专利名称：一种斩波放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟电路设计领域，特别是涉及一种斩波放大电路。
背景技术：
为了放大低频微弱的输入信号，通常需要对放大器进行斩波。其工作原理如图1所示。输入信号vin经过第一级斩波开关100被调制到斩波频率fch，然后经过第一级放大电路200放大，接着经过第二级斩波开关300被调制回低频，最后经过第二级放大电路400放大后得到输出信号vout。斩波的目的是避免输入信号vin受到第一级放大电路的失调电压和低频噪声的干扰。输入信号vin在斩波放大器放大过程中频谱的变化如图2所示，图中各图标含义为=V:输入信号；Vol:第一级放大电路的等效输入失调电压和低频噪声；V1:斩波到高频的输入信号；Vol':第一级放大电路的等效输出失调电压和低频噪声:V1 ':经过第一级放大电路放大后的信号；V2:第二次斩波后回到低频的信号；Vo2:第二级放大电路的等效输入失调电压和低频噪声；Vol '丨:第二次斩波后变频到高频的第一级放大器的失调电压和噪声；fch:斩波频率。由图可知，经过两次斩波和其后的放大，最终输出信号vout位于低频，而第一级失调电压及噪声被调制到高频。而这一位于高频的残留干扰将成为叠加在输出信号vout上的残余纹波。第一级放大电路的失调电压和低频噪声越大，则斩波放大器输出端残留的高频干扰越大，也就是残余纹波越大。残余纹波将影响输出信号的精度，因此残余纹波越小越好。如图3所示，输入信号vin经过第一次斩波后输入第一级放大电路的频谱示意图。被斩波到fch频率的信号和第一级放大电路等效到输入端的噪声及失调分布在不同的频率。而现有技术对斩波放大器各级放大电路频率响应的理解是:第一级高增益和低带宽的放大电路的带宽易于涵盖斩波后的全部信号，同时也有利于闭环使用状态下整个斩波放大器的稳定性能。实际上第一级放大电路通常具有高增益和低带宽，以图3为例，位于低频的失调电压和噪声将被高倍放大，而位于高频的信号的放大倍数则较低，这样在第一级放大电路的输出端，失调和低频噪声相对于信号将变得更大，造成最终斩波放大器输出信号的纹波也较大。解决上述问题的一般思路为:让斩波频率低，信号斩波后的频带仍然在放大器带宽内或者让斩波频率高，且放大器的带宽也大，能包括信号频率。但上述第一种思路由于斩波后的信号频率更接近低频噪声频率，两者更容易混叠，第二种思路则需要一个难于实现的高增益、高带宽的放大器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种斩波放大器，使得整个斩波放大器的输出具有较低的残余波纹。
本发明的技术问题通过以下技术手段予以解决:
一种斩波放大器，包括第一级斩波开关、第一级放大电路、第二级斩波开关、第二级放大电路，所述第一级放大电路为带通放大电路，所述带通放大电路的通带频率分布在所述第一级斩波开关的斩波频率两侧，覆盖被斩波到高频的输入信号所在的频率范围，而不包含所述第一级放大电路的等效输入失调电压所在的频率范围。优选地:所述带通放大电路包括偏置电流源、作为差分输入管的第一MOS管MNl和第二 MOS管丽2、连接在电源VDD与第一 MOS管丽2之间的第三MOS管丽3和连接在电源VDD与第二 MOS管丽3之间的第四MOS管MN4 ;还包括连接在第三MOS管的栅极与电源VDD之间的第一电阻R1、连接在第四MOS管的栅极与电源VDD之间的第二电阻R2、以及连接在带通放大电路输出端的负载电容CL。优选地:所述带通放大电路的通带频率的最低值高于所述第一级放大电路的闪烁噪声和热噪声的拐点频率。与现有技术相比，本发明使用具有带通功能的第一级放大电路，放大电路的幅频响应、输入信号、放大电路的等效输入失调电压和噪声的频谱分布如图4所示。带通放大电路的通带分布在斩波频率fch两侧，包含被斩波到高频的信号带宽，从而对高频信号进行放大，同时抑制了低频的失调电压和噪声，从而可以减小斩波放大器输出端的残余纹波。因此，具有能够降低斩波放大器的失调电压及低频噪声造成的残余纹波的有益效果。
图1是现有斩波放大器的原理框 图2是图1的斩波放大器的输入信号vin在放大过程中频谱的变化 图3是图1的斩波放大器的输入信号vin经过第一次斩波后输入低通特性的第一级放大电路的频谱示意 图4是本发明的采用带通第一级放大电路的斩波放大器的原理框 图5是图4的放大器的输入信号vin经过第一次斩波后输入带通特性的第一级放大电路的频谱示意 图6是本发明的带通放大电路的原理图。
具体实施例方式下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。如图4所示，本实施例的斩波放大器，包括第一级斩波开关100、第一级放大电路201、第二级斩波开关300、第二级放大电路400，其中第一级放大电路201为带通放大电路，该带通放大电路201的通带频率分布在所述第一级斩波开关的斩波频率两侧，覆盖被斩波到高频的输入信号所在的频率范围，而不包含第一级放大电路201的等效输入失调电压和低频噪声所在的频率范围。本专利中低频噪声特指放大器闪烁噪声为主的频率范围，该低频噪声的最高频率是放大器闪烁噪声和热噪声之间的拐点频率。如图6所示，为本实施例所采用的带通放大电路的电路图，其包括偏置电流源IB，差分输入对管MOS管丽I和丽2，连接在电源VDD与MOS管丽I之间的MOS管丽3，连接在电源VDD与MOS管丽2之间的第四MOS管MN4，还包括连接在MOS管丽3的栅极与电源VDD之间的电阻Rl、连接在MOS管MN4的栅极与电源VDD之间的电阻R2、以及连接在带通放大电路输出端Voutl、Vout2的负载电容CL。该带通放大电路的MOS管丽3和MOS管MN4以及它们栅极和电源VDD之间的电阻R1、R2构成有源电感，该有源电感和负载电容CL形成具有带通特性的负载，从而构成了带通特性的放大电路。如图5所示，本实施例的通带放大电路的通带分布在第一级斩波开关的斩波频率fch两侧，包含被斩波到高频的信号Vl的带宽，而失调电压和低频噪声则位于通带范围之外。除却图6所示的带通放大电路外，本发明也可采用其他类型的带通放大电路，例如图6中的有源电感也可替换为无源电感而构成另一种形式的带通放大电路。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种斩波放大器，包括第一级斩波开关、第一级放大电路、第二级斩波开关、第二级放大电路，其特征在于: 所述第一级放大电路为带通放大电路，所述带通放大电路的通带频率分布在所述第一级斩波开关的斩波频率两侧，覆盖被斩波到高频的输入信号所在的频率范围，而不包含所述第一级放大电路的等效输入失调电压所在的频率范围。
2.根据权利要求1所述的斩波放大电路，其特征在于:所述带通放大电路包括偏置电流源、作为差分输入管的第一 MOS管(丽I)和第二 MOS管(丽2)、连接在电源(VDD)与第一MOS管(丽I)之间的第三MOS管(丽3)和连接在电源(VDD)与第二 MOS管(丽2)之间的第四MOS管(MN4);还包括连接在第三MOS管的栅极与电源(VDD)之间的第一电阻(Rl)、连接在第四MOS管的栅极与电源(VDD)之间的第二电阻(R2)、以及连接在带通放大电路输出端的负载电容(CL)。
3.根据权利要求1或2所述的斩波放大器，其特征在于:所述带通放大电路的通带频率的最低值高于所述第一级放大电路的闪烁噪声和热噪声的拐点频率。
全文摘要
本发明公开了一种斩波放大器，包括第一级斩波开关、第一级放大电路、第二级斩波开关、第二级放大电路，所述第一级放大电路为带通放大电路，所述带通放大电路的通带频率分布在所述第一级斩波开关的斩波频率两侧，覆盖被斩波到高频的输入信号所在的频率范围，而不包含所述第一级放大电路的等效输入失调电压所在的频率范围。与现有技术相比，本发明具有能够降低斩波放大器的失调电压及低频噪声造成的残余纹波的有益效果。
文档编号H03F1/26GK103107780SQ20121057392
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者王自强, 姜珲, 张春, 麦宋平, 陈虹, 王志华 申请人:清华大学深圳研究生院