多通道自动归零和斩波放大器的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及电子系统，更具体地涉及放大器。
【背景技术】
[0002] 放大器（诸如，运算放大器或仪表放大器）可以包括自动调零和/或斩波电路，用 于降低放大器的输入偏移电压。
[0003] 在一个示例中，自动调零放大器可包括主放大器、辅助放大器和电容器，以及所述 辅助放大器可在自动归零阶段中操作以存储电容器两端的电压，以校正主放大器的输入偏 移电压。在另一示例中，斩波放大器包括可用于在输入斩波操作期间砍斩或调节所述放大 器的输入信号的输入斩波开关，从而向上移动放大器的输入信号的频率。此外，该斩波放 大器可包括用于过滤所述放大器的输入偏移电压的滤波器，其可分离于斩波输入信号的频 率。斩波放大器可以进一步包括输出斩波开关，用于在输出斩波操作期间解调或向下偏移 所述斩波输入信号的频率。
[0004] 虽然包括放大器自动调零和/或斩波器电路可以降低放大器的输入偏移电压，但 自动调零和/或斩波电路还可以诸如通过生成输出毛刺和/或噪音而影响放大器的运行性 能。
【发明内容】
[0005] 在一个方面，提供一种放大器。该放大器包括多个通道，包括第一通道、第二通道 和第三通道。第一通道、第二通道和第三通道的每个可操作在多个阶段，包括自动归零阶 段、非反相斩波阶段和反相斩波阶段。该放大器进一步包括定时控制电路，被配置为在第一 时间间隔期间在自动归零阶段操作第一通道，在第二时间间隔期间在自动归零阶段操作第 二通道，以及在第三时间间隔期间在自动归零阶段操作第三通道。第一时间间隔、第二时间 间隔和第三时间间隔在时间上相对于彼此交错排列。
[0006] 在另一个方面，提供一种放大器。该放大器包括非反相输入电压端和反相输入电 压端，以及该放大器被配置为接收所述非反相输入电压端和反相输入电压端之间的差分输 入电压。该放大器还包括多个通道，包括第一通道、第二通道和第三通道。所述放大器还包 括配置成控制所述多个通道的自动调零序列的定时控制电路。定时控制电路被配置成在第 一时间间隔期间自动归零第一通道，在第二时间间隔期间自动归零第二通道以及在第三时 间间隔期间自动归零第三通道。第一时间间隔、第二时间间隔和第三时间间隔在时间上相 对于彼此交错排列。在多声道放大器的操作中，多个通道的至少一个通道被配置为在任何 给定时间放大所述差分输入电压。
[0007] 在另一个方面，提供了一种电子放大的方法。该方法包括向包括多个通道的放大 器提供差分输入电压的，所述多个通道包括第一通道、第二通道和第三通道。该方法进一步 包括：利用自动调零和斩波定时控制电路，控制所述多个通道的定时。该方法进一步包括： 使用自动调零和斩波定时控制电路，在第一时间间隔期间自动调零所述第一通道；使用自 动调零和斩波定时控制电路，在第二时间间隔期间自动调零所述第二通道；和使用自动调 零和斩波定时控制电路，在第三时间间隔期间自动调零第三通道。第一时间间隔、第二时间 间隔和第三时间间隔在时间上相对于彼此交错排列。
【附图说明】
[0008] 图1是多通道自动归零和斩波放大器的实施例的示意框图。
[0009] 图2A是多通道自动归零和斩波放大器的实施例的示意框图。
[0010] 图2B示出用于图2A的多通道自动归零和斩波放大的时序图的一个示例。
[0011] 图3A是另一多通道自动归零和斩波放大器的实施例的示意框图。
[0012] 图3B是示出用于图3A的多通道自动归零和斩波放大的时序图的一个示例。
[0013] 图4A是多通道自动归零和斩波放大器的另一实施例的示意框图。
[0014] 图4B是图4A的多通道自动归零和斩波放大器的通道的一个实施例的电路图。
[0015] 图5A示出使用图4B的通道实现的图4A的多通道自动归零和斩波放大的时序图 的一个示例。
[0016] 图5B示出使用图4B的通道实现的图4A的多通道自动归零和斩波放大的时序图 的另一不例。
[0017] 图5C示出使用图4B的通道实现的图4A的多通道自动归零和斩波放大的时序图 的另一不例。
【具体实施方式】
[0018] 本某些实施例的以下详细描述中提出了本发明的具体实施例的各种描述。然而， 本发明可以以许多不同方式体现，如由权利要求书定义和涵盖。在本说明书中，参考了附 图，其中类似的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。
[0019] 缺乏补偿，放大器可以具有输入偏移电压。例如，使用常规的互补金属氧化物半导 体（CMOS)工艺制造的放大器可以具有例如在约lmV到大约10毫伏的范围内的输入偏移电 压。放大器也可具有闪烁或1/f噪声，其可以具有相关联的噪声功率谱密度（PSD)，其在较 低频率变大。
[0020] 为了减少或除去输入偏置电压和/或闪烁噪声，放大器可包括斩波电路。在一个 示例中，所述斩波电路包括在输入斩波操作期间斩波或者调节所述放大器的输入信号的输 入斩波开关，从而向上移动放大器的输入信号的频率。此外，该斩波电路包括输出斩波开 关，其在输出斩波操作期间解调或向下移动斩波输入信号的频率。
[0021] 放大器的斩波操作可导致在放大器的输出出现调制输出电压纹波。经调制的电压 波纹可以具有相对于放大器的输入偏移电压的幅度改变的幅度。
[0022] 例如，放大器的斩波操作可导致电压毛刺出现在放大器的输出，由于在输入斩波 电路中来自开关打开或关闭的电荷注入。
[0023] 虽然低通后置滤波器可用于在调制和/或毛刺之后过滤波纹，可取的是减少所述 放大器的输入偏置电压，同时引入相对小的波动和/或毛刺，从而放宽后过滤器的设计约 束。
[0024] 在某些配置中，放大器可以进一步包括自动调零电路。通过在放大器中包括自动 调零和斩波器电路，所述放大器能够具有较低的整体的输入偏移电压，导致后置滤波器的 相对小的波动和/或设计约束电压可以放宽。
[0025] 结合了自动归零和斩波电路的放大器的一个示例可以描述为于2002年11月5 日发表、共同拥有的美国专利号6476671、和标题"PING-PONGAMPLIFIERWITHAUT0-ZEROINGANDCHOPPING"，在此通过引用将其全部在此并入本文。乒乓自动归零和斩波放大 器可以包括两个通道，可以是彼此重复。此外，当第一通道被断开以执行自动调零，第二通 道可以提供放大，并且反之亦然。因为只有一个通道在给定的时间提供放大，该放大器可具 有相对于提供相似量放大而没有自动调零的放大器的大约两倍的功率消耗和/或区域。此 外，当一个通道从用于自动调零信号路径断开，而另一个通道重新连接到用于放大的信号 路径，可以在信号路径中引入相对大的干扰。信号路径干扰可导致在感兴趣的信号频带中 的输出毛刺和/或噪声向下折叠。
[0026] 多通道自动归零和斩波放大器的概述
[0027] 在本文中提供用于多通道自动调零和斩波放大器的装置和方法。在某些配置中， 放大器包括使用多个阶段操作的至少三个通道，其中至少包括非反相斩波阶段、反相斩波 阶段和自动归零阶段。该放大器进一步包括定时控制电路，它至少部分地交织或蹒跚通道 阶段的定时。例如，在特定的配置中，当一个或多个通道在某一时间实例中被自动调零，至 少一些剩余通道在非反相斩波阶段或反相斩波阶段操作。
[0028] 当特定的通道在非反相斩波阶段或反相斩波阶段进行操作时，通道可以贡献于放 大器的放大。例如，在某些配置中，每个通道可包括产生输出电流的跨导放大电路，以及通 过在非反相或者反相斩波阶段操作的任何通道产生的输出电流可以相加在一起，以产生相 加电流。另外，相加电流可被提供给放大器的输出级和/或处理以生成所述放大器的输出 信号。
[0029] 尽管当通道工作在非反相斩波阶段以及当通道操作在反相斩波阶段时特定通道 可以贡献于放大器的放大，相对于所述非反相斩波阶段，通道的输入端的极性和通道的输 出端的极性可以在反相斩波阶段颠倒或翻转。
[0030]例如，通道可包括放大电路，其包括差分输入和差分输出。此外，在非反相斩波阶 段，输入斩波开关可用于提供放大器的差分输入电压，为具有阳性或非反相极性的放大电 路的差分输入。此外，在非反相斩波阶段，输出斩波开关可以提供所述放大电路的差分输 出，未经反转通道的输出。然而，在反相斩波阶段，输入斩波开关可用于提供放大器的差分 输入电压，为具有负或反相极性的放大电路的差分输入。此外，在反相斩波阶段，输出斩波 开关可用于反转放大电路的差分输出，并且提供所述放大电路的通道的输出的反相差分输 出。由于输入斩波开关和输出斩波开关在反相斩波阶段提供反转，所述通道产生适当极性 的输出信号。
[0031] 本文的教导可以被用于提供一种放大器，其相对于乒乓自动归零和斩波放大器消 耗更少的功率和/或具有较小的区域。例如，相对于提供相似量的放大并操作时无需自动 调零的放大器，乒乓自动归零和斩波放大器可具有两倍左右的尺寸和功率消耗。与此相反， 由于相对小比例的放大器的放大电路在时间断开用于自动调零，该放大器在本文中可以通 过较小量增加区域和/或功率消耗（相对于没有自动调零的放大器）。
[0032] 另外，在某些实现方式中，这里的放大器可引入与从放大器的信号路径断开或重 新连接通道相关联的相对小的输出毛刺，用于自动调零。例如，由于只有一小部分的放大器 的放大电路在时间上断开或重新连接到放大器的信号路径，放大器可具有相对于特定的乒 乓自动调零和斩波放大器的相对小的输出毛刺和/或噪声。
[0033] 此外，在某些实现方式中，放大器这里可以引入与在输入斩波电路中开关打开或 关闭的电荷注入相关联的相对小的输出毛刺。例如，由于只有相对较小的比例的开关总数 可以在时间上在所述放大器的信号路径中打开或关闭，放大器可具有相对于特定的乒乓自 动归零和斩波放大器的相对小的输出毛刺和/或噪声。
[0034] 图1是多通道自动归零和斩波放大器10的一个实施例的示意框图。多通道自动 归零和斩波放大器10包括第一通道1、第二通道2、第三通道3、自动调零和斩波定时控制电 路5,以及输出级6。图示的多通道自动归零和斩波放大器10包括输出电压端V0UT和差分 输入电压端子，包括第一或非反相输入电压端子VIN+以及第二或反相输入电压端VIN。
[0035] 在图示的配置中，多通道自动归零和斩波放大器10可用于放大非反相输入电压 端VIN+和反相输入电压端