TW201815063A - 低雜訊訊號濾波器 - Google Patents

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克里斯堤安 福卻特
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羅伯特博斯奇股份有限公司
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Abstract

本發明係關於在SC技術中的一訊號濾波器，其具備一轉導放大器(100)、一電流積分器(200)和以一時脈方式操作的一衰減器電路(300)，其中，該電路的一可切換式輸入(10)被連接到該轉導放大器的一輸入(110)，其中，該轉導放大器的一輸出(120)被連接到該電流積分器的一可切換式輸入(210)，其中，該電流積分器的一輸出(220)被連接到該電路的一輸出(20)，以及其中，藉由以一時脈方式操作的該衰減器電路(300)，該電流積分器的該輸出(220)被反饋至該轉導放大器的該輸入(110)。

Description

低雜訊訊號濾波器
本發明係關於在SC技術中的一訊號濾波器，其具備一轉導放大器(transconductance amplifier)、一電流積分器，以及以一時脈方式操作的一衰減器電路。
在SC(switched capacitor，切換電容器)技術中的傳統主動式濾波器，在所能達成的精確度和在輸出訊號中的雜訊之間要求妥協，因為一高度的精確度也要求所涉及的放大器之一寬廣頻寬。由於在SC技術中被使用的濾波器的時脈，該電路的整個雜訊出現於被限制在取樣頻率的一半的頻寬裡，而導致頻譜雜訊電壓密度(spectral noise voltage density)典型地根據該放大器雜訊而增加2~3倍。此現象在文獻上被描述為「雜訊折疊(noise folding)」。為了抵消此情況，該放大器的輸入級的功率消耗必須典型地增加4~9倍。此外，相對大的電容是被需要的以限制頻寬。
來自Bosch Sensortec的BMA255加速度感測器具備一震動質量，其加速度是藉由差動式電容器而被決定。在該加速度感測器的一輸入電路中，該差動式電容器的可變式電容值是使用在SC技科的一電荷放大器而被決定。
本發明係關於在SC技術中的一訊號濾波器，其具備一轉導放大器、一電流積分器和以一時脈方式操作的一衰減器電路，其中，該電路的一可切換式輸入被連接到該轉導放大器的一輸入，其中，該轉導放大器的一輸出被連接到該電流積分器的一可切換式輸入，其中，該電流積分器的一輸出被連接到該電路的一輸出，以及其中，藉由以一時脈方式操作的該衰減器電路，該電流積分器的該輸出被反饋至該轉導放大器的該輸入。
本發明的一有益組態係藉由經串聯連接另一電容式衰減器，以提供該轉導放大器的該輸出被連接到該電流積分器的該可切換式輸入。
本發明的一有益組態係提供該濾波器具備一電荷輸入，以及被連接至該電路的該可切換式輸入和至該轉導放大器的該輸入一電容器Cin是該訊號提供配置的一部份。
根據本發明的該電路避免雜訊折疊效應，導致非常低的雜訊可被達成，特別是在帶有相同功率損失之高增益因子的情況中。
在一微弱訊號是以一電壓或電荷出現的所有應用中，該電路的使用是令人感到有趣的。因此，例如來自電阻式或是電容式感測器的訊號可以直接被評估，而不需要該濾波器上游的一特別放大器級。如此優點在於針對給定的增益因子和給定的功率消耗，在該輸出訊號的雜訊較少。
10‧‧‧可切換式輸入
20‧‧‧輸出
100‧‧‧轉導放大器
110‧‧‧輸入
120‧‧‧輸出
200‧‧‧電流積分器
210‧‧‧可切換式輸入
220‧‧‧輸出
300‧‧‧衰減器電路
310‧‧‧切換配置
320‧‧‧電容式衰減器
Cin‧‧‧電容器
圖1示意地展示根據本發明的低雜訊訊號濾波器。
圖1示意地展示根據本發明的低雜訊訊號濾波器。圖解在 SC工程中的一訊號濾波器，其具備一轉導放大器100、一電流積分器200和以一時脈方式操作的一衰減器電路300。根據本發明，該電路的一可切換式輸入10被連接到該轉導放大器100的一輸入110。該轉導放大器100的一輸出120被連接到該電流積分器200的一可切換式輸入210。該電流積分器200的一輸出220被連接到根據本發明之該電路的一輸出20。根據本發明，藉由以一時脈方式操作的該衰減器電路300，該電流積分器200的該輸出220被反饋至該轉導放大器100的該輸入110。在此情況中，以一時脈方式操作的該衰減器電路300具備一切換配置310，其被用來切換該衰減器電路。以一時脈方式操作的該衰減器電路300也具備一電容式衰減器320。
根據本發明的電路因此是由一轉導放大器和一電流積分器所組成。此組成是藉由以一時脈方式操作的一衰減器電路進行反饋，用以確保包含帶有高精確度之一增益因子之所欲的濾波器特性。可選地(並未在圖1中例示)，在該轉導級及與該積分器之間的串聯電路中使用另一電容式衰減器是可行的，用以獲取相對於該濾波器的轉移函數和該雜訊的另一自由度(degree of freedom)。在此情況中，該另一電容式衰減器被連接到該轉導放大器的該輸出120，以及被連接到該電流積分器的該輸入210。該轉導級具備一電流輸出，而導致來自另一放大器的該輸出訊號，其可以被用來補償例如是該轉導級的偏移電壓，可以在無須特定出力下而於此時點被饋入而無。

Claims (3)

  1. 一種在SC(切換電容器)工程中的訊號濾波器，其具備轉導放大器(100)、電流積分器(200)和以時脈方式操作的衰減器電路(300)，其中，該電路的可切換式輸入(10)被連接到該轉導放大器的輸入(110)，其中，該轉導放大器的輸出(120)被連接到該電流積分器的可切換式輸入(210)，其中，該電流積分器的輸出(220)被連接到該電路的輸出(20)，其中，藉由以時脈方式操作的該衰減器電路(300)，該電流積分器的該輸出(220)被反饋至該轉導放大器的該輸入(110)。
  2. 如請求項1之訊號濾波器，其中藉由經串聯連接另一電容式衰減器，該轉導放大器的該輸出(120)被連接到該電流積分器的該可切換式輸入(210)。
  3. 如請求項1或2之訊號濾波器，其中該濾波器具備電荷輸入，並且其中被連接至該電路的該可切換式輸入(10)和至該轉導放大器的該輸入(110)的電容器(C in)是該訊號提供配置的一部份。
TW106134839A 2016-10-10 2017-10-06 低雜訊訊號濾波器 TW201815063A (zh)

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