TW200903990A - Autozeroing current feedback instrumentation amplifier - Google Patents

Description

200903990 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明《施例大體上係關於電流回授儀表放大器的領 域。 本專利申凊案係關於下面的共同待審美國專利申請 案.「自動歸零流回授儀表放大器」，其律師檔案編號為 C P06 8 26D01，该案與本案同時提申，已受讓給本案之 受讓人，且本文以引用的方式將其明確併入。 【先前技術】 儀表放大器常用來放大小額差動輸入電壓，同時拒斥 共模輸人電壓。此等放大器所希的特點為結合低輸入電流 的低輸入參考偏移電壓。低輸人電流可藉由使用一刪 輸入級來達成·’不過，此輸入級通常會導致高偏移電壓。 儀表放大器的另-所希特點為它們的輸入範圍包含負 供應轨，俾使它們可在單供應系統中被連接至—接地訊號 源。這並無法利用一習知的3運算放大器儀表放大器拓樸 來達成。 此限制在某種程度上已經藉由使用一具有pM〇s輸入 電晶體的電流回授拓樸來克服。該等_s電晶體會將該 差動輸入電壓傳送至一被連接在它們源極之間電阻器，從 而造成-與該差動輸入電壓成正比的電流。該等_s電 晶體同時會提供必要的共模位準偏移以便能夠利用位於接 6 200903990 地位i6 /½ ,, 处的輪入電壓來達成此電壓至電流轉換。在該放大 器白A甘.λ. " °。 /、匕邛分中’會使用一第二電阻器將已產生的電流轉 換回一輪出電壓。 圖1所示的係一習知的電流回授儀表放大器丨〇〇的方 2圖。差動輪入電壓Vin會藉由跨導放大器g2被轉換成一 电流。如上面所述，放大器g2具有PMOS輸入電晶體，它 們可讓該放大器感測負供應軌處的輸入訊號。輪出電壓 R參考電壓Vref之間的差值會藉由一分阻器（其係由心與 2所組成）而被縮降，用以提供一回授電壓 m ^ ^ ^ fb此凹扠电 :“施加至一第二跨導放大器g3。由輸出級&所封閉的 :授迴路會確保g3的輸出電流等於&的輸出電流。應該 白的係’該輸出級（本文中顯示為單—米勒補償跨導級） 際上可能係由多個級所組成。倘若該等兩個跨導放大器 h與g3相等的話，vfb會等於v , □ ^ fb H哥π vin且所以，該輸出電壓會 I於： (1)

Vout = Vref+(Rl+R2)/R2 * V· 以 於更-般的情況中，該等兩個跨導並不相等，所 出電壓會等於： (2) 電壓之外，放大器 至軌地擺盡，這在 v〇ut=Vref+g2/g3 . (R,+R2)/r2 . γ.η 除了其能夠感測負供應轨處的輸入 1〇〇引人注目的特點係其之輸出能夠軌 低•電壓應用中非常重要。 200903990 不過，電路100的缺點係，跨導放大器gs與g3的偏 移會直接加入輸入電壓中’所以，必須要被補償。圖2所 示的係一習知放大器200 ’其會運用新增在與g3之輸入 處的截波切換器210與220週期性地反轉輪入與回授訊號 的極性。位於輸出級之輸入處的一額外截波切換器23〇則 會儲存原始的極性。此配置會有效地將該等跨導放大器的 偏移調整至截波頻率處，原則上’其可在該處被渡除。 使用截波來消除電流回授儀表放大器中的偏移的—重 大缺點係，經過調整的偏移會在該放大器200的輸出處造 成假性（spurious)AC訊號。舉例來說，該放大器2〇〇的輸 出實際上可能會呈現一鋸齒訊號。因為—儀表放大器的： 出通常會藉由一類比至數位轉換器來取樣，所以，除非此 假性訊號被濾除，否則便可能會造成測量誤差。習知的施 行方式已經試圖藉由使用一連續的（未經過截波的）前授路 徑及各種額外的偏移補償迴路來降低與過濾該些假性訊 號。不過’這卻會造成一非常龐大且複雜的系統。 使用截波的另-項重大缺點係，輸入源會曝露在由跨 導放大器g2的輸入電容Cw所組成的切換式電容性負載 中。由於週期性極性反轉的關係，此輸入電容必須被交替 地充電至相關聯的電流則會造成輸人偏移電 流。實際上，這會將該儀表放大器（舉例來說，放a|§2()()) 的輸入阻抗降低至：

Rin=l/(2 * fch〇p * Cin2) (3) 200903990 對及典型數值來說，該輸入阻 抗，50ΜΩ。相反地，具有刪輸人㈣錢式儀表放 大器則通常會達到1 〇 G Ο 士 ϊ榮& n + J 10GDA小等級的輸入阻抗。因截波所 造成的小阻抗在讀出高阻技％缺、、s。士 间阻抗5fl唬源時可能會導致嚴重的掸 益誤差。雷同的問題會出現在跨導放大器&的輸入處，^ 之輸入電容CIn3代表對該回授網路的切換式負載。 因此，習知的電流回授儀表放大器並未提供一種簡翠 的方式來降低輸入偏移，而同時維持 、 輸出處的假性訊號。 、m Αϋέ_lit免 【發明内容】 八本發明内容係用來以簡化的形式來介紹經過挑選的概 念’該等概念將會在下面的實施方式中作進一乂 ：： 關鍵特點或基本特點，复 要内合的 茫… /、用心亦並非用來限制本發明所主 張之主要内容的範疇。 本發明的一實施例係一 大器包含：-輸㈣h I儀表放大卜該儀表放 輸出級，用於產生一輪 其會耦合該輸出級.以芬一一 堅，一低頻路徑， 在-特殊頻变、路徑，其會耦合該輸出級。 在特殊頻率以上的頻率處，該高 …在該特殊頻率以下的頻率處=配=頻路 高頻路徑。該低頻路徑包含：一幹入以低頻路佐會支配該 輸入並且據以產a . 輸入級，用以感測一差動 骡以產生一中間電流；— 輸入級與輪出 口杈級，其會耦合該等 出級’相授級係用於以該輸出電壓為基礎來 200903990 產生-回授電流；以及-自動歸零電路，其會輕合該等輸 入級、回授級、以及輸出級，該自動歸零電路係用來產生 —零化電流（nulling current)。該零化電流會補償因該等輸 入級與回授級中之輸入偏移而在該等中間電流與回授電流 中所造成的誤差。 因此’本發明的實施例提供技術以便讓儀表放大器具 有非常低的輸入參考偏移、低輸入電流、以及在輸出處具 有低位準假性切換訊號。除此之外，藉由新增—高頻前授 ί 路徑還可進一步降低假性訊號。 【實施方式】 現在將詳細參考本發明的較佳實施例，本發明的範例 均圖解在隨附的圖式中。雖然本發明將配合較佳的實施例 來作說明；不過，應該瞭解的係，它們的用意並非要將本 發明限制在該些實施例。相反地，本發明希望涵蓋可能内 含在如申請專利範圍所定義之本發明的精神與範疇内的替 ν 代例、修正例、以及等效例。再者，於本發明的詳細說明 中亦提出數種明確細節，以便完全瞭解本發明。不過，熟 習本技術的人士便會明白，即使沒有該些明確細節仍可實 行本發明。於其它實例中’並不會詳細說明眾所熟知的方 法、程序、組件、以及電路，以免不必要地混淆本發明的 觀點。 概要說明 一般來說’本發明的實施例提供技術用以降低電流回 200903990 授儀表放大器中的輸入偏移。該項技術涉及使用自動歸零 電路系統，用以零化一輸入級的偏移。於一實施例中，會 藉由週期性地切入該自動歸零電路系統中來達成此目的。 因此，本發明的實施例能夠達成非常低的輸入參考偏移、 低輸入電流、以及在輸出處具有低位準假性切換訊號的目 的。除此之外，藉由新增一高頻前授路徑還可進一步降低 假性訊號。 根據各實施例的示範性電路 圖3所示的係根據本發明各實施例的一電流回授放大 器300的方塊圖。放大器3〇〇包含一輸入級32〇、一輸出 級310、一回授級33〇、以及一回授網路。該回授網路 可運作用以從輸出電壓及參考電壓Vw處產生一回授 電壓Vfb，亚且因而會定義該放大器的增益。放大器3⑽ 的優點係還包含一自動歸零電路34〇，其會被耦合至該輸 入級32G、讀出級31()、以及該回授級33q。該自動歸零 電路34G可運作用以在_對應於—放大階段的放大組態及 -：應於-自動歸零階段的自動歸零組態之間來切換該放 大3 〇〇於放大階段期間，該放大器3 00可運作用以實 知正常的放大運算。於自動歸零階段期間，該自動歸零電 可運作用以零化由該輸入級32〇及該回授級33〇所 產生的偏移電流。 ;貫鈀例中該自動歸零電路340會藉由將該輸入 、’及；320及該回授級33()的輸人短路至各別的共模電壓來零 化》亥等偏移電流。接著，該自動歸零電路州可能會測量 200903990 由忒輸入級320及該回授級33〇所產生的對應偏移電流並 且據以產生一零化電流。該零化電流會用來補償由該輸入 級320及該回授級33〇所產生的偏移電流。 虽该自動歸零電路340將該放大器3〇〇切換回到放大 組嘘時，忒自動歸零電路340會繼續產生該零化電流，從 而降低甚至消除該放大器3〇〇中的偏移。於一實施例中， 该自動歸零電@ 34G會週期性地在放大組態與自動歸零级 恶之間進行切換，以便週期性地再校正該零化電流。 應該明白的係，可以數種方式來達成放大器3〇〇。舉 例來說’ II 4所*的係根據本發明各實施例的-電流回授 放大器400的電路圖。於放大器4〇〇中跨導放大器々η 係充當一輸出級，例如放大器3〇〇令的輪出級31〇;跨導 放大器4U係充當一輸入級，例如放大器3〇〇的輸入級 3 20，跨導放大器413係充當一回授級，例如放大器3〇〇 的回授級330 ;而電阻器461與462則係充當一回授網路， 例如放大器300的回授網路35〇。雖然本發明的實施例可 能係參考單一跨導放大器來作說明；不過，應該明白的係， 本發明的實施例並不受限於此。舉例來說，可以使用具有 適當頻率補償的多級串接來取代該單一跨導放大器4ιι， :便達到更高的增益。電容n 451肖452係充當跨導放大 為411的頻率補償器，從而形成一米勒補償輸出級。電阻 器461與462，連同參考電壓Vref，會一起以輸出電 為基礎來產生回授電壓Vfb〇Vfb會當成一輸入被回 V v out 至該 回授跨導放大器413。 12 200903990 切換器431至及44丨至州、跨導放大器414與 415、以及電容器453與454會共同發揮一自動歸零電路 的功能，例如放大器300的自動歸零電路34〇。應該明白 的係，切換器431 δ 4K r zi/M y 至43ό及441至446可能為能夠實施切 換功此的數個裝置中的任一者。於一實施例中，該等切換 裔431至43 6及441至446係用來在放大組態與自動歸零 組態之間來切換該放大器4〇〇。舉例來說，一放大組態可 能係對應於切換器441至446為封閉而切換器431至4% 為張開。相反地’-自動歸零組態則可能係對應於切換器 43 1至436為封閉而切換器441至446為張開。 於自動歸零階段期間，該等跨導放大器4丨2與4 1 3的 輸入會分別被短路至輸入共模電Μ ν_及回授共模電壓 放大器412與413的任何輸入偏移均會導致一偏移 :极°亥偏移電流會流入由跨導放大器4 14及電容器453 ” 454所構成的積分器之中。接著，此積分器的輸出便會 驅動該跨導放大器415,用以產生一零化電流，其會有效 地零化該偏移電流。 在該自動歸零階段結束時，切換器431至436會張開。 以放大器414為中心的積分器的輸出處的電壓便會 破保留，使得放大器415會繼續零化放大器412與413二 輸出處的偏移電流。 、 盘接著，在放大階段中，切換器441至446會封閉。义 ^ vfb會分別被施加至放大器412與413,而放大器4ΐ2、ιη 13以及415 t經加總的輪出電流則會麵合該輸出級（也 13 200903990 就是’放大器411等）。除了由放大器415所注入的零化電 流來確保放大器412至413的輸入參考偏移電壓不會促成 輸出電壓之外，放大器400接著便會以和一傳統的電流回 授儀表放大益雷同的方式來運作。而後，在接續的自動歸 零階段中，由放大器411及電容器45丨至452所構成的米 勒補償輸出級便會保留該輸出電壓，同時放大器412至413 會再度被自動歸零。 於特定的實例中，輸入訊號之閘控可能會導致偵測到 该輸入訊號（包含雜訊在内）在該時脈頻率之諧振頻率處的 分$。此等分量可能會與該時脈訊號混合並且會被向下調 變至基帶（baseband)。結果，這便可能會在放大器3〇〇與4〇〇 的輸出處造成誤差並且提高雜訊。 ^於—實施例中，可藉由使用一高頻前授路徑來防止此 :乍用圖5所示的便係根據本發明各實施例的一電流 =授放大！ 500的方塊圖，其包含一高頻前授路徑。放大 器500包含：輸入級52〇與57〇，一輸出級51〇,回授級 與 5 8 0，a β _1- 人一以及一回授網路550。放大器500的優點係還包 動歸零電路54〇，其會被耦合至輸入級52〇、 級5 1 〇、以用门Λ 拘 及回杈級530。該自動歸零電路54〇可運作用 Ϊ =對應於—放大階段的放大組態及—對應於-自動歸 又的自動V零組態之間來切換該放大器5〇〇。 =間，該放大器5。。可運作用以實施正常的放大運:大 化由段期間，該自動歸零電路540可運作用以零 别入、及520及該回授級53〇所產生的偏移電流。 14 200903990 ' —貫施例中’該自動歸零電路540會藉由將該輸入 ’ 及該回授級53〇的輸入短路至各別的共模電壓來零 化A等偏移電流。接著’該自動歸零電路54〇可能會測量 由該輪入級520及該回授級530所產生的對應偏移電流並 且據以產生一零化電流。該零化電流會用來補償由該輸入 級520及該回授級53〇所產生的偏移電流。 爾5玄自動歸零電路540將該放大器50〇切換回到放大 、-且忍時，忒自動歸零電路54〇會繼續產生該零化電流，從 而降低甚至消除該放大胃5〇〇中的偏移。於一實施例中， 該自動歸零電⑬54G會週期性地在放大組態與自動歸零組 態之間進行切換，以便週期性地再校正該零化電流。 對低頻來說（舉例來說，在時脈頻 輸入、"〇、回授級530、以及自動歸零電路、：的= 知零路扭為主，而且除了由該自動歸零電& 54g所注入的 零化電流來確保輸人級52G與回授級咖的輸人參考偏移 不會促成輸出電壓之外，放大器5〇〇接著便會以和一傳統 的電流回授儀表放大器雷同的方式夾 運作。而後，在接續 的自動歸零階段中，輸出級510便可伴毯^ & 文』保留邊輸出電壓，同 時輸入級520與回授級53〇會再度被自動歸突。 一在高頻處，則係以包括輸入級57〇以及令回授級5δ〇的 前授路徑為主。在臨界頻率以上，該前授⑼會確保回授 訊號vfb能夠追蹤輸入訊號V.。因 ή ^ ^ ，η 口此即使因輸入級520 ”回扠，'及530的輸入處之閘控的關係 知玍藏合，所生成 的混合產物仍會抵消。 15 200903990 前授路徑的一額外優點係，其會衰減由該已自動歸零 輸入級所產生的切換暫態。臨界頻率越低，該前授路徑在 時脈頻率及其之諧振頻率處的相對增益便越高，且所以， 此等切換暫態的衰減效果便越佳。 應該明白的係’可以數種方式來達成放大器5〇〇。舉 例來說，圖6所示的係根據本發明各實施例的一電流回授 儀表放大器600的電路圖，其包含一高頻前授路徑。於放 大。。600中，跨導放大器611與616係共同充當一輸出級， 例如放大器500的輸出級51〇;跨導放大器612與617係 充當輸入級，例如放大器500的輸入級52〇與57〇 ;跨導 放大器613與618係充當回授級，例如放大器5〇()的回授 級530與580;而電阻器661與662則係共同充當回授網 路，例如放大器500的回授網路55〇。電容器651與652 係充當跨導放大器611的頻率補償器’從而形成一巢狀米 勒補償輸出驅動級。除此之外，跨導放大器616，連同電 容器656至657係充當放大器600的米勒補償中間級。電 阻器661與662,連同參考電壓，會—起以輸出電壓v一 為基礎來產生回授電壓Vf「Vfb會當成_輸入被回授至= 回授跨導放大器613與618。 垮導放大器614與 切換器631至636及641至 、以及電容器653肖654會共同發揮—自動歸零電路 的功能，例如放大器300的自動歸零電路34〇。應爷明白 的係，切換器63…36 * 64…46可能為能夠實施切 換功能的數個裝置中的任-者。於—實施例中，該等切換 16 200903990 态63 1至636及641至646係用來在放大組態與自動歸零 組態之間來切換該放大^ _。舉例來說，-放大組態可 能係對應於切換器641至646為封閉而切換器631至㈣ 為張開相反地，一自動歸零組態則可能係對應於切換器 631至636為封閉而切換器641至646為張開。 於自動歸零階段期間，該等跨導放大器612與613的 輸入會分別被短路至輸入共模電Μ ν_及回授共模電壓

Vcnifb。放大器612肖613的任何輸入偏移均會導致一偏移 電流，該偏移電流會流入由跨導放大器614及電容器 與…所構成的積分器之中。接著，此積分器的輸出便會 驅動該跨導放大器615，用以產生—零化電流，其會有效 地零化該偏移電流。 在該自動歸零階段結束時，切換器631至6%會張開。 口此以放大S 614為中心的積分器的輸出處的電壓便會 被保逼，使付放大器615會繼續零化放大器Μ]與613的 輸出處的偏移電流。接著，在放大階段中，切換器、641至 646會封閉。Vin與Vfb會分別被施加至放大器Μ?與613， 而放大器612、613、以及615之經加總的輸出電流則會耦 合该輸出級（也就是，放大器616等）。 對低頻來說（舉例來說，在時脈頻率以下），係以包括 放大器611至616的自動歸零路徑為主，而且除了由放大 器6丨5所注入的零化電流來確保放大器612至6丨3的輸入 參考偏移電壓不會促成輸出電壓之外，放大器6〇〇接著便 會以和一傳統的電流回授儀表放大器雷同的方式來運作。 17 200903990 而後，在接續的自動歸零階段中 651 . 字又中’由放大1§ 611與電容器 主652以及放大器616盥雷办 m . ^ '、電谷态656至657所構成的 果狀木勒補偵輸出級便 使I保留該輪出電壓，同時放大器012 至613會再度被自動歸零。 在高頻處’則係以包括放大器617至618的前授路徑 為主。該前授路徑會連同輸出放大器611共同構成一具有 勺20dB/dee滾降的正規米勒補償雙級放大器。此類型的頻 率補償稱為「多路徑巢狀米勒補償…經使用在習知的 運算放大器中’但卻並未應用在自動歸零儀表放大器。 於一實施例中，該前授路徑開始支配的頻率為： ^ ρζ~§618^65 j ( 1 ) (其假设Cw’C652且g0丨^川）。於一較佳的實施例中， 此頻率會被選為低於時脈頻率。在ωρζ之上，該前授路徑 會確保回授訊號Vfb能夠追蹤輸入訊號Vin。因此，即使因 放大器612至613的輸入處之閘控的關係而發生混合，所 生成的混合產物仍會抵消。 上面所引述的混合問題亦可利用一雙輸入級「兵兵 (ping-pong)」架構來解決。圖7所示的係根據本發明各實 施例的一電流回授儀表放大器700的電路圖，其包含複數 個並聯輸入級。放大器700包含：第一輸入級72()與第二 輸入級725 ’ 一輸出級710，第一回授級730與第二回授 級735，以及一回授網路750。放大器700的優點係還包 含一第一自動歸零電路740’其會被麵合至輸入級72〇、 18 200903990 輸出級71 〇、w a ^ 還進一步包含 入級725、輪 以及回授級730。放大器7〇〇 一第二自動歸零電路745，其會被耦合至輸 出級710、以及回授級735。 只也列中’該等自動歸零電路740盘745#用爽 =應於第-操作階段與第二操作階段的第：組態與第: ，’且&之間來切換該放大器700。舉例來說，第一組態可能 對應於自動歸零電路740的自動歸零組態及自動歸零電路 :5的放大組態。相反地，第二組態可能對應於自動歸零 電路745的自動歸零組態及自動歸零電路74〇的放大組 態。 於第一階段期間，第一輸入級？2〇與第—回授級73〇 會被自動歸零，而第二輸入級725與第二回授級735則會 貫加放大器7 0 〇的放大功能。相反地，於第二階段期間， 第二輸入級725與第二回授級735會被自動歸零，而第一 輸入級720與第一回授級73〇則會實施放大器7〇〇的放大 功能。 因此’於第一階段期間，自動歸零電路740可運作用 以零化由第一輸入級720與第一回授級730所產生的偏移 電流。於一實施例中，自動歸零電路740會藉由將第—輸 入級720及第一回授級730的輸入短路至各別的共模電壓 來零化該專偏移電流。接著，自動歸零電路7 4 0可能會測 量由第一輸入級720及第一回授級730所產生的對應偏移 電流並且據以產生一零化電流。該零化電流會用來補償由 第一輸入級720及第一回授級730所產生的偏移電流。 19 200903990 至第同：:Γη:被施加至第二輸入級725，〜會被施加 王乐一回杈級735，且筮- 合筮, 一輸入級725與第二回授級735 曰透過该第二自動歸零 由第路745來耦合輸出級710。除了 弟一自動知零電路74 段中被栌下，nr 所，主入的零化電流（其會在第二階 又’下文會作討論）來禮你楚-μ 回擔锔7 果確保第一輸入級725與第二 ^授級735的輸入參考 令。 扁移電壓不會促成輸出電壓之外， 同的方“ 會以和-傳統的電流回授儀表放大器雷 「QJ的方式來運作。 田 在Θ第-階段結束時，第—自動歸零電路74Q會從自 h、、且也改變成放大組態’而第二自動歸零電路％則 曰攸放大組態改變成自動歸零組態。而後，自動歸零電路 會繼續零化第一輪入級72〇及第一回授級73〇的輸出 處的偏移電流。 接著，在第二階段中，Vin會被施加至第_輸入級72〇， Vfb會被施加至第一回授級730，且第一輸入級72〇與第一 回授級m會透過該第—自動歸零電路74()來麵合輸出級 710。除了由第一自動歸零電路740所注入的零化電流來 確保第一輸入級720與第一回授級730的輸入參考偏移電 壓不會促成輸出電壓之外，放大器700接著便會以和一傳 統的電流回授儀表放大器雷同的方式來運作。 於第二階段期間’當第一輸入級720與第一回授級73〇 正在實施放大功能時，第二自動歸零電路745可運作用以 零化由第二輸入級725及第二回授級735所產生的偏移電 流。於一實施例中，第二自動歸零電路745會藉由將第二 20 200903990 輪入級725及第二回授級735的輸入短路至各別的共模電 壓來零化該等偏移電流。接著，第二自動歸零電路745可 能會測量由第二輸入級725及第二回授級735所產生的對 應偏移電流並且據以產生一零化電流。該零化電流會用來 補償由第二輸入級725及第二回授級735所產生的偏移電 流。 於運作期間，放大器700的自動歸零電路740與745 會週期性地在第一組態與第二組態之間來切換放大器 7〇〇 ’用以確保輸入級720與725以及回授級730與735 會週期性地被再校正。因此，此「乒乓」操作會確保在該 訊號路徑之中會持續有一無偏移級。 應§亥明白的係’可以數種方式來達成放大器7〇〇。舉 例來說，圖8所示的係根據本發明各實施例的一電流回授 儀表放大器800的電路圖’其包含並聯輸入級。於放大器 800中’跨導放大器8丨1係充當一輸出級，例如放大器 中的輸出級710 ;跨導放大器812與822係充當第一輸入 級與弟二輸入級，例如放大器700的輸入級720與725; 跨導放大器813與823係充當第一回授級與第二回授級， 例如放大器700的回授級730與735 ;而電阻器861與862 則係共同充當回授網路，例如放大器700的回授網路75〇。 雖然本發明的實施例可能係參考單一跨導放大器來作說 明；不過，應該明白的係，本發明的實施例並不受限於此。 舉例來說，可以使用具有適當頻率補償的多級串接來取代 D亥單一跨導放大器811 ’以便達到更高的增益。電容器851 21 200903990 只852係充當跨導放大器811的頻率補償器，從而形成一 米勒補償輸出級。電阻器861與862，連同參考電壓Vfef， ^ 起以輸出電壓〃。以為基礎來產生回授電壓vfb。Vn會 虽成一輸入被回授至該回授跨導放大器813與823。 切換器831至836及Ml至846、跨導放大器8丨4與 815、以及電容器853與854會共同發揮一第一自動歸零 兒路的功能，例如放大器700的自動歸零電路74〇。同樣 地’切換器8?1至876及8S1至886、跨導放大器824與 825、以及電容器859與858會共同發揮一第二自動歸零 電路的功能，例如放大器700的自動歸零電路745。應該 明白的係’切換器831至836、841至846、871至876、 以及88 1至886可能為能夠實施切換功能的數個裝置中的 任一者。於一實施例中，該等切換器831至836、841至846、 871至876、以及881至886係用來在對應於第—操作階 段與第二操作階段的第一組態與第二組態之間來切換該放 大器800。舉例來說，第一組態可能對應於切換器丨至 836及871至876為封閉而切換器841至846及881至886 為張開。相反地，第二組態可能對應於切換器841至846 及881至886為封閉而切換器831至836及871至876為 張開。 於第一階段期間，該第一輸入級及該第—回授級會被 自動歸零，而該第二輸入級及該第二回授級則會實施放大 器800的放大功能。相反地’於第二階段期間，該第二輸 入級及該第二回授級會被自動歸零，而該第—輸入級及兮 22 200903990 第一回授級則會實施放大器800的放大功能。 因此，於第一階段期間，跨導放大器812與813的輸 入會分別被短路至輸入共模電壓Vemin及回授共模電壓 Vcmfb。放大器8 12與81 3的任何輸入偏移均會導致一偏移 電机’该偏移電流會流入由跨導放大器8 14及電容器§ 5 3 與854所構成的積分器之中。接著，此積分器的輸出便會 驅動该跨導放大器8 1 5，用以產生一零化電流，其會有效 地零化該偏移電流。 同時，Vin與Vfb會分別被施加至放大器822與823， 而放大益822、823、以及825之經加總的輸出電流則會耦 合該輸出級（也就是，放大器811等）。除了由放大器825 所注入的零化電流（其會在第二階段中被校正，下文會作討 剛）來確保放大器822至823的輸入參考偏移電壓不會促成 輸出之外，放大器8〇〇接著便會以和一傳統的電流回 授儀表放大器雷同的方式來運作。 在該第一階段結束時，切換器831至836及871至876 為張開。因此’以放大!I 814為中心的積分器的輸出處的 電壓便會被保留，使得放大器815會繼續零化放大器M2 與8 1 3的輸出處的偏移電流。 接著，在第二階段中，切換器841至846及881至886 為封閉。Vin與Vfb會分別被施加至放大器812與813，而 放大器8 12、8 1 3、以及8 1 5之經加婢的雷、、ά郎a ± 、&加L的電流則會耦合該輸 出級（也就是’放大器811等）。除了由放大器815所注入 的零化電流來確保放大器812至813的輸入參考偏移電壓 23 200903990 不會促成輸出電壓之外，放大器800接著便會以和一傳統 的電流回授儀表放大器雷同的方式來運作。 於第一階段期間，當第一輸入級與第一回授級正在實 施放大功㉟日夺’第二輸入級及第二回授級會被自動歸零。 換σ之跨導放大器822與823的輸入會分別被短路至輪 入共模電壓及回授共模電壓Vcmfb。放大器822與823 的任何輸入偏移均會導致一偏移電流，該偏移電流會流入 由跨導放大器824及電容器859肖858所構成的積分器之 中接著’此積分器的輸出便會驅動該跨導放大器825， 用以產生一零化電流，其會有效地零化該偏移電流。 於運作期間，放大器8〇〇的該等自動歸零電路會週期 性地在第一組態與第二組態之間來切換放大器8〇〇，用以 確保该等輸入級以及回授級會週期性地被再校正。因此， 此乒乓」操作會確保在該訊號路徑之中會持續有一無偏 移級。 應5亥明白的係，並聯輸入級與回授級之間的切換可能 «導致對應的暫態出現在該輪出訊號中。所以，於一實施 例中’可此會使用一高頻前授路徑結合圖8的乒乓架構。 圖9所不的係根據本發明各實施例的一電流回授儀表放大 态900的方塊圖，其包含並聯輸入級以及一高頻前授路徑。 放大器900包含：第一、第二、以及第三輸入級920、925、 以及97〇; 一輸出級91〇;第_、第二、以及第三回授級93〇、 93 5 * 以及980 ;以及一回授網路950。放大器900的優點 係還包含一第一自動歸零電路940，其會被耦合至輸入級 24 200903990 920、輸出級q】Λ 人卜、 、以及回授級930。放大器900還進—步 包含一第二自動歸零電路945 ’其會被耦合至輸入級925 : 輸出級91〇、以及回授級935。 '貫施例中，該等自動歸零電路940與945係用來 在對應於帛#作階段與第二操作階段的第一組態與第二 組態之間來切換該放大器、900。舉例來說，第一組態可能 對應方、自動歸令電& 94()的自動歸零組態及自動歸零電路 945的放大組態。相反地，第二組態可能對應於自動歸零 包路945的自動歸零組態及自動歸零電路的放大組 態。 、” 於第一階段期間，該第一輸入級92〇及該第一回授級 930會被自動歸零，而該第二輸入級925及該第二回授級 935則會實施放大器9〇〇的放大功能。相反地，於第二階 段期間，該第二輸入級925及該第二回授級935會被自動 歸零’而該第一輸入級920及該第一回授級930則會實施 放大器900的放大功能。 因此’於第一階段期間，自動歸零電路940可運作用 以零化由第一輸入級920與第一回授級930所產生的偏移 電流。於一實施例中，自動歸零電路940會藉由將第一輸 入級920及第一回授級930的輸入短路至各別的共模電壓 來零化該等偏移電流。接著，自動歸零電路940可能會測 量由第一輸入級920及第一回授級930所產生的對應偏移 電流並且據以產生一零化電流。該零化電流會用來補償由 第一輸入級920及第一回授級930所產生的偏移電流。 25 200903990 力至r’Vin會被施加至第二輸入級似，…被施 會透過該第二自動歸零電級925與第二回授級935 Γ中零電路945所注入的零化電流(其會在第4 ar X ’下文會作討論）來確保第二輸入級925與第二 935的輸入參考偏移電壓不會促成輸出電壓之外: π 一 便會以和-傳統的電流回授儀表放大器雷 冋的方式來運作。 笛 ，在該第-階段結束時，[自動歸零電路剛會 ^零組1改變成放大組態’而第二自動歸零電路945則 _從放大組態改變成自動歸零組態。而後，自動歸零電路 940會繼續零化第—輸入級920及第一回授級_的輪 處的偏移電流。 接著，在第二階段中，Vin會被施加至第一輸入級92〇， 二^被施加至第一回授級93〇，且第一輸入級92〇與第— 回授級93G會透過該第—自動歸零電路94Q來耗合輸出級 910。除了由第一自動歸零電路94〇所注入的零化電流來 確保第一輸入級920與第一回授級930的輸入參考偏移電 壓不會促成輸出電壓之外，放大器9〇〇接著便會以和一傳 統的電流回授儀表放大器雷同的方式來運作。 於第二階段期間，當第一輸入級920與第一回授級930 正在貫施放大功能時’第二自動歸零電路945可運作用以 零化由第二輸入級925及第二回授級935所產生的偏移電 流。於一實施例中’第二自動歸零電路945會藉由將第二 26 200903990 "J級9 2 5及第一回授級9 3 5的輸入短路至個別的共模電 壓來零化該等偏移電流。接著，第二自動歸零電路945可 月匕S測里由第二輸入級925及第二回授級5所產生的對 應=移電流並且據以產生一零化電流。該零化電流會用來 補侦由第二輸入級925及第二回授級935所產生的偏移電 流。 於運作期間，放大器900的自動歸零電路940與945 -週d性地在第一組態與第二組態之間來切換放大器 9〇〇,用以確保輸入級920與925以及回授級93〇與们5 會週期性地被再校正。因此，此「^」操作會確保在該 讯號路徑之中會持續有一無偏移級。 對低頻來說（舉例來說，在時脈頻率以下），係以包括 輸入級920與925、回授級93〇與935、以及自動歸零電 路940與945的兵兵型自動Λ 玉目動卸零路徑為主，而且除了由自 動歸零電路940與945所注入的费儿+ +丄 7，王入的零化電流來確保輸入級920 與925以及回授級930與935的於λ a心 的輸入參考偏移不會促成輸 出電壓之外，放大器900接荃#合，、，j ^ ^ 者便Η以和一傳統的電流回授 儀表放大器雷同的方式來運作。 在高頻處，則係以包括齡λ如η，λ 柏輸入級970與980的前授路徑 為主。在臨界頻率以上，該前 _ 月』授路徑會確保回授訊號Vfb 能夠追蹤輸入訊號Vin。因此，杜门 此即使因輸入級920與925 以及回授級930與93 5的私λ 士 的輪入處之閘控的關係而發生混 合，所生成的混合產物仍會抵消。 圖1 0所示的係根據本發 月各貫施例的一電流回授儀表 27 200903990 放大器1000的電路圖，其包含並聯輸入級以及一高頻前 授路徑。在放大器1000中，跨導放大器1〇11與1〇16共 同充當一輸出級，例如放大器900中的輸出級91〇 ;跨導 放大器1 012、1 022、以及1 〇 1 7係充當第一、第二、以及 第三輸入級’例如放大器900的輸入級92〇、925、以及97〇 ; 跨導放大器1013' 1〇23、以及1018係充當第一、第二、 以及第二回授級’例如放大器9〇〇的回授級mo、935、以 及980 ;而電阻器1061與1〇62則係共同充當回授網路， 例如放大器900的回授網路950。除此之外，跨導放大器 1016，連同電容器1〇56至1〇57係充當放大器1〇〇〇的米 勒補償中間級。電容器1051與1〇52係充當跨導放大器1〇11 的頻率補償器，從而形成一巢狀米勒補償輸出級。電阻器 1061與1062，連同參考電壓Vref，會一起以輸出電壓 為基礎來產生回授電壓Vn^Vfb會當成一輸入被回授至該 回授跨導放大器1〇13、1〇23以及1〇18。 切換器1031至1〇36及1(M1至1〇46、跨導放大器1〇14 與1〇15、以及電容器1〇53與1〇54會共同發揮一第一自動 歸零電路的功能，例如放大器900的自動歸零電路94(^ 同樣地，切換器1〇71至1076及1081至1〇86、跨導放大 器1024與1〇25、以及電容器1058與1059會共同發揮一 第二自動歸零電路的功能，例如自動歸零電路945。應該 明白的係’切換器1031至1036、1041至1046、1071至1〇76、 以及1081至1〇86可能為能夠實施切換功能的數個裝置中 的任一者。於一實施例中，該等切換器1031至1〇36、1〇41 28 200903990 至1(M6、1071至l〇76、以及1〇81至1〇86係用來在對應 於第一操作階段與第二操作階段的第一組態與第二組態之 間來切換該放大器1000 〇舉例來說，第一組態可能對應於 切換器1031至1036及1071至1〇76為封閉而切換器1〇41 至1046及1〇81至1086為張開。相反地，第二組態可能 對應於切換器1041至1046及1081至1〇86為封閉而切換 器103 1至1036及1071至1〇76為張開。 於第一階段期間，該第一輸入級及該第一回授級會被 自動歸零，而該第二輸入級及該第二回授級則會實施放大 斋1000的放大功能。相反地，於第二階段期間，該第二 輸入級及該第二回授級會被自動歸零，而該第一輸入級及 該第一回授級則會實施放大器i 〇〇〇的放大功能。 因此，於第一階段期間，跨導放大器1〇12與1〇13的 輸入會分別被短路至輸入共模電壓vemin及回授共模電壓 Vcmfb。放大器1012與1013的任何輸入偏移均會導致一偏 移電流’該偏移電流會流入由跨導放大器1 〇 i 4及電容器 1 053與1054所構成的積分器之中。接著，此積分器的輸 出便會驅動該跨導放大器1 〇 1 5，用以產生一零化電流，其 會有效地零化該偏移電流。 同時’ vin與vfb會分別被施加至放大器ι〇22與1〇23， 而放大1022、1023、以及1〇25之經加總的輸出電流則 會耦合該中間級（也就是，放大器1016)。除了由放大器1〇25 所注入的零化電流（其會在第二階段中被校正，下文會作討 論）來確保放大器1022至1〇23的輸入參考偏移電壓不會促 29 200903990 成輸出電壓之外’放大！g 1〇〇〇接著便會以和一傳統的電 流回授儀表放大器雷同的方式來運作。 在δ亥第一階段結束時，切換器丨丨至丨ο%及1 1至 1〇76為張開。因此，以放大器1〇14為中心的積分器的輪 出處的電壓便會被保留，使得放大器1015會繼續零化放 大器10U與1013的輸出處的偏移電流。 接著，在第二階段中，切換器1〇41至1〇46及至 8 6為封閉。Vin與Vfb會分別被施加至放大器1 〇 12與 10丨3，而放大器1〇12、1〇13、以及ι〇ΐ5之經加總的電流 則會轉合該中間級（也就是，放大器1()16)。除了由放大器 1〇15所注入的零化電流來確保放大器1012至1〇13的輸二 /考偏私電壓不會促成輪出電壓之外，放大@ ⑽接著 便會以和一傳統的電流回授儀表放大器雷同的方式來運 作。 >於第二階段期間，當第一輸入級與第一回授級正在實 也放大功此時’第二輸入級及第二回授級會被自動歸零。 換言之’跨導放大器1022與1〇23的輸入會分別被短路至 輸入共模電壓Vemin及回授共模電壓Vemfb。放大器1022與 02^的任何輸入偏移均會導致一對應的偏移電流，該偏移 電*會机入由跨導放大器丨〇24及電容器1058與1〇59所 :成的積分器之中。接著，此積分器的輸出便會驅動該跨 大器1025，用以產生一零化電流，其會有效地零化該 偏移電流。 5 』間放大器1〇〇〇的該等自動歸零電路會週期 30 200903990 性地在第一組態與第二組態之間來切換放大器1 〇〇〇，用以 確保該等輸入級以及回授級會週期性地被再校正。因此， 此「乒乓」操作會確保在該訊號路徑之中會持續有一無偏 移級。 在咼頻處，係以包括放大器1017至1018的前授路徑 為主。該前授路徑會連同輸出放大器l〇U共同構成一具 有約20dB/dec滾降的正常米勒補償雙級放大器。於一實施 例中’ θ亥刚授路徑開始支配的頻率為： (2) ^ pz~S 1 0 1 ! Q5 | (其饭。又且g1〇n = gi〇i8)。於一較佳的實施例 中，此頻率會被選為低於時脈頻率。纟％之上，該前授 路徑會確保回授訊號Vfb能夠追蹤輸入訊號^。因此，和 第-組態與第二組態之間的切換相關聯的切換暫態便會受 到抑制。ωρζ越低’該前授路徑在時脈頻率及其譜振頻率 處的相對增益便越高，且所"等切換暫態的衰減效果 便越佳。 於特疋的情況中，—殘餘偏敕& 茂你偏移可能會出現在放大器 400、500、600、700、8〇〇、9〇〇、 也 _ 900、以及1000之中。此殘 餘偏移可能係由數種因辛所產斗 u京所產生。舉例來說，參考圖4， 由於放大器412、413、以及415 士 ^ ,11 的有限輸出阻抗的關係， %出放大裔411的偏移可能合 .415 ^ ^ 曰&成無法利用由放大器414 415所構成的自動歸零迴路來 會導致一 ^ ^ A 4 # 彳員的偏移電流，且所以 曰等级輸入參考偏移電壓。其次，姑 該自動歸零迴路中的 31 200903990 有限;t曰I可忐會導致一殘餘輸入參考偏移電壓。第三，由 ::在自動歸零階段結束時的電荷注入的關係、，儲存在積分 電谷器453至454中的電壓可能會略微改變，從而會在 大h奴期間由放大器41 5所注入的零化電流中造成小額 誤差應該明白的係，雷同的效應亦可能會出現在放大器 则、600、700、8〇〇、9〇〇、以及 ι〇〇〇 之中。 ^於一實施例中，可藉由新增一電流緩衝級111〇來降低 因该輸出級的偏移的關係所造成的殘餘偏移及因該自動歸 零電路系統中的有限增益的關係所造成的殘餘偏移兩者， 如圖11中所示。雖_ U中所示的放大器U00並不包 含-前授路徑或乒乓電路系统；不過，應該明白的係，亦 可針對放大器500、600、700、800、900、以及1000以雷 同的方式來達成新增一電流緩衝級。 ^該電流緩衝級mo會提高放大器411之輸入處的阻 才几所以’自動歸零迴路中的增益便會提高而放大器川 的電壓偏移則會造成較小的偏移電流。於_丨丨中所示的 實施例中，由該電流緩衝級UH)本身所引人的偏移會藉 5 °亥自動卸零過程破移除。該電流緩衝器可被施行為一簡 早的疊接級。增Μ担q •^提昇可被施加以進一步降低該殘餘偏 &於另Λ〜例中，可以套用-實際的增益級來取代該 電机、、友衝級1110,或者可結合該電流緩衝級1110來套用 實際的乓血級。應該明白的係，於此情況中，將會引進 而要進行額外頻率補償的額外主要極點（dominant Pole) ° 32 200903990 實施例中，可藉由使用全差動式電路系統讓因電 荷注入的關係所造成的殘餘偏移保持 注入便會被降至電荇、、主A 者電何 电何主入不匹配。於一實施例中，可 使用小型的切換器與大型的積分器電容器來進㈣ 偏移。於又一實施例中，零化放大器4i5、6i5、8i5、降 1〇15、以及1025的跨導（也就是，g415、g815、·.·等）可能會 被製f小於它們各別輸入放大器與回授放大器的跨導，俾 U積77 的輸出處的電壓會大於該等各別輸入放大器 =回授放大器的輸入處的偏移電堡。該等零化放大器的跨 導越小，因該等積分器的輸出處的電壓中的給定誤差的關 係所造成的輪入參考偏移便會越小。 差的關 應忒明白的係，圖4、6、8、以及1〇的跨導放大器412、 1 812 822、1〇12、以及1022具有相關聯數額的輸入 電容。就此來說，放大器412、612、812、822、1〇12、以 及1〇22可能係充當訊號源\的切換式電容性負載，因為 匕們會週期性地在自動歸零階段期間放電並且在放大階段 期間再充電。力各實施例中，可藉由使用一預充電技術來 減^此效應。圖12所示的係根據本發明各實施例的一放 / G丨士放大器400)的輸入級12〇〇，其包含預充電電路 系、”充。應该明白的係’雷同的組態亦可使用在放大器·、 5〇〇、600、7〇〇、800、9〇〇、以及 1〇〇〇 之中。在圖 6 中， 器412的輸入電容係以電容器1255來繪示。輸入級 12〇〇包含額外的切換器1271與1272，除了放大組態及自 動歸零組態之外’該等額外的切換器還允許該輸入級1200 33 200903990 有預充電」組態。於該預充電階段期間，Μ 431ι 432及441至442會張開，而切換器1271至1272 $㈣ 閉。因此，放大器412的輸入會透過緩衝器i28i與㈣ 來耦合輸入訊f虎Vin之經過緩衝的版本，以便由該等緩衝 放大器1281至1282來提供用以充電該輸人電容1255 Μ 需要的電流，而非由該訊號源來提供。於一實施例中，該 等緩衝器1281至1282係單位增益緩衝器。因此，於一接 續的放大階段中，該訊號源便僅需要提供電流來修正該等 缓衝放大器1281至1282的任何小額偏移誤差，而非整個 輸入電壓vin。應該明白的係，雖然圖12中所示的係一輸 入級1200;不過，亦可以雷同的方式來預充電其它跨導放 大器的輪入電容。舉例來說，回授放大器413、613 813、 823、1013、以及1〇23可被預充電至用以降低來自 它們各別回授網路的負載。 根據本發明各實施例的示範性操作 下面的討論會詳細提出用以降低電流回授儀表放大器 中的偏移效應的本發明技術的操作方式。參考圖丨3至1 7， 训·私圖 1300、1350A、1410A、1600、以及 1625A 分別說 明用以降低電流回授儀表放大器中的偏移效應的本發明技 術的各實施例所使用的操作範例。各實施例中的流程圖 13 00' 1350A、1410A、16〇〇、以及 1625A 均包含由一積 月立电路中的電路系統來實行的方法。雖然在流程圖1300、 1350A、1410A、1600、以及1625A中揭示特定的操作方 式’不過’此等操作方式均為範例。也就是，本發明的實 34 200903990 施例同樣適合用來實施各種其它操作方式或是流程圖 測、U50A、⑷0A、刪、以及1625八中所敛述之操 作方式的變化方式。應該明白的係，流程圖13〇〇、n5〇A、 M10A、1600、以及1625A中的操作方式可以不同於所呈 現之順序來實施，且亦未必得實施流程圖13〇〇、i35〇A、 1410A、1600、以及1625A中的所有操作方式 圖13所示的係根據本發明各實施例用以降低一電流回 授儀表放大器中的偏移效應的方法的流程圖。在方塊i3i〇 處，在實際施加輸入電壓至該儀表放大器的一輸入級之 前，可㈣況先利㈣輸人電壓的―、經過緩衝的版本來預 充電該輸入級。在方塊 1320處，會以雷同的方式利用一 回授電壓之-經過緩衝的版本來預充電一回授級。應該明 白的係，該等預充電電壓可能會與輸入電壓及回授電壓本 身略不相肖。不過，依此方式來預充電則可分別利用輸入 級與回授級中的任何輸入電容來降低該等輸入電壓及回授 電壓的負載。 方塊1330涉及以該輸入電壓為基礎來產生一中間電 方塊1340涉及以s亥儀表放大器的一輸出電壓為基礎 來產生-回授電流。應該明白的係，纟習知的儀表放大器 中，該中間電流與回授電流會具有因該輸入級與該回授級 :輸入偏移所造成的誤差分量。因此，在方塊1350處， 會以該等偏移分量為基礎來產生一零化電流。應該明白的 係，可以數種方式來達到產生該零化電流的目的。舉例來 6兄，圖14所示的係根據本發明各實施例，用以產生一零 35 200903990 化電流的方法的流程圖1350A。在方塊141〇處，該儀表放 大器會從放大組態切換成自動歸零組態。應該明白的係， 可以數種方式來達成此目的。舉例來說，圖1 5所示的係 根據本發明各貫施例，用以將一儀表放大器從放大組態切 換至自動歸零組態的方法的流程圖141〇A ^在方塊151〇 處’該儀表放大器的輸出級會與該回授級中的輸入級解除 耦合。於此週期期間，雖然該輸出級會與該放大器的其它 級分離；不過，卻可運用額外的電路系統用以有效地保留 該儀表放大器的輸出。在方塊152〇處，會利用一自動歸 令迴路來耦合該輸入級與該回授級。此自動歸零迴路實質 上可能如上面所述與所示；不過，並不受限於此。接著， 方塊1 530涉及將一共模輸入電壓施加至該輸入級。同樣 地，方塊1 540涉及將一共模回授電壓施加至該回授級。 再度參考圖14 ’方塊1420涉及測量該等偏移分量。 於一實施例中，係使用一積分器來達成此目的；不過’並 不叉限於此。接著，便會以該等已測得的偏移分量為基礎 來產生該零化電流（方塊143〇)。在方塊1440處，此儀表 放大器會彳自動歸零組態被切換回到放大組態。因此，該 儀表放大器會藉由繼續注入該零化電流而在該放大組態期 間繼續補償該等偏移。 再度參考圖13,方塊1360涉及視情況來緩衝該中間 電流、該回授電流、該零化電流、或是其之任何組合。於 一實施例中，可經由使用一疊接級來達成此目的。在方塊 13 70處會運用一高頻路徑（其可與該已自動歸零低頻路徑 36 200903990 同％運作）在一特殊頻率（舉例來說，時脈頻率）以上之頻 處來產生輸出電壓。換言之’在高頻處，肖高頻路徑會： 配該低頻已自動歸零路徑；而在該臨界頻率以下的頻率 處，該低頻已自動歸零路徑則會支配該高頻路徑。 現在參考圖16A至16B，流程圖16〇〇所示的係根據 ^發明各實施例用以降低—儀表放大器中的偏移效應的另 一方法。在方塊1605處，會視情況利用該輸入電壓的一 經過緩衝的版本來預充電該儀表放大器的—第一輸入級。 β矛圖16中雖然並未顯示；不過，同樣可利用一回授電 ，來預充電該儀表放大器的一第一回授級。再次地，:該 明白的係，該等預充電電壓可能會與該等輸入電壓及回授 電壓本身略不相同。不㉟’依此方式來預充電則可分別利 用該第一輸入級與該第一回授級中的任何輸入電容來降低 该等輪入電壓及回授電壓的負載。在方塊161〇處，會在 =儀表放大器的一第一組態中透過一第一子電路來提供一 第—放大路徑。接著，方塊1615涉及利用—第一零化電 *來補償該第一子電路的輸入偏移。在方塊丨62〇處，該 第零化電流可能會視情況被緩衝。舉例來說，可以利用 一®接級來達成此目的。應該明白的係，可以雷同的方式 來緩衝其它電流。在方塊1625處，會校正該儀表放大器 的第二子電路的一第二零化電流。應該明白的係，可以 利用數種方式來達到該校正的目的。舉例來說，圖1 7所 不的係根據本發明各實施例用以校正一零化電流的方法的 流程圖1625A。方塊1710涉及將一共模輸入電壓施加至該 37 200903990 輸入級（也就是’該第二子電路的輸入級）。方塊172〇涉及 將一共模回授電壓施加至一回授級（也就是，該第二子電路 的回授級）。該共模輸入電壓與該共模回授電壓會讓該輸入 級與該回授級產生對應於該輸入級與該回授級的任何偏移 的电/瓜因此，方塊1 7 3 0便涉及測量該第二子電路的該 4偏移分量。 再度參考圖16A至16B，方塊1630涉及將該儀表放 大器從第-組態切換成第二組態。於一實施例中，該切換 涉及將該儀表放大器的第—子電路從放大組態切換成自動 歸零組態以及將該儀表放大器的第二子電路從自動歸零組 態切換成放大組態。在方塊1635處，會視情況利用該輸 入電壓的一經過緩衝的版本來預充電該第二子電路的一輸 入級。同樣地’可利用一回授電壓的一經過緩衝的版本： 預充電該第二子電路的一回授級。 在方塊164G處’當該儀表放大器處於第二組態中時， 會透過該第二子電路來提供一第二放大路徑。在方塊1645 處’會利用已經在方塊1625處中校正過的第二零化電、& 來補償該第二子電路的輸入偏移。在方塊165〇處該； 二零化電流可能會視情況被緩衝，舉例來說，可以利用— 叠接級來缓衝。方g 1655涉及當該儀表放大器處於第二 組態中時來校正該第-子電路中的第_零化電流。於 施例中，可如同上面參考圖17料般地來校正該第1 化電流，不過’並不受限於此。 令 在方塊處，該儀表放大器會從第二組態切換㈣ 38 200903990 第一組態。應該明白的係，此在由該第—子電路及 子電路所提供的放大路徑之間進行切換 表放大器的操作期間反覆進行數次。此連續式切㈣^義 ==校正該等零化電流，其會確保該儀表放大器的輸出 Z曰有任何偏移誤差。再者’此兵兵操作還會確保該儀表 放大讀續性地具有-純輸人至輸出的路徑。 在方塊1665處，可能會運用—高頻路徑來產生該輸出 電廢’該高頻路徑可配合該已歸零低頻路徑來同時運作。 舉例來說，在-臨界頻率以上的頻率處便可能會使用此路 t。於一貫施例中，該高頻路徑會與該儀表放大器的該第 一子電路及該第二子電路分離。 因此，本發明的實施例提供技術以便讓儀表放大器具 有非常低的輸入參考偏移、低輸入電流、以及在輪出處具 有低位準假性切換訊號。再者，一些實施例還會使用一乒 兵架構會確保在該訊號路徑中持續有一無偏移級，並 且因而不會有因頻疊（aliasing)所引入的任何額外偏移。除 此之外，藉由新增一高頻前授路徑還可進一步降低假性訊 號。 月’j面的本文所揭示之實施例的說明係為讓熟習本技術 的任何人士能夠製造或使用本發明。熟習本技術的人士便 k很谷易明白§亥些實施例的各種修正，且本文所定義的上 位原理可被套用至其它實施例，其並不會脫離本發明的精 神或範疇。因此’本發明並不希望受限於本文所示的實施 例而係希望符合與本文所揭示之原理及新穎特點一致的 39 200903990 最廣範®壽。 【圖式簡單說明】 隨附的圖式會被併入並且構成本說明書的—部分，該 等圖式係說明本發明的實施例並且連同該說明用來解釋本 电明之實施例的原理： 圖1所示的係一個習知電流回授儀表放大器的一方塊 圖〇 圖2所示的係一個習知放大器，其運用被新增在圖丄 中§2與g3的輸入及輸出處之截波切換器以調變g2與g3的 偏移遠離DC。 3 。。圖3所示的係一根據本發明各實施例之一電流回授放 大器的方塊圖。 圖4所不的係一根據本發明各實施例之一電流回授放 大器的示意圖。 圖5所不的係一根據本發明各實施例包含一高頻前授 之電"丨L回授放大器的方塊圖。 路一圖6所不的係一根據本發明各實施例包含一高頻前授 後之一電流回授儀表放大器的示意圖。 圖7所不的係、一根據本發明各實施例包含並聯輸入級 —電流回授儀表放大器的示意圖。 — 斤示的係一根據本發明各實施例包含並聯輸入級 —電流回授儀表放大器的示意圖。 9所示的係 根據本發明各實施例包含並聯輸入級 40 200903990 、及问頻則授路徑之一電流回授儀表放大器的方塊圖。 圖1 〇所示的总 ， J係—根據本發明各實施例包含並聯輸入級 乂及阿頻則授路徑之一電流回授儀表放大器的示意圖。 不的係一根據本發明各實施例包含一電流緩衝 級之一電流回授儀矣也丄时 儀表放大Is的示意圖。 / ° '、的係一根據本發明各實施例包含預充電電路 系統之—儀表放大器的輪入級。 圖13所示的孫 . ^ J係—根據本發明各實施例用以降低一電流 回授儀表放大考Φ /全& , 士 為中偏移效應之一方法的流程圖。 圖14所不的係一根據本發明各實施例用以產生—零化 電流之一方法的流程圖。 圖1 5所示的係—根據本發明各實施例用以將一儀表放 大器從-放大組態切換至—自動歸零組態之—方法的流程 圖0 圖1 6 A 1 6B所示的係一根據本發明各實施例斜於一 用以降低—儀表放大器中偏移效應之方法的流程圖。、 圖17所示的係一根據本發明各實施例對於校正一 電流之一方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 0 電流回授儀表放大器 §1 跨導放大器 §2 跨導放大器 g3 跨導放大器 41 200903990 200 放大器 210 截波切換器 220 截波切換器 230 截波切換器 Cln2 輸入電容 Cln3 輸入電容 300 電流回授放大器 310 輸出級 320 輸入級 330 回授級 340 自動歸零電路 350 回授網路 400 電流回授放大 411 跨導放大器 412 跨導放大器 413 跨導放大器 414 跨導放大器 415 跨導放大 43 1 切換器 432 切換器 433 切換器 434 切換器 435 切換器 436 切換器 42 200903990 441 切換器 442 切換器 443 切換器 444 切換器 445 切換器 446 切換器 451 電容器 452 電容器 453 電容器 454 電容器 461 電阻器 462 電阻器 500 電流回授放大器 510 輸出級 520 輸入級 530 回授級 540 自動歸零電路 550 回授網路 570 輸入級 580 回授級 600 電流回授儀表放大器 611 跨導放大益 612 跨導放大 613 跨導放大益 43 200903990 614 跨導放大器 615 跨導放大器 616 跨導放大器 617 跨導放大器 618 跨導放大器 631 切換器 632 切換器 633 切換器 634 切換器 635 切換器 636 切換器 641 切換器 642 切換器 643 切換器 644 切換器 645 切換器 646 切換器 651 電容器 652 電容器 653 電容器 654 電容器 656 電容器 657 電容器 661 電阻器 200903990 662 電阻器 700 電流回授儀表放大器 710 輸出級 720 輸入級 725 輸入級 730 回授級 735 回授級 740 自動歸零電路 745 自動歸零電路 750 回授網路 800 電流回授儀表放大器 811 跨導放大 812 跨導放大器 813 跨導放大器 814 跨導放大器 815 跨導放大器 822 跨導放大Is 823 跨導放大 824 跨導放大器 825 跨導放大器 83 1 切換器 832 切換器 833 切換器 834 切換器 45 200903990 835 切換器 836 切換器 841 切換器 842 切換器 843 切換器 844 切換器 845 切換器 846 切換器 851 電容器 852 電容器 853 電容器 854 電容器 859 電容器 858 電容器 861 電阻器 862 電阻器 871 切換器 872 切換器 873 切換器 874 切換器 875 切換器 876 切換器 881 切換器 882 切換器 200903990 883 切換器 884 切換器 885 切換器 886 切換器 900 電流回授儀表放大器 910 輸出級 920 輸入級 925 輸入級 930 回授級 935 回授級 940 自動歸零電路 945 自動歸零電路 950 回授網路 970 輸入級 980 回授級 1000 電流回授儀表放大器 1011 跨導放大器 1012 跨導放大器 1013 跨導放大器 1014 跨導放大器 1015 跨導放大器 1016 跨導放大器 1017 跨導放大器 1018 跨導放大器 47 200903990 1022 跨導放大器 1023 跨導放大器 1024 跨導放大器 1025 跨導放大器 1031 切換器 1032 切換器 1033 切換器 1034 切換器 1035 切換器 1036 切換器 1041 切換器 1042 切換器 1043 切換器 1044 切換器 1045 切換器 1046 切換器 1051 電容器 1052 電容器 1 053 電容器 1054 電容器 1056 電容器 1057 電容器 1058 電容器 1059 電容器 48 200903990 1061 電阻器 1062 電阻器 1071 切換器 1072 切換器 1073 切換器 1074 切換器 1075 切換器 1076 切換器 1081 切換器 1082 切換器 1083 切換器 1084 切換器 1085 切換器 1086 切換器 1100 放大器 1110 電流緩衝級 1200 輸入級 1255 電容器 1271 切換器 1272 切換器 1281 緩衝器 1282 緩衝器 49

Claims (1)

1. 200903990 十、申請專利範圍： 1. 一種儀表放大器，其包括： 一輸出級，用於產生一輸出電壓； 一低頻路徑，其耦合該輸出級，該低頻路徑包括： 一第一輸入級，用以感測一差動輸入並且據以產生一 第一中間電流； 一第一回授級，其耦合該第一輸入級與該輸出級，該 第一回授級係用於以該輸出電壓為基礎來產生一第一回授 , 電流；以及 一自動歸零電路，其耦合該輸入級、該回授級、以及 該輸出級，該自動歸零電路係用來產生一零化電流，其中， 該零化電流補償因該第一輸入級及該第一回授級中的輸入 偏移而在該第一中間電流及該第一回授電流中所造成的誤 差；以及 一高頻路徑，其耦合該輸出級，其中，在一特定頻率 以上的頻率處，該高頻路徑支配該低頻路徑，且其中，進 一步在該特定頻率以下的頻率處，該低頻路徑支配該高頻 又. 路徑。 2. 如申請專利範圍第1項之儀表放大器，其進一步包 括： 一電流緩衝級，其耦合該第一輸入級、該第一回授級、 該自動歸零電路、以及該輸出級，該電流緩衝級係用來缓 衝該第一中間電流、該第一回授電流、以及該零化電流中 至少一者。 50 200903990 3.如申請專利範圍第2項之儀表放大器，其中’該電 流緩衝級提高在該輸出級的一輸入處所看見的一輸入阻 抗0 4_如申請專利範圍第丨項之儀表放大器，其中，該高 頻路徑包括： 一第二輸入級，其耦合該輸出級，該第二輸入級係用 以感測該差動輸入並且據以產生一第二中間電流；以及 一第二回授級，其耦合該輸出級，該第二回授級係用 方；以該輸出電壓為基礎來產生一第二回授電流。 5 ·如申晴專利範圍第1項之儀表放大器，其中，該自 動歸令包路可運作用以偵測對應於該輸入級及該回授級之 輸入偏移的偏移電流’且以該等經偵測到的偏移電流為基 礎來產生一零化電流。 广如申σ月專利範圍帛5項之儀表放大器，其中，該自 動歸零電路包括： 柄β该第—輸入級與該第 積分器可運作用以偵測 '' 該專偏移電流；以及 —跨導放大器，I鉍人 來產生該零化電流。 錢分器，該跨導放大器係用 7.如申請專利範圍第 動歸零電路包括： 項之儀表放大器’其中’該自 複數個切換器，其耦合該第^ 其中，該等切換器可運^ ^第—輸入級與該第一回授級， 至一輸入共模電壓，且作用以將該第一輸入級的輸入短路 其中’進一步該等切換器可運作用 51 200903990 以將該第一回授級的輸入短路至一回授共模電壓。 8. 如申請專利範圍第7項之儀表放大器，其中，該等 切換器可運作用以在該零化電流正被校正時將該第一輸入 級與該第一回授級暫時中斷自該輪出級。 9. 如申請專利範圍第1項之儀表放大器，其進一步包 括： “ 屯％ 1 7、H 不1八趿，其中，該預充 / 電級可運作用以將該第一輸入級的一輸入充電至一預充電 電壓，其中，該預充電電壓係以該差動輸入為基礎。 10·如申請專利範圍帛9項之儀表放大器，其中，該預 電=路可運作用以將該第-輸入級的輸入充電至該預充 ’而沒有負載該差動輸入。 充電1 電請專利範㈣9項之儀表放大器，其中，該預 兄玉電路包括—緩衝器。 12·—種儀表放大器，其包括： ~輸出級，用於產生一輸出電壓； 頻路徑’其耦合該輪出級，該低頻路徑包括： 電流；*⑭用以H差動輸人並且據以產生—中間 田+Α ° Α級 其耦合該輸入級盘今於φ奴 為基礎來一授級係 動歸零電路二其耦合該輸入級與該回授級，該自 切換讀儀表放大 放大組4與—自動歸零組態之間來 D '、中，該自動歸零電路可運作用以在 52 200903990 该自動歸零組態中偵測對應於該輪入級 y 偏移的偏移電流’且其中，進 二：回杈級之輪入 用以在該放大組態中以該等已貞"冑零電路可運作 產生-零化電流;以及—移電流為基礎來 -高頻路徑’其輕合該輸出級，其+，在— ^上的頻率處’該高頻路徑支配該低頻路徑，且i中 =在該料頻率以下的頻率處，該低頻路徑支配該高頻 13. 如申請專利範圍第12項之儀表放大器，其中，在 該自動歸零組態中’該自動歸零電路可運作用以解麵合該 輸出級自該輸人級與該回授級，可運作用以麵合該輸入級 與該回授級回授於-自動歸零迴路，可運作用以鶴合該輪 入級耦合於一共模輸入電壓，以及可運作用以耦合該回授 級耦合於一共模回授電壓。 14. 如申請專利範圍第12項之儀表放大器，其進一步 包括： 一電流緩衝級，其耦合該輪入級、該回授級、該自動 歸零電路、以及該輸出級，該電流缓衝級係用來緩衝該中 間電流、該回授電流、以及該零化電流中至少一者；以及 一預充電電路，其耦合該輸入級，其中，該預充電級 可運作用以將該輸入級的一輸入充電至一預充電電壓，其 中’該預充電電壓係以該差動輸入為基礎。 1 5. —種用以降低在一電流回授儀表放大器中的偏移效 應之方法，該方法包括： 53 200903990 以該電流回授儀表放大器的一輸入電壓為基礎來產生 一中間電流； 以該電流回授儀表放大器的一輸出電壓為基礎來產生 一回杈電流，其中，該中間電流與該回授電流均包括分別 對應於—輸入級與一回授級之輸入偏移的偏移分量； 以該等偏移分量為基礎來產生一零化電流，其中，該 零化電流係補償該等偏移分量；以及 運用一高頻路徑而在一特定頻率以上的頻率處來產生 5亥輪出電壓。 16·如申請專利範圍第15項之方法，其進一步包括： 施加一共模輸入電壓至該輸入級； 施加一共模回授電壓至該回授級；以及 當該共模輸入電壓與該共模回授電壓被施加至該輸入 級與該回授級時測量該等偏移分量。 1 7 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，產生該零 化電流包括： 將该儀表放大器從一放大組態切換成一自動歸零組 態； ' 剛量該等偏移分量；以及 以該等偏移分量之測量為基礎來產生該零化電流。 18_如申請專利範圍第17項之方法，其中，該切換包 括： 解轉合該輸出級自該輸入級與該回授級； 將該輸入級耦合至一共模輸入電壓；以及 54 200903990 將該回授級耗合至一共模回授電壓。 1 9.如申請專利範圍第1 5項之方法，其進一步包括： 緩衝該中間電流、該回授電流、以及該零化電流。 20.如申請專利範圍第1 5項之方法，其進一步包括： 在施加該輸入電壓至該輸入級之前先利用該輸入電壓 的一經缓衝形式來預充電該輸入級。 十一、圖式： 如次頁。 55