TWI589113B - 具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路 - Google Patents

具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路 Download PDF

Info

Publication number
TWI589113B
TWI589113B TW104122670A TW104122670A TWI589113B TW I589113 B TWI589113 B TW I589113B TW 104122670 A TW104122670 A TW 104122670A TW 104122670 A TW104122670 A TW 104122670A TW I589113 B TWI589113 B TW I589113B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal amplifying
stage
amplifying circuit
circuit
input
Prior art date
Application number
TW104122670A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201703426A (zh
Inventor
黃翔偉
邱瑞德
Original Assignee
原相科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 原相科技股份有限公司 filed Critical 原相科技股份有限公司
Priority to TW104122670A priority Critical patent/TWI589113B/zh
Priority to US14/931,836 priority patent/US9608575B2/en
Publication of TW201703426A publication Critical patent/TW201703426A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI589113B publication Critical patent/TWI589113B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/26—Modifications of amplifiers to reduce influence of noise generated by amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H03F3/2171—Class D power amplifiers; Switching amplifiers with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/38—Dc amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers
    • H03F3/387—Dc amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/393—Dc amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183—Long tailed pairs
    • H03F3/45188—Non-folded cascode stages
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/351—Pulse width modulation being used in an amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/372—Noise reduction and elimination in amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路
本發明係提供一種訊號放大電路，尤指一種充放電速度極慢以有效抑制雜訊生成的訊號放大電路。
截波技術係利用開關的切換改變電路直流偏移以及低頻雜訊對於訊號的方向性，使直流偏移與低頻雜訊轉換為高頻干擾，再利用低通濾波器(low-pass filter)消除的技巧。傳統截波放大器的內部頻寬要遠大於截波頻率(chopping frequency)以避免安定時間(settling time)不足，且截波頻率又必須大於訊號頻率以配合低通濾波器的製作，因此具有高耗能的缺點。另外，傳統放大器所需的低通濾波器通常為電路上的內電容、或設計在電路外部的獨立電容，需要花費較高昂的材料與製作成本。
本發明係提供一種充放電速度極慢以有效抑制雜訊生成的訊號放大電路，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路，包含有一第一電路模組以及一第二電路模組。該第一電路模組具有一輸入級與一第一級輸出端，且包含一電流源以及一切換開關。該電流源連接於該輸入級，用來輸入一電流。該切換開關連接於該第一級輸出端。該切換開關依據一截波頻率進行該輸入級與該第一級輸出端的正負端切換。該第二電路模組具有一輸出級、與連接到該第一級輸出端的一第二級輸入端。該第二電路模組包含一等效電容，設置在該輸出級與該第二級輸入端之間。該訊號放大電路藉由控制該電流之一電流量以及該等效電容之一電容值以相應調整該訊號放大電路之一內部頻寬，且該內部頻寬係小於該截波頻率並大於該輸入級之一輸入訊號。
本發明之申請專利範圍另揭露該截波頻率係至少為該內部頻寬的十倍以上。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一電路模組另包含一第一負載，連接於該第一級輸出端並接地。該第二電路模組另包含一第二負載及一第三負載，分別連接於該等效電容且接地。
本發明之申請專利範圍另揭露該訊號放大電路係減少該電流源輸出的該電流量、或在該第二電路模組設置高電容值的該等效電容以降低該內部頻寬。
本發明之申請專利範圍另揭露該內部頻寬用來使該訊號放大電路進入電壓擺動率區間，藉此消除直流偏移電壓及低頻雜訊。
本發明之申請專利範圍另揭露該第二級輸入端利用米勒補償使該第一級輸出端隨著該截波頻率進行切換時進入該電壓擺動率區間。
本發明係妥善選擇適當的截波頻率，將電路設計在電壓擺動率區間，降低訊號放大電路10的內部頻寬使其小於截波頻率但大於處理訊號的頻率即可，如此可避免大量的電流消耗以節省能源。訊號放大電路10的切換開關18隨著截波頻率進行正負端切換以進入電壓擺動率區間後，可以有效地壓抑截波頻率的干擾訊號在特定範圍內(如前述的小振幅三角波)，所以後端電路不需要很寬的輸入電壓範圍去承受大範圍擺動的截波干擾。訊號放大電路10能夠有效抑制截波干擾，本發明不必額外增設類比式濾波器，即能在不影響線性度的情況下讓後端電路繼續處理訊號。
請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路10的示意圖。傳統放大器的轉態速度較快，且會輸出振幅極大的方形截波。為了有效克服截波干擾，本發明的訊號放大電路10可以大幅壓抑充放電速度，利用電壓擺動率區間(Slew Rate)之限制使其輸出波形轉變為振幅極小的三角波，可以有效降低干擾振幅，讓後端電路不需要較寬的輸入電壓範圍、亦不需搭配額外的濾波器設計。
訊號放大電路10主要由第一電路模組12以及第二電路模組14組成。第一電路模組12與第二電路模組14之間可選擇性配置緩衝電路設計，然不限於此。第一電路模組12包含電流源16以及切換開關18。電流源16連接於第一電路模組12之輸入級20，用來輸入電流進入訊號放大電路10。切換開關18連接於第一電路模組12之第一級輸出端22，可依據訊號放大電路10的截波頻率進行輸入級20和第一級輸出端22的正端與負端切換。第二電路模組14的等效電容24設置在輸出級26與第二級輸入端28之間，其中第二級輸入端28係連接到第一級輸出端22。第一電路模組12另包含第一負載30，連接於第一級輸出端22並接地，第二電路模組14另包含第二負載32及第三負載34，分別連接於等效電容24且接地。
本發明藉由控制電流源16的輸出電流量以及等效電容24的電容值以相應調整訊號放大電路10的內部頻寬，使該內部頻寬小於截波頻率並大於輸入級20的輸入訊號。舉例來說，本發明之訊號放大電路10的截波頻率較佳設計為內部頻寬的十倍以上，意即內部頻寬設計得極小，並在第二級輸入端28利用米勒補償(Miller Compensation)、以及加上高電容值的等效電容24，使得第一級輸出端22能隨著截波頻率之切換而進入電壓擺動率區間，據此消除訊號放大電路10的直流偏移電壓及低頻雜訊。
請參閱第2圖，第2圖為第1圖所示之訊號放大電路10的訊號模擬圖。以虛線繪製的波形A表示傳統放大器的干擾截波，實線繪製的波形B則是本發明訊號放大電路10的輸出截波。在本發明的訊號模擬分析中，截波頻率選擇在10KHz時，傳統放大器的內部頻寬約為100KHz、工作週期為△T，干擾截波為第2圖所示的波形A。為了顯著降低訊號放大電路10的充放電速度，本發明可選擇將訊號放大電路10的內部頻寬設定在1KHz(意即內部頻寬較佳為截波頻率的10%)，此時訊號放大電路10的工作週期就變成是100△T。本發明的參數設定不 限於上述實施例，端視設計需求而定。這樣一來，訊號放大電路10相較傳統放大器需要百倍以上時間才會完成轉態，但是訊號放大電路10的輸出電壓仍會隨著截波頻率的切換在未達轉態電壓前即進入電壓擺動率區間，訊號放大電路10的輸出截波就會形成如第2圖所示的振幅極小的三角波。
本發明係利用調控電流源16的輸出電流量及等效電容24的電容值來降低訊號放大電路10的內部頻寬，例如減少電流源16輸出的電流量和/或將高電容值的等效電容24設置在第二電路模組14內，使訊號放大電路10的工作週期能大幅放大。其中一種實施態樣可將電流源16的輸出電流量減少為初始值(傳統放大器的預定輸出電流)的十分之一，並將等效電容24的電容值放大為初始值(傳統放大器的電容值)的十倍，如此即能將訊號放大電路10的工作週期放大百倍左右；電流源16之輸出電流量及等效電容24之電容值的改變比例當然不限於本實施態樣所述，端視實際需求而定。
除此之外，其餘實施態樣還可選擇在電流源16的輸出電流量大致保持不變的前提下，將等效電容24的電容值放大為初始值的百倍；或選擇在等效電容24的電容值大致保持不變的前提下，將電流源16的輸出電流量減少為初始值的百分之一。只要電流源16之輸出電流改變量和等效電容24之電容值調整比例的相乘效應能讓訊號放大電路10的工作週期(或內部頻寬)調整到預定放大倍率即符合本發明訊號放大電路10之設計需求。
本發明係妥善選擇適當的截波頻率，將電路設計在電壓擺動率區間，降低訊號放大電路10的內部頻寬使其小於截波頻率但大於處理訊號的頻率即可，如此可避免大量的電流消耗以節省能源。訊號放大電路10的切換開關18隨著截波頻率進行正負端切換以進入電壓擺動率區間後，可以有效地壓抑截波頻率的干擾訊號在特定範圍內(如前述的小振幅三角波)，所以後端電路不需要很寬的輸入電壓範圍去承受大範圍擺動的截波干擾。訊號放大電路10能夠有效抑制截波干擾，本發明不必額外增設類比式濾波器，即能在不影響線性度的情況下讓後端電路繼續處理訊號。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧訊號放大電路
12‧‧‧第一電路模組
14‧‧‧第二電路模組
16‧‧‧電流源
18‧‧‧切換開關
20‧‧‧第一電路模組的輸入級
22‧‧‧第一電路模組的第一級輸出端
24‧‧‧等效電容
26‧‧‧第二電路模組的輸出級
28‧‧‧第二電路模組的第二級輸入端
30‧‧‧第一負載
32‧‧‧第二負載
34‧‧‧第三負載
A、B‧‧‧模擬波形
第1圖為本發明實施例之具有雜訊壓抑功能之訊號放大電路的示意圖。 第2圖為第1圖所示之訊號放大電路的訊號模擬圖。
10‧‧‧訊號放大電路
12‧‧‧第一電路模組
14‧‧‧第二電路模組
16‧‧‧電流源
18‧‧‧切換開關
20‧‧‧第一電路模組的輸入級
22‧‧‧第一電路模組的第一級輸出端
24‧‧‧等效電容
26‧‧‧第二電路模組的輸出級
28‧‧‧第二電路模組的第二級輸入端
30‧‧‧第一負載
32‧‧‧第二負載
34‧‧‧第三負載

Claims (7)

  1. 一種具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路，包含有：一第一電路模組，具有一輸入級與一第一級輸出端，該第一電路模組包含：一電流源，連接於該輸入級，用來輸入一電流；以及一切換開關，連接於該第一級輸出端，該切換開關依據一截波頻率進行該輸入級與該第一級輸出端的正端與負端切換；以及一第二電路模組，具有一輸出級、與連接到該第一級輸出端的一第二級輸入端，該第二電路模組包含一等效電容，設置在該輸出級與該第二級輸入端之間，藉由控制該電流之一電流量以及該等效電容之一電容值以相應調整該訊號放大電路之一內部頻寬，且該內部頻寬係小於該截波頻率並大於該輸入級之一輸入訊號。
  2. 如請求項1所述之訊號放大電路，其中該截波頻率係至少為該內部頻寬的十倍以上。
  3. 如請求項1所述之訊號放大電路，其中該第一電路模組另包含一第一負載，連接於該第一級輸出端並接地，該第二電路模組另包含一第二負載及一第三負載，分別連接於該等效電容且接地。
  4. 如請求項1所述之訊號放大電路，其中該訊號放大電路係減少該電流源輸出的該電流量，以降低該內部頻寬。
  5. 如請求項1所述之訊號放大電路，其中該訊號放大電路係在該第二電 路模組設置高電容值的該等效電容以降低該內部頻寬。
  6. 如請求項1所述之訊號放大電路，其中該內部頻寬用來使該訊號放大電路進入電壓擺動率區間，藉此消除直流偏移電壓及低頻雜訊。
  7. 如請求項6所述之訊號放大電路，其中該第二級輸入端利用米勒補償使該第一級輸出端隨著該截波頻率進行切換時進入該電壓擺動率區間。
TW104122670A 2015-07-14 2015-07-14 具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路 TWI589113B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104122670A TWI589113B (zh) 2015-07-14 2015-07-14 具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路
US14/931,836 US9608575B2 (en) 2015-07-14 2015-11-03 Signal amplifying circuit with noise suppression function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104122670A TWI589113B (zh) 2015-07-14 2015-07-14 具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201703426A TW201703426A (zh) 2017-01-16
TWI589113B true TWI589113B (zh) 2017-06-21

Family

ID=57775435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104122670A TWI589113B (zh) 2015-07-14 2015-07-14 具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9608575B2 (zh)
TW (1) TWI589113B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110140785A1 (en) * 2008-06-11 2011-06-16 Yong Lian Cmos amplifier with integrated tunable band-pass function
US20110193633A1 (en) * 2008-10-20 2011-08-11 The Regents Of The University Of Michigan Bioamplifier for neural interfaces
US20130271215A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Class d audio amplifier with noise suppression and the method thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5486259B2 (ja) * 2009-09-29 2014-05-07 セイコーインスツル株式会社 差動増幅器
TWI427920B (zh) * 2010-02-01 2014-02-21 Novatek Microelectronics Corp 耦合阻絕方法及運算放大器
JP2011182229A (ja) * 2010-03-02 2011-09-15 Renesas Electronics Corp 差動増幅回路、表示パネルドライバ、及び、表示装置
TWI405406B (zh) * 2010-08-20 2013-08-11 Ili Technology Corp Differential amplifier circuit
US8395448B2 (en) * 2011-01-14 2013-03-12 Analog Devices, Inc. Apparatus and method for miller compensation for multi-stage amplifier

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110140785A1 (en) * 2008-06-11 2011-06-16 Yong Lian Cmos amplifier with integrated tunable band-pass function
US20110193633A1 (en) * 2008-10-20 2011-08-11 The Regents Of The University Of Michigan Bioamplifier for neural interfaces
US20130271215A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Class d audio amplifier with noise suppression and the method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US9608575B2 (en) 2017-03-28
US20170019073A1 (en) 2017-01-19
TW201703426A (zh) 2017-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101283998B1 (ko) 슬루 레이트 제어를 이용한 시간차이증폭기 및 시간차이증폭방법
CN102201792A (zh) 音频功率放大器自动增益控制电路
JP2008236683A (ja) 電力増幅回路
CN107104648A (zh) 一种放大电路
TWI427920B (zh) 耦合阻絕方法及運算放大器
TWI477067B (zh) 差動放大器及其控制方法
WO2015139352A1 (zh) 一种电流模音频放大器
TWI589113B (zh) 具有雜訊壓抑功能的訊號放大電路
CN104393760A (zh) 具有短路保护功能的正负输出低压差调整电路
CN106026940B (zh) 一种跨阻放大器的直流偏置电路
CN202334446U (zh) 双极性高压功率放大器
CN105553428A (zh) 一种运算放大器动态供电电路及供电方法
CN105119574A (zh) 带pop噪声抑制的d类功放电路
CN206743199U (zh) 一种高功率音频功率放大器
CN105978540B (zh) 一种连续时间信号的去加重处理电路及其方法
CN105305973A (zh) 一种低失真mosfet大功率放大电路
CN106374844B (zh) 具有噪声压抑功能的讯号放大电路
Kim et al. A constant bandwidth switched-capacitor programmable-gain amplifier utilizing adaptive miller compensation technique
CN210923868U (zh) 多层陶瓷电容器性能检测信号调节装置
CN110321597A (zh) 一种基于忆阻器的差动输入运算电路
CN205178994U (zh) 一种运算放大器动态供电电路
CN210042175U (zh) 扬声器驱动电路
CN103762951A (zh) 功率放大器
Panda et al. High Slew Rate op-amp design for low power applications
CN207588820U (zh) 一种衰减器