用于dc耦合的前端电路的共模去除的电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及电路，并且更具体地涉及用于从DC耦合的前端电路去除共模电 压的电路。
【背景技术】
[0002] 前端电路通常是指向后端电路提供输入的电路或者电路装置。前端电路通常向前 端电路供应单端信号或者差分信号。单端信号以共模电压为参考，因此在单端信号中包含 的信息被表示为在单端信号与共模电压之间的差值。差分信号包括各自以共模电压为参考 的两个输入。因此，差分信号携带的信息被表示为在两个输入的电压之间的差值。
【发明内容】
[0003] 在一个示例中，一种方法包括接收包括第一电压信号和第二电压信号的第一差分 信号，其中第一差分信号包括第一共模电压；接收第二共模电压；通过电路确定包括第三 电压信号和第四电压信号的第二差分信号，其中在第三电压信号与第四电压信号之间的差 值基于在第一电压信号与第二电压信号之间的差值，其中第二差分信号包括第二共模电 压；以及基本上连续地输出第二差分信号。
[0004] 在另一示例中，一种系统包括：第一输入管脚，配置为接收第一差分电压信号的第 一电压信号；第二输入管脚，配置为接收第一差分电压信号的第二电压信号，其中第一差分 电压信号包括第一共模电压；第二输入管脚，配置为接收第二共模电压；电路，包括多个电 容器和多个开关，其中电路被配置为基于第一差分电压信号确定第二差分电压信号，其中 第二差分电压信号包括第二共模电压；第一输出管脚；以及第二输出管脚，其中电路被配 置为在第一输出管脚基本上连续地输出第二差分电压信号的第一电压信号，以及其中电路 被配置为在第二输出管脚基本上连续地输出第二差分信号的第二电压信号。
[0005] 在又一示例中，一种装置包括：用于接收包括第一电压信号和第二电压信号的第 一差分信号的部件，其中第一差分信号包括第一共模电压；用于接收第二共模电压的部件； 用于通过电路确定包括第三电压信号和第四电压信号的第二差分信号的部件，其中在第三 电压信号与第四电压信号之间的差值基于在第一电压信号与第二电压信号之间的差值，其 中第二差分信号包括第二共模电压；以及用于基本上连续地输出第二差分信号的部件。
[0006] 在附图和以下描述中阐述一个或者多个示例的细节。其它特征、目的和优点将从 说明书和附图以及从权利要求中变得清楚。
【附图说明】
[0007] 图1是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的示例电阻器耦合的放大器电 路的电路图。
[0008] 图2是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于AC耦合的放大器的示例 偏置电路的电路图。
[0009] 图3是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 不例电路的电路图。
[0010] 图4是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 另一不例电路的电路图。
[0011] 图5是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 另一不例电路的电路图。
[0012] 图6A-6D是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共 模的示例电路的各种信号的图形。
[0013] 图7是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 另一不例电路的电路图。
[0014] 图8A-8E是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共 模的示例电路的各种信号的图形。
[0015] 图9是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的可以用来监视电压电平的辅 助比较器900的一个示例的电路图。
[0016] 图10是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的可以用来监视电压电平的辅 助比较器900的示例的进一步细节的电路图。
[0017] 图11A-11E是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的 共模的示例电路的各种信号的图形。
[0018] 图12是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 示例电路1200的电路图。
[0019] 图13是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 示例电路1300的电路图。
[0020] 图14是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于测量差分信号的共模的 不例电路1400的电路图。
[0021] 图15是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于测量差分信号的共模的 示例电路1500的电路图。
[0022] 图16是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于处理差分信号的共模的 示例电路1600的电路图。
[0023] 图17是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于处理差分信号的共模的 示例电路1700的电路图。
【具体实施方式】
[0024] 差分信号的分量可以包括共模电压。可以定义共模电压为差分信号的分离分量共 同具有的信号。共模可以完全地DC、完全地AC或者包括AC和DC分量二者。在一些示例 中，差分信号的共模可以随时间可变。在一些示例中，可以希望电路维持输出共模为恒定， 即使输入共模正在变化。
[0025] 在一些示例中，采样系统可以用来获得具有一致共模的差分信号。在采样系统中， 可以相对于某个希望的共模对输入信号进行采样，并且可以实施前端为切换式电容器电 路。阻塞电容器可以存储信号并且同时从大DC摆动去耦合前端。
[0026] 然而，作为这一耦合的结果，输出差分信号可能相对于时间不连续。换而言之，输 出信号可以在去耦合期间不可用。采样系统的另一缺点是为了实现充分高的时间分辨率而 必需的频率增加可能造成采样元件的高功率消耗。采样系统的另一潜在缺点是存在为了防 止频率折回而必需的输入防混叠电路和要求高电压开关连接到输入。
[0027] 在一些示例中，轨到轨架构可以用来获得具有恒定共模的差分信号。在轨到轨架 构中，前端包括可以在输入信号共模电压的全范围内工作的互补级。然而，轨到轨系统可以 限于相对低的电压。另一潜在缺点是可能需要专用微调的、互补输入的性能（增益和偏移） 差异。
[0028] 在一些示例中，电阻器耦合的放大器电路可以用来获得具有恒模的差分信号。图 1是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的示例电阻器耦合的放大器电路1〇〇的电路 图。电阻器稱合的放大器电路100包括差分输入101和102、差分输出103和104、放大器 107、输入电阻器105A和105B以及反馈电阻器106A和106B。放大器107接收与在输入 101与输入102之间的差值对应的差分输入信号（VIN+-VIN_)并且产生与在输出103与输出 104之间的差值对应的差分输出信号（Vp-Vj。在理论上完美的系统中，差分输出信号将 是差分输入信号的具有增益因子的确切复制物，这意味着（VIN+_VIN_)将等于kMVp-Vj，其 中k代表放大器电路100的增益因子，其可以基于电阻器105A/105B和106A/106B的值变 化。然而，在现实系统中，差分输出信号可能由于存在共模电压而不是差分输入信号的确切 复制物。
[0029] 输入的共模电压可以由（VIN+_VIN_) /2表达，并且输出的共模电压可以由 (Vp-Vj/2表达。因此，输入共模和输出共模是不同的。
[0030] 在一些示例中，电阻器耦合的放大器电路100可以提供输入共模可以被任意地设 置的单个放大器的优点。然而，使用电阻器耦合的放大器电路1〇〇作为前端电路可能导致 一个或者多个缺点。作为一个示例，电阻器耦合的放大器的缺点是在输入的有限阻抗，这可 能对于一些应用是不可接受的。
[0031] 在一些示例中，偏置电路可以用来获得具有恒定共模的差分信号。图2是图示根 据本公开内容的一种或者多种技术的用于AC耦合的放大器的示例偏置电路200的电路图。 电路200包括输入202、电容器204、电阻器206、电阻器208和输出210。输入202可以接 收输入信号，并且电容器204可以阻塞输入信号的任何DC分量被传输到输出210。电阻器 206和电阻器208的比值可以用来设置在输出210提供的信号的DC分量。在一些示例中， 第一偏置电路200可以被定位于前端系统的第一差分输入，而第二偏置电路200可以被定 位于前端系统的第二差分输入。
[0032] 在前端系统的差分输入使用偏置电路200可能导致一个或者多个缺点。作为一个 示例，偏置电路200可能不仅抑制差分输入信号的共模而且抑制输入信号的DC分量。
[0033] 本公开内容描述用于从DC耦合的前端电路去除共模电压的变化的技术。如以下 将更具体说明的那样，可以通过将输出共模电压向已知、固定电压移位来去除共模电压的 变化。本公开内容的技术可以用来设计如下电路，这些电路可以将可变或者移动的共模电 压向固定电平移位，从而电路的输出的共模电压可以独立于电路的输入的共模电压，因此 使差分输出可能用某一类增益因子更接近地匹配差分输入。本公开内容还描述用于将前端 电路、比如放大器或者模数转换器（ADC)对接到以很大共模为特征的差分输入信号而保持 DC耦合的技术。这些技术可以例如被实施在用于切换调节器或者电机驱动器的电流感测电 路中，其中感测元件共模电压摆动可能很大，但是主要兴趣是具有流入负载中的DC电流的 正确测量。
[0034] 本公开内容的技术可以例如使电路能够通过未对输入信号进行米样而向前端直 接传送输入信号来提供连续时间读出。附加地，本公开内容的技术可以产生如下电路，其中 前端的输入受到减少的摆动，因为输入共模被采样并且从输入信号被减去。另外，摆动可以 通过调整电路对共模电压进行采样的采样频率来控制。本公开内容的技术可以允许使用与 轨到轨系统比较的更简单放大器结构。
[0035] 图3是图示根据本公开内容的一种或者多种技术的用于控制差分信号的共模的 示例电路300的电路图。电路300可以例如是DC耦合到输入信号并且可以执行输入信号的 差分感测的前端系统的部分。电路300包括输入301 (VIN+)、输入302 (VIN_)、输出303 (VQUT+)、 输出304(VQUT_)、共模输入307 (V^、电容器310、电容器312、开关306A-306C(统称为"开 关306"）、开关308A-308C(统称为"开关308"）和时钟314。电路300接收与在输入301 与输入302之间的差值对应的差分输入信号（VIN+-VIN_)并且产生与在输出303与输出304 之间的差值对应的差分输出信号（VOTT_-VOTT+)。差分输入信号可以包括输入共模信号。电 路300可以被配置为从差分输入信号（VIN+-VIN_)去除共模输入信号并且输出差分输出信 号（VOJT-_VOJT+)，从而它包括在共模输入307接收的共模。附加地，可以输出差分输出信号 ，从而它接近地匹配差分输入信号（VIN+-VIN_)。
[0036] 时钟314控制开关306和308。开关306和308异相，从而在开关308关断时闭合 开关306而在闭合开关308时开关306关断。以这一方式，开关306和308可以用来创建 乂^路径和输出路径。在闭合开关306而开关308关断时，电容器310和312然后经由输出 路径将差分输入信号（VIN+-VINJ稱合到差分输出信号（V〇UT--V()UT+)。
[0037] 在第一操作阶段期间，开关306关断而闭合开关308。在第一阶段期间，输入301 经由开关306A连接到电容器310的第一端子，而电容器310的第二端子经由开关306B连 接到输出303。也在第一阶段期间，电容器312的第二端子经由开关306C连接到输出304。 贯穿两个操作阶段，电容器312的第一端子连接到输入302。在这一情况下，在输入302的 输入电压VIN_可以视为用于什么关注输入共模电压的参考。
[0038] 在阶段1结束时，在电容器310和312中的每个电容器中存储的电荷可以由下等 式⑴和⑵表示，其中Q31(l是在电容器310的电荷，Q312是在电容器312的电荷，Va是在 共模输入307的电压，并且、^是在阶段1结束时在输入302的电压。
[0039] Q3i〇 -C31Q* (Vin-i_VCM) (1)
[0040] Q312-C312* (VlN-l_VCM) (2)
[0041] 在第二阶段期间，开关306关断而闭合开关308。在第二阶段期间，输入302经由 开关308A连接到电容器310的第一端子。也在第二阶段期间，电容器310的第二端子和电 容器312的第二端子分别经由开关308B和308C连接到共模输入307。在第二阶段期间，在 输出303和304的电压如下：
[0042] V0UT+=VIN+ - (VIN_! -VCM) (3)
[0043] V〇UT_= VlN_-(4)
[0044] 在输入303与304之间的差分输出电压可以由下等式（5)表示，从而可以保留输 入信号的差分性质。
[0045]