discrete-time integrator. The numerator of these transfer functions determines their input reference response. Their steady-state responses are shown in Figures 3A and 3B, respectively. Note that the noise transfer function is zero at DC.

【0037】図4Aは、図1Aに示したスイッチトキャ
パシタ積分器の完全差動型の概略図である。完全差動型
チョッパ付増幅器48を用いるこの完全差動型は、本発
明の好ましい実施例である。図4Aに示す回路は図1A
に示した回路に関して説明した原理と同じ原理で動作
し、図4Aのスイッチのタイミングは図1Cに示したタ
イミングと同じである。さらに詳細には、部分相1にお
いて、
FIG. 4A is a fully differential schematic diagram of the switched capacitor integrator shown in FIG. 1A. This fully differential type, which uses a fully differential chopper amplifier 48, is the preferred embodiment of the present invention. The circuit shown in FIG. 4A is shown in FIG.
It operates on the same principle as described with respect to the circuit shown in FIG. 4, and the timing of the switches in FIG. 4A is the same as the timing shown in FIG. 1C. More specifically, in the partial phase 1,

【0038】[0038]

【数9】 部分相2では、[Equation 9] In partial phase 2,

【0039】[0039]

【数10】 部分相3では、[Equation 10] In partial phase 3,

【0040】[0040]

【数11】 部分相4では、[Equation 11] In partial phase 4,

【0041】[0041]

【数12】 式(12)のZ変換をとると以下の通りとなる。[Equation 12] The Z transformation of equation (12) is as follows.

【0042】[0042]

【数13】 かくして、入力伝達関数は以下のようになる。[Equation 13] Thus, the input transfer function is

【0043】[0043]

【数14】 ノイズ伝達関数は式(7)と同じである。図5は、図4
Aに示した回路の入力基準入力伝達関数のプロットであ
る。図3Bに示した曲線は図4Aに示した回路にも当て
はまる。
[Equation 14] The noise transfer function is the same as equation (7). FIG. 5 shows FIG.
3 is a plot of the input reference input transfer function of the circuit shown in A. The curve shown in FIG. 3B also applies to the circuit shown in FIG. 4A.

【0044】図4Bは、図4Aに示したチョッパ付増幅
器48の概略図である。図4Bに示すように、演算増幅
器49は−及び+の入力を有し、これらは図1Bに示し
たチョッパ付増幅器と同じ態様で開閉される。増幅器4
9の正及び負の出力は、FCHOP信号により制御され
るスイッチ50,51により、また反転FCHOP信号
により制御されるスイッチ50´,51´により開閉さ
れる。
FIG. 4B is a schematic diagram of the chopper amplifier 48 shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 4B, operational amplifier 49 has negative and positive inputs, which are opened and closed in the same manner as the chopper amplifier shown in FIG. 1B. Amplifier 4
The positive and negative outputs of 9 are opened and closed by switches 50, 51 controlled by the FCHOP signal and by switches 50 ', 51' controlled by the inverted FCHOP signal.

【0045】図4Cは、本発明による完全差動型スイッ
チトキャパシタ積分器の別の実施例である。図4Cの実
施例では、入力キャパシタCIの第1の端子がそれぞ
れ、図4Aに示すように一方の入力信号ともう一方の入
力信号との間でなくて、入力信号(VINPまたはVI
NM)と信号グランドとの間に交互に接続される。
FIG. 4C is another embodiment of the fully differential switched capacitor integrator according to the present invention. In the embodiment of FIG. 4C, the first terminals of the input capacitors CI are not respectively between the one input signal and the other input signal as shown in FIG. 4A, but rather the input signal (VINP or VI).
NM) and signal ground alternately.

【0046】図6は、本発明によるスイッチトキャパシ
タ積分器を有するデルタ−シグマ型コンバータ52のブ
ロック図である。図6に示すように、入力信号VINは
加算回路53の正の入力に接続されている。加算回路の
出力はスイッチトキャパシタ積分器10の入力に接続さ
れている。スイッチトキャパシタ積分器10の出力は従
来型スイッチトキャパシタ積分器のブロック54の入力
に接続されてアナログループフィルタの残部を形成す
る。従来型スイッチトキャパシタ積分器のブロック54
の出力は量子化器55の入力に接続され、その出力はデ
ジタル出力信号DOUTを与える。このDOUT信号は
デジタル−アナログコンバータ56の入力に接続され、
このコンバータの出力が加算回路50の負の入力に接続
されている。
FIG. 6 is a block diagram of a delta-sigma converter 52 having a switched capacitor integrator according to the present invention. As shown in FIG. 6, the input signal VIN is connected to the positive input of the adder circuit 53. The output of the adder circuit is connected to the input of the switched capacitor integrator 10. The output of switched capacitor integrator 10 is connected to the input of block 54 of a conventional switched capacitor integrator to form the remainder of the analog loop filter. Block 54 of conventional switched capacitor integrator
Is connected to the input of quantizer 55, the output of which provides the digital output signal DOUT. This DOUT signal is connected to the input of the digital-analog converter 56,
The output of this converter is connected to the negative input of summing circuit 50.

【0047】動作について説明すると、入力信号VIN
は加算回路53のデジタル−アナログコンバータ56か
らのアナログ信号に加算され、この和がスイッチトキャ
パシタ積分器10の入力に結合される。後段の積分器
は、著しい低周波ノイズの発生に寄与しないため第1段
の積分器10だけが二重サンプル型である。上述したよ
うに、このスイッチトキャパシタ積分器10は増幅器1
2の低周波数ノイズによる障害を有効に減衰させ、また
二重サンプル積分器10が変調器のサンプリングレート
で断続されるため、積分器がサンプリングレートの半分
の周波数で断続される際生じるトーン機構がない。
To explain the operation, the input signal VIN
Is added to the analog signal from the digital-to-analog converter 56 of the adder circuit 53, and this sum is coupled to the input of the switched capacitor integrator 10. Since the integrator in the latter stage does not contribute to the generation of significant low frequency noise, only the integrator 10 in the first stage is a double sample type. As mentioned above, this switched capacitor integrator 10 is used in amplifier 1
2 effectively attenuates the low frequency noise impairments, and because the double sample integrator 10 is interrupted at the modulator sampling rate, the tone mechanism that occurs when the integrator is interrupted at half the sampling rate frequency is introduced. Absent.

【0048】スイッチトキャパシタ積分器10の出力は
従来型スイッチトキャパシタ積分器ブロック54により
フィルタリングされ、またこのスイッチトキャパシタ積
分器ブロック54の出力は量子化器55によって量子化
されて出力信号DOUTを与える。量子化器55の出力
は、デジタル−アナログコンバータ56においてアナロ
グ信号へ変換される。出力信号DOUTは普通、デジタ
ルデシメーションフィルタの入力に結合され、このフィ
ルタはDOUTのオーバサンプリングルしたシリアルビ
ット列を普通のデジタル信号に変換し、またDOUTを
フィルタリングする。
The output of switched capacitor integrator 10 is filtered by conventional switched capacitor integrator block 54, and the output of switched capacitor integrator block 54 is quantized by quantizer 55 to provide output signal DOUT. The output of the quantizer 55 is converted into an analog signal in the digital-analog converter 56. The output signal DOUT is typically coupled to the input of a digital decimation filter which converts the oversampled serial bit stream of DOUT into a regular digital signal and also filters DOUT.

【0049】図7は、本発明を用いる計装用増幅器のブ
ロック図である。図7に示すように、2つの差分入力信
号AINP及びAINMがそれぞれ2つのチョッパ安定
化差動増幅器60,62の正の入力に接続されている。
増幅器60,62の反転入力は抵抗64により互いに接
続され、また増幅器60の出力はフィードバック抵抗6
6を介して反転入力に接続されている。演算増幅器62
の出力はフィードバック抵抗68を介してその反転入力
に接続されている。増幅器60の出力は差動型二重サン
プル・デルターシグマコンバータ70のAIN+入力に
接続されている。
FIG. 7 is a block diagram of an instrumentation amplifier using the present invention. As shown in FIG. 7, two differential input signals AINP and AINM are respectively connected to the positive inputs of two chopper stabilized differential amplifiers 60 and 62.
The inverting inputs of the amplifiers 60 and 62 are connected together by a resistor 64, and the output of the amplifier 60 is a feedback resistor 6
It is connected to the inverting input via 6. Operational amplifier 62
Is connected to its inverting input via feedback resistor 68. The output of amplifier 60 is connected to the AIN + input of differential double sample delta-sigma converter 70.

【0050】増幅器62はデルタ−シグマコンバータ7
0のAIN−入力に接続されている。増幅器60,62
はデルタ−シグマコンバータ70のサンプリング周波数
で断続される。チョッパ安定化増幅器60,62はフリ
ッカノイズ及び低周波障害をサンプリング周波数と同じ
チョッピング周波数の奇数調波に変調し、またデルタ−
シグマコンバータ70の第1のフィルタ段のスイッチト
キャパシタ積分器は、この積分器の入力基準伝達関数が
図3Aで示すようにサンプリング周波数の奇数調波でゼ
ロ点を有するため、この変調されたノイズ及び障害を抑
制する。増幅器60,62はまた、入力信号AINP及
びAINMに対して高い入力インピーダンスを与える。
The amplifier 62 is a delta-sigma converter 7
0 connected to the AIN- input. Amplifier 60, 62
Are interrupted at the sampling frequency of the delta-sigma converter 70. The chopper stabilizing amplifiers 60 and 62 modulate flicker noise and low frequency interference into odd harmonics of the same chopping frequency as the sampling frequency, and also delta-
The switched-capacitor integrator of the first filter stage of the sigma converter 70 has this modulated noise and since the input reference transfer function of this integrator has a zero at the odd harmonics of the sampling frequency as shown in FIG. 3A. Control obstacles. Amplifiers 60 and 62 also provide high input impedance for input signals AINP and AINM.

【0051】図7の好ましい実施例においてデルタ−シ
グマコンバータ70の第1段はチョッパにより安定化さ
れるが、本発明はデルタ−シグマコンバータ70のいず
れの段もチョッパ安定化されない図7の例にも利用でき
る。即ち、変調されたノイズは、デルタ−シグマコンバ
ータ70のサンプリング周波数がチョッパ安定化差動増
幅器60,62のチョッピング周波数に等しく(または
チョッピング周波数を正の整数で割った値に等しい)、
またデルタ−シグマコンバータ70の入力サンプリング
周波数がチョッパ安定化差動増幅器60,62のチョッ
ピング周波数の2倍のとき、デルタ−シグマコンバータ
70において抑制される。
Although the first stage of the delta-sigma converter 70 is chopper stabilized in the preferred embodiment of FIG. 7, the present invention is based on the example of FIG. 7 where neither stage of the delta-sigma converter 70 is chopper stabilized. Is also available. That is, the modulated noise is such that the sampling frequency of delta-sigma converter 70 is equal to the chopping frequency of chopper stabilized differential amplifiers 60, 62 (or equal to the chopping frequency divided by a positive integer).
When the input sampling frequency of the delta-sigma converter 70 is twice the chopping frequency of the chopper-stabilized differential amplifiers 60 and 62, the delta-sigma converter 70 suppresses the sampling frequency.

【0052】図8は、図7に示したデルタ−シグマコン
バータ70のブロック図である。図8に示すように、入
力信号AINは加算回路78の正の入力に接続されてい
る。図8の入力AINは図7の差分入力信号AIN+及
びAIN−を表わすことを理解されたい。加算器78の
出力は第1の積分段80の入力に接続され、その積分段
の出力は第2の加算器82の正の入力に接続されてい
る。加算器82の出力は第2の積分器84の入力に接続
され、その積分器の出力は第3の積分器86の入力に接
続されている。積分器86の出力はBで示したフィード
バック素子88の入力に結合されている。フィードバッ
ク素子88の出力は加算器82の負の入力に接続されて
いる。積分器80の出力はA1で示したフィードフォワ
ード素子90の入力に接続されている。積分器84の出
力はA2で示した第2のフィードフォワード素子92の
入力に接続されている。
FIG. 8 is a block diagram of the delta-sigma converter 70 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the input signal AIN is connected to the positive input of the adder circuit 78. It should be appreciated that the input AIN of FIG. 8 represents the differential input signals AIN + and AIN- of FIG. The output of adder 78 is connected to the input of first integration stage 80, and the output of that integration stage is connected to the positive input of second adder 82. The output of the adder 82 is connected to the input of the second integrator 84, and the output of the integrator is connected to the input of the third integrator 86. The output of integrator 86 is coupled to the input of feedback element 88, labeled B. The output of feedback element 88 is connected to the negative input of adder 82. The output of the integrator 80 is connected to the input of the feedforward element 90 indicated by A1. The output of the integrator 84 is connected to the input of the second feedforward element 92 designated A2.

【0053】積分器86の出力は、A3で示した第3の
フィードフォワード素子94の入力に接続されている。
3つのフィードフォワード素子90,91,92からの
出力は加算器96で加算され、その加算器の出力は量子
化器またはコンパレータ98の正の入力に接続されてい
る。コンパレータ98の負の入力は、好ましい実施例の
このブロック図では信号グランドに接続された状態で示
してある。コンパレータ98の出力は出力信号DOUT
を与える。コンパレータ98の出力はまた、加算器78
の負の入力に接続される正の基準電圧VREF+と負の
基準電圧VREF−とを選択するスイッチ100を制御
するために用いられる。
The output of the integrator 86 is connected to the input of the third feedforward element 94 indicated by A3.
The outputs from the three feedforward elements 90, 91, 92 are added in an adder 96, the output of which is connected to the positive input of a quantizer or comparator 98. The negative input of comparator 98 is shown connected to signal ground in this block diagram of the preferred embodiment. The output of the comparator 98 is the output signal DOUT
give. The output of the comparator 98 is also the adder 78.
Used to control a switch 100 that selects between a positive reference voltage VREF + and a negative reference voltage VREF-, which are connected to the negative input of the.

【0054】図8に示すデルタ−シグマ変調器70は、
デルタ−シグマ変調器の技術分野でよく知られた原理に
したがって動作する三次変調器である。
The delta-sigma modulator 70 shown in FIG.
It is a third-order modulator that operates according to principles well known in the delta-sigma modulator art.

【0055】図9及び図10は、図8に示したデルタ−
シグマ変調器70の概略図である。図9に示すように、
入力信号AIN+及びAIN−は第1のキャパシタ素子
の前で図4Aで示すような態様で交差結合されている。
これらはブロック102で示すスイッチによって交差結
合される。図9及び図10の演算増幅器104,10
6,108は、図8に示した積分器80,84,86の
能動素子をそれぞれ形成する。図8のフィードバック素
子88は図10において素子88´及び88″として示
した差動フィードバック素子である。同様に、フィード
フォワード素子90,92,94は、図10においてそ
れぞれ素子90´,90″,92´,92″,94´,
94″として示してある。
9 and 10 show the delta-value shown in FIG.
6 is a schematic diagram of a sigma modulator 70. FIG. As shown in FIG.
The input signals AIN + and AIN- are cross-coupled in front of the first capacitor element in the manner shown in FIG. 4A.
These are cross-coupled by the switches shown in block 102. The operational amplifiers 104 and 10 of FIGS.
Reference numerals 6 and 108 form the active elements of the integrators 80, 84 and 86 shown in FIG. The feedback element 88 of FIG. 8 is a differential feedback element shown as elements 88 'and 88 "in FIG. 10. Similarly, the feedforward elements 90, 92, 94 are elements 90', 90", respectively in FIG. 92 ', 92 ", 94',
It is shown as 94 ".

【0056】図11は、図9及び図10に示したスイッ
チのタイミング図である。矢印は信号S1−S4、SA
−SDの相境界におけるスイッチングシーケンスを示
す。信号FCHOPは、演算増幅器104、計装用増幅
器60,62の入力及び出力をチョッピングまたは断続
するために用いられるチョッピング信号である。
FIG. 11 is a timing diagram of the switches shown in FIGS. 9 and 10. Arrows indicate signals S1-S4, SA
-Shows a switching sequence at the SD phase boundary. The signal FCHOP is a chopping signal used for chopping or chopping the inputs and outputs of the operational amplifier 104 and the instrumentation amplifiers 60 and 62.

【0057】積分器80は、その演算増幅器104がサ
ンプリング周波数で断続される離散時間積分器であるこ
とが分かる。この離散時間回路においてサンプリングレ
ートで断続できるのは、変調器のサンプリングレートの
2倍で入力信号を二重サンプリングするタイミング信号
S1−S4による。かくして、この回路は、トーンを導
入せず、または離散時間積分器の前に連続時間積分器を
設けることを必要とせずに、チョッパ安定化増幅器のフ
リッカノイズ及び低周波数障害を除去できるという利点
を有する。
It can be seen that integrator 80 is a discrete time integrator whose operational amplifier 104 is interrupted at the sampling frequency. This discrete time circuit can be intermittently operated at the sampling rate by the timing signals S1 to S4 which double-sample the input signal at twice the sampling rate of the modulator. Thus, this circuit has the advantage of eliminating flicker noise and low frequency disturbances in a chopper-stabilized amplifier without introducing tones or requiring a continuous-time integrator before the discrete-time integrator. Have.

【0058】図12は、図9に示したチョッパ増幅器1
04の好ましい実施例の概略図である。図12に示すよ
うに、差分入力信号INP,INMはタイミング信号C
H3,CH4により増幅器104の入力でスイッチング
される。増幅器104の差分出力はまたタイミング信号
CH1,CH2によりスイッチングされる。増幅器それ
自体は、B1−B6がバイアス電圧であり、またB1C
Mが入力信号としてVOUTP及びVOUTNを受ける
共通モード増幅器(図示せず)により駆動されるバイア
ス電圧である、当該技術分野においてよく知られた設計
である。B1CMは、増幅器の共通モード出力をVDD
とVSSの間の実質的に半分のレベルに維持するように
動作する。図13は、図11にも示したFCHOPに関
連するCH1−CH4のタイミング関係を示す。
FIG. 12 is a circuit diagram of the chopper amplifier 1 shown in FIG.
Figure 4 is a schematic diagram of a preferred embodiment of 04. As shown in FIG. 12, the differential input signals INP and INM are the timing signals C.
It is switched at the input of the amplifier 104 by H3 and CH4. The differential output of amplifier 104 is also switched by timing signals CH1 and CH2. In the amplifier itself, B1-B6 are bias voltages, and B1C
A design well known in the art, where M is a bias voltage driven by a common mode amplifier (not shown) that receives VOUTP and VOUTN as input signals. B1CM is the common mode output of the amplifier VDD
To maintain substantially half the level between V and VSS. FIG. 13 shows the timing relationship of CH1-CH4 related to FCHOP shown in FIG.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1Aは、本発明によるスイッチトキャパシタ
積分器の概略図である。図1Bは、図1Aに示したチョ
ッパ付増幅器の概略図である。図1Cは、図1Aに示し
たスイッチトキャパシタ積分器のタイミング図である。
FIG. 1A is a schematic diagram of a switched capacitor integrator according to the present invention. FIG. 1B is a schematic diagram of the chopper amplifier shown in FIG. 1A. FIG. 1C is a timing diagram of the switched capacitor integrator shown in FIG. 1A.

【図2】図2A、2B、2C、2Dは、1つのサンプリ
ング期間に亘るサイクル積分器動作の4つの部分相の各
々における図1Aのスイッチトキャパシタ積分器の概略
図である。
2A, 2B, 2C, 2D are schematic diagrams of the switched capacitor integrator of FIG. 1A in each of four sub-phases of cycle integrator operation over one sampling period.

【図3】図3Aは、図1Aのスイッチトキャパシタ積分
器の入力伝達関数をプロットしたものである。図3B
は、図1Aのスイッチトキャパシタ積分器のノイズ伝達
関数をプロットしたものである。
3A is a plot of the input transfer function of the switched capacitor integrator of FIG. 1A. Figure 3B
2 is a plot of the noise transfer function of the switched capacitor integrator of FIG. 1A.

【図4】図4Aは、本発明による完全差動型スイッチト
キャパシタ積分器の概略図である。図4Bは、図4Aに
示したチョッパ付増幅器の概略図である。図4Cは、本
発明による完全差動型スイッチトキャパシタ積分器の別
の実施例の概略図である。
FIG. 4A is a schematic diagram of a fully differential switched capacitor integrator according to the present invention. FIG. 4B is a schematic diagram of the chopper amplifier shown in FIG. 4A. FIG. 4C is a schematic diagram of another embodiment of a fully differential switched capacitor integrator according to the present invention.

【図5】図5は、図4Aに示したスイッチトキャパシタ
積分器の入力伝達関数をプロットしたものである。
FIG. 5 is a plot of the input transfer function of the switched capacitor integrator shown in FIG. 4A.

【図6】図6は、本発明によるスイッチトキャパシタ積
分器を含むデルタ−シグマコンバータのブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram of a delta-sigma converter including a switched capacitor integrator according to the present invention.

【図7】図7は、本発明によるスイッチトキャパシタ積
分器を有するデルタ−シグマコンバータを備えた本発明
の実施例のブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of the present invention with a delta-sigma converter having a switched capacitor integrator according to the present invention.

【図8】図8は、図7に示したデルタ−シグマコンバー
タのブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of the delta-sigma converter shown in FIG. 7.

【図9】図9は、図8に示したデルタ−シグマコンバー
タの概略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of the delta-sigma converter shown in FIG.

【図10】図10は、図8に示したデルタ−シグマコン
バータの概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of the delta-sigma converter shown in FIG.

【図11】図11は、図9及び図10に示したスイッチ
のタイミング図である。
FIG. 11 is a timing diagram of the switches shown in FIGS. 9 and 10.

【図12】図12は、図9に示したチョッパ付増幅器の
概略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram of the chopper amplifier shown in FIG. 9.

【図13】図13は、図12に示したチョッパ付増幅器
のタイミング図である。
FIG. 13 is a timing diagram of the chopper amplifier shown in FIG. 12.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 スイッチトキャパシタ積分器 12 チョッパ安定化差動演算増幅器 14 フィードバックキャパシタ 36 入力キャパシタ 42,43 演算増幅器 45 非反転増幅器 46 反転増幅器 48 完全差動型チョッパ安定化増幅器 49 演算増幅器 53 加算回路 55 量子化器 56 デジタル−アナログコンバータ 60,62 チョッパ安定化差動増幅器 70 デルタ−シグマコンバータ 10 Switched Capacitor Integrator 12 Chopper Stabilized Differential Operational Amplifier 14 Feedback Capacitor 36 Input Capacitor 42,43 Operational Amplifier 45 Non-Inverted Amplifier 46 Inverted Amplifier 48 Fully Differential Chopper Stabilized Amplifier 49 Operational Amplifier 53 Summing Circuit 55 Quantizer 56 Digital-Analog Converter 60,62 Chopper Stabilized Differential Amplifier 70 Delta-Sigma Converter

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サンプリングを受ける出力とチョッパ安
定化増幅器とを有し、前記増幅器が出力のサンプリング
周波数より大きいかそれに実質的に等しい周波数で断続
されることを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
1. A switched capacitor circuit having an output to be sampled and a chopper stabilizing amplifier, said amplifier being discontinuous at a frequency greater than or substantially equal to the sampling frequency of the output.
【請求項2】 スイッチトキャパシタ回路が積分器回路
であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチトキ
ャパシタ回路。
2. The switched capacitor circuit according to claim 1, wherein the switched capacitor circuit is an integrator circuit.
【請求項3】 積分器が二重サンプル積分器であること
を特徴とする請求項2に記載のスイッチトキャパシタ回
路。
3. The switched capacitor circuit of claim 2, wherein the integrator is a double sample integrator.
【請求項4】 スイッチトキャパシタ回路が完全差動型
であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチトキ
ャパシタ回路。
4. The switched capacitor circuit according to claim 1, wherein the switched capacitor circuit is a fully differential type.
【請求項5】 入力端子で入力信号を受け出力信号を与
えるスイッチトキャパシタ回路であって、 (a)第1及び第2の入力と出力とを有し、第1及び第
2のチョッピング状態を持つように構成されたチョッパ
付増幅器と、 (b)増幅器の前記出力と増幅器の前記第1の入力との
間に結合されたフィードバックキャパシタと、 (c)第1の端子が前記入力端子と信号グランドに選択
的に結合され、第2の端子が増幅器の前記第1の入力と
信号グランドに選択的に結合される入力キャパシタとよ
りなり、 (d)前記キャパシタが交番的に、(i) 前記入力端子の
信号へ充電され且つ(ii)増幅器の前記第1の入力に結合
されることにより増幅器の各チョッピング状態の間その
電荷をフィードバックキャパシタへ転送し、 (e)前記増幅器の出力が増幅器のチョッピング周波数
より低いか或いはそれと実質的に等しい周波数でサンプ
リングされて前記出力信号を与えることを特徴とするス
イッチトキャパシタ回路。
5. A switched capacitor circuit which receives an input signal at an input terminal and provides an output signal, comprising: (a) first and second inputs and outputs, and first and second chopping states. An amplifier with a chopper configured as described above, (b) a feedback capacitor coupled between the output of the amplifier and the first input of the amplifier, and (c) the first terminal being the input terminal and the signal ground. An input capacitor selectively coupled to the first input of the amplifier and a second terminal of which is selectively coupled to signal ground; (d) the capacitors alternating; (i) the input. Charged to the signal at the terminal and (ii) transferred to the feedback capacitor during each chopping state of the amplifier by being coupled to the first input of the amplifier, and (e) the output of the amplifier is increased. Switched capacitor circuits or lower than the chopping frequency of the vessel or it and is sampled at a frequency substantially equal, characterized in that providing said output signal.
【請求項6】 第1及び第2の入力端子でそれぞれ第1
及び第2の入力信号を受けてそれぞれ第1及び第2の出
力信号を与えるスイッチトキャパシタ回路であって、 (a)第1及び第2の入力と第1及び第2の出力とを有
し、第1及び第2のチョッピング状態を持つように構成
されたチョッパ付増幅器と、 (b)増幅器の前記第1の出力と前記第1の入力との間
に結合された第1のフィードバックキャパシタ、及び前
記第2の出力と前記第2の入力との間に結合された第2
のフィードバックキャパシタと、 (c)第1の端子が前記第1の入力端子と前記第2の入
力端子とに選択的に結合され、第2の端子が増幅器の前
記第1の入力と信号グランドとに選択的に結合される第
1の入力キャパシタとよりなり、 (d)前記第1のキャパシタが交番的に、(i) 前記第1
の入力端子の信号に充電され且つ(ii)増幅器の前記第1
の入力及び前記第2の入力端子に結合されることにより
増幅器の各チョッピング状態の間その電荷を前記第1の
フィードバックキャパシタに転送し、 (e)第1の端子が前記第1の入力端子と前記第2の入
力端子との間に選択的に結合され、第2の端子が増幅器
の前記第2の入力端子と信号グランドとの間に選択的に
結合される第2の入力キャパシタを有し、 (f)前記第2のキャパシタが交番的に、(i) 前記第2
の入力端子の信号に充電され且つ(ii)増幅器の前記第2
の入力及び前記第1の入力端子に結合されることにより
増幅器の各チョッピング状態の間前記第2のフィードバ
ックキャパシタへその電荷を転送し、 (g)増幅器の前記第1及び第2の出力が増幅器のチョ
ッピング周波数より低いか或いはそれに実質的に等しい
周波数でサンプリングされて前記第1及び第2の出力信
号をそれぞれ与えることを特徴とするスイッチトキャパ
シタ回路。
6. The first and second input terminals each have a first
And (a) a switched capacitor circuit for receiving a first input signal and a second output signal, respectively, and (a) having first and second inputs and first and second outputs, A chopper amplifier configured to have first and second chopping states; (b) a first feedback capacitor coupled between the first output of the amplifier and the first input; and A second coupled between the second output and the second input
(C) a first terminal is selectively coupled to the first input terminal and the second input terminal, and a second terminal is connected to the first input of the amplifier and the signal ground. A first input capacitor selectively coupled to: (d) the first capacitor is alternating; (i) the first input capacitor;
Is charged to the signal at the input terminal of the amplifier and (ii) the first of the amplifiers
Input to the first input capacitor and the second input terminal to transfer its charge to the first feedback capacitor during each chopping state of the amplifier, where (e) the first terminal is connected to the first input terminal. A second input capacitor selectively coupled to the second input terminal, the second terminal selectively coupled to the second input terminal of the amplifier and signal ground. , (F) the second capacitors are alternating, (i) the second capacitors
Is charged with the signal at the input terminal of the amplifier and (ii) the second amplifier
Of the charge to the second feedback capacitor during each chopping state of the amplifier by being coupled to the input of the amplifier and the first input terminal, and (g) the first and second outputs of the amplifier are A switched capacitor circuit which is sampled at a frequency lower than or substantially equal to the chopping frequency of 1 to provide the first and second output signals, respectively.
【請求項7】 第1及び第2の入力端子でそれぞれ第1
及び第2の入力信号を受けて第1及び第2の出力端子で
それぞれ第1及び第2の出力信号を与えるスイッチトキ
ャパシタ回路であって、 (a)第1及び第2の入力と第1及び第2の出力とを有
し、第1及び第2のチョッピング状態を持つように構成
されたチョッパ付増幅器と、 (b)増幅器の前記第1の出力と前記第1の入力との間
に結合されたフィードバックキャパシタ、及び増幅器の
前記第2の出力と前記第2の入力との間に結合された第
2のフィードバックキャパシタと (c)第1の端子が前記第1の入力端子と信号グランド
に選択的に結合され、第2の端子が増幅器の前記第1の
入力と信号グランドに選択的に結合される第1の入力キ
ャパシタとよりなり、 (d)前記第1の入力キャパシタが交番的に、(i) 前記
第1の入力端子の信号へ充電され且つ(ii)増幅器の前記
第1の入力に結合されることにより増幅器の各チョッピ
ング状態の間その電荷を第1のフィードバックキャパシ
タへ転送し、 (e)第1の端子が前記第2の入力端子と信号グランド
に選択的に結合され、第2の端子が増幅器の前記第2の
入力と信号グランドに選択的に結合される第2の入力キ
ャパシタを有し、 (f)前記第2の入力キャパシタが交番的に、(i) 前記
第2の入力端子の信号へ充電され且つ(ii)増幅器の前記
第2の入力に結合されることにより増幅器の各チョッピ
ング状態の間その電荷を第2のフィードバックキャパシ
タへ転送し、 (g)増幅器の前記第1及び第2の出力が増幅器のチョ
ッピング周波数より低いか或いはそれと実質的に等しい
周波数でサンプリングされて前記第1及び第2の出力信
号を与えることを特徴とするスイッチトキャパシタ回
路。
7. The first and second input terminals each have a first
And a second input signal to receive first and second output signals at the first and second output terminals, respectively, comprising: (a) first and second inputs and first and second A chopper amplifier having a second output and configured to have first and second chopping states; and (b) coupling between the first output and the first input of the amplifier. And a second feedback capacitor coupled between the second output of the amplifier and the second input, and (c) a first terminal to the first input terminal and signal ground. A first input capacitor that is selectively coupled and has a second terminal that is selectively coupled to the first input of the amplifier and signal ground; and (d) the first input capacitor is alternating. , (I) of the first input terminal (Ii) is coupled to the first input of the amplifier to transfer its charge to a first feedback capacitor during each chopping state of the amplifier; Two input terminals and a second input capacitor selectively coupled to the signal ground and a second terminal selectively coupled to the second input of the amplifier and the signal ground; Two input capacitors are alternately charged (i) to the signal at the second input terminal and (ii) coupled to the second input of the amplifier to transfer its charge during each chopping state of the amplifier. A second feedback capacitor, and (g) the first and second outputs of the amplifier are sampled at a frequency below or substantially equal to the chopping frequency of the amplifier to produce the first and second outputs. A switched capacitor circuit characterized by giving a force signal.
【請求項8】 複数の直列結合離散時間積分段よりな
り、少なくとも1つの積分段が残りの積分段のサンプリ
ング周波数より高いかまたはそれと実質的に等しい周波
数でチョッパ安定化されることを特徴とするアナログフ
ィルタ。
8. A series-coupled discrete-time integration stage, wherein at least one integration stage is chopper-stabilized at a frequency above or substantially equal to the sampling frequency of the remaining integration stages. Analog filter.
【請求項9】 前記少なくとも1つの積分段が前記複数
の直列結合離散時間積分段の第1の積分段であることを
特徴とする請求項8に記載のアナログフィルタ。
9. The analog filter of claim 8, wherein the at least one integration stage is the first integration stage of the plurality of series coupled discrete time integration stages.
【請求項10】 前記第1の積分段が二重サンプル積分
器であることを特徴とする請求項9に記載のアナログフ
ィルタ。
10. The analog filter of claim 9, wherein the first integration stage is a double sample integrator.
【請求項11】 アナログ−デジタル変調器の複数の直
列結合離散時間積分器であって、前記積分器の少なくと
も1つが残りの積分器のサンプリング周波数より高いか
またはそれと実質的に等しい周波数でチョッパ安定化さ
れる増幅器を含むことを特徴とする積分器。
11. A plurality of series-coupled discrete-time integrators of analog-to-digital modulators, wherein at least one of said integrators is chopper-stabilized at a frequency above or substantially equal to the sampling frequency of the remaining integrators. An integrator, comprising an amplifier to be integrated.
【請求項12】 前記少なくとも1つの積分器が前記複
数の直列結合離散時間積分器のうちの第1の積分器であ
ることを特徴とする積分器。
12. The integrator according to claim 1, wherein the at least one integrator is a first integrator of the plurality of serially coupled discrete time integrators.
【請求項13】 アナログループフィルタに結合された
加算回路を含み、その出力が量子化器に結合され、その
出力がデジタル−アナログコンバータに結合され、その
出力が前記加算回路の1つの入力に結合され、前記加算
回路の第2の入力がアナログ入力信号を受け、前記アナ
ログループフィルタが複数の直列結合離散時間積分器よ
りなり、前記積分器のうちの第1の積分器が残りの積分
器のサンプリング周波数より高いかまたはそれと実質的
に等しい周波数でチョッパ安定化されることを特徴とす
るアナログ−デジタル変調器。
13. An adder circuit coupled to an analog loop filter, the output of which is coupled to a quantizer, the output of which is coupled to a digital-to-analog converter, the output of which is coupled to one input of the adder circuit. A second input of the adder circuit receives an analog input signal, the analog loop filter comprises a plurality of series coupled discrete time integrators, and a first of the integrators is of the remaining integrators. An analog-to-digital modulator characterized in that it is chopper-stabilized at a frequency higher than or substantially equal to the sampling frequency.
【請求項14】 前記第1の積分器が二重サンプル積分
器であることを特徴とする請求項13に記載のアナログ
−デジタル変調器。
14. The analog-to-digital modulator of claim 13, wherein the first integrator is a double sample integrator.
【請求項15】 入力端子と出力端子を有する増幅器で
あって、 (a)前記入力端子に結合され、チョッピング周波数で
望ましくないノイズを発生する第1のチョッパ安定化回
路と、 (b)前記第1のチョッパ安定化回路の出力と前記出力
端子との間に結合されたスイッチトキャパシタ回路とよ
りなり、 前記スイッチトキャパシタ回路の入力が前記第1のチョ
ッパ安定化回路のチョッピング周波数の2倍であって前
記スイッチトキャパシタ回路の出力サンプリング周波数
のM倍の周波数でサンプリングされ、Mは2より大きい
かそれに等しい正の整数であり、かくして前記第1のチ
ョッパ安定化回路からの望ましくないノイズを有効に減
衰するノイズ伝達関数が得られることを特徴とする増幅
器。
15. An amplifier having an input terminal and an output terminal, comprising: (a) a first chopper stabilizing circuit coupled to the input terminal for generating undesired noise at a chopping frequency; and (b) the first chopper stabilizing circuit. A switched capacitor circuit coupled between the output of the first chopper stabilizing circuit and the output terminal, wherein the input of the switched capacitor circuit is twice the chopping frequency of the first chopper stabilizing circuit. Sampled at a frequency M times the output sampling frequency of the switched capacitor circuit, M being a positive integer greater than or equal to 2, thus effectively attenuating unwanted noise from the first chopper stabilization circuit. An amplifier characterized in that a noise transfer function is obtained.
【請求項16】 前記スイッチトキャパシタ回路が、前
記第1のチョッパ安定化回路と実質的に等しい周波数で
且つ前記スイッチトキャパシタ回路の出力サンプリング
周波数と実質的に等しい周波数で断続されるチョッパ安
定化増幅器を含むことを特徴とする請求項15に記載の
増幅器。
16. A chopper stabilizing amplifier in which the switched capacitor circuit is discontinuous at a frequency substantially equal to the first chopper stabilizing circuit and at a frequency substantially equal to an output sampling frequency of the switched capacitor circuit. The amplifier of claim 15 including:
【請求項17】 入力信号をフィルタリングする方法で
あって、 (a)入力信号をサンプリングしてそのサンプリングさ
れた信号を入力キャパシタへ蓄積し、 (b)サンプリングされた信号を、チョッパ付増幅器の
出力と第1の入力との間に結合されたフィードバックキ
ャパシタへ、その増幅器が第1のチョッピング状態にあ
るとき転送し、 (c)ステップ(a)を繰り返し、 (d)サンプリングされた信号を、チョッパ付増幅器の
前記出力と前記第1の入力との間に結合された前記フィ
ードバックキャパシタへ、その増幅器が第2のチョッピ
ング状態にあるとき転送し、 (e)前記増幅器の出力をサンプリングしてフィルタ済
み出力信号を与えるステップよりなり、 前記出力が前記第1及び第2のチョッピング状態の繰り
返しレートと実質的に等しい周波数でサンプリングされ
ることを特徴とする方法。
17. A method of filtering an input signal, comprising: (a) sampling the input signal and storing the sampled signal in an input capacitor; and (b) outputting the sampled signal to an output of a chopper amplifier. To a feedback capacitor coupled between the input and the first input when the amplifier is in the first chopping state, (c) repeating step (a), and (d) sampling the signal to the chopper. A forwarded amplifier to the feedback capacitor coupled between the output and the first input when the amplifier is in the second chopping state, and (e) sampling the output of the amplifier and filtering it. Providing an output signal, wherein the output is a repetition rate and an actual value of the first and second chopping states. A method characterized by being sampled at qualitatively equal frequencies.
【請求項18】 入力信号をフィルタリングする方法で
あって、 (a)入力信号をサンプリングしてそのサンプリングさ
れた信号を入力キャパシタへ蓄積し、 (b)サンプリングされた信号を、チョッパ付増幅器の
出力と第1の入力との間に結合されたフィードバックキ
ャパシタへ、その増幅器が第1のチョッピング状態にあ
るとき転送し、 (c)ステップ(a)を繰り返し、 (d)サンプリングされた信号を、チョッパ付増幅器の
前記出力と前記第1の入力との間に結合された前記フィ
ードバックキャパシタへ、その増幅器が第2のチョッピ
ング状態にあるとき転送し、 (e)ステップ(a)乃至(d)を逐次的に繰り返し、 (f)前記増幅器の出力を周期的にサンプリングしてフ
ィルタ済み出力信号を与えるステップよりなり、 前記出力がFCHOP/Nと実質的に等しい周波数でサ
ンプリングされ、Nが正の整数であり、FCHOPが前
記第1及び第2のチョッピング状態の繰り返しレートで
あることを特徴とする方法。
18. A method for filtering an input signal, comprising: (a) sampling the input signal and storing the sampled signal in an input capacitor; and (b) outputting the sampled signal to an output of a chopper amplifier. To a feedback capacitor coupled between the input and the first input when the amplifier is in the first chopping state, (c) repeating step (a), and (d) the sampled signal. To the feedback capacitor coupled between the output of the differential amplifier and the first input when the amplifier is in the second chopping state, and (e) steps (a) to (d) are sequentially And (f) periodically sampling the output of the amplifier to provide a filtered output signal, Force is sampled at fchop / N substantially equal frequency, N is a positive integer, wherein the fchop is a repeat rate of the first and second chopping state.
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