用于陷波滤波的装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于陷波滤波的装置和方法。在特定实施方式中，一种放大器包括：放大级，其用于提供信号放大；斩波器电路，其用于通过以斩波频率对与放大级相关的放大信号进行斩波而生成斩波信号；和时间交错的有限脉冲响应（FIR）陷波滤波器，其用于对接近斩波频率的斩波信号的频率分量进行陷波。时间交错的FIR陷波滤波器包括多个FIR滤波器，其被配置来以约等于斩波频率的两倍的采样速率对斩波信号进行采样。FIR滤波器是时间交错的以减小采样误差。此外，时间交错的FIR陷波滤波器包括无限脉冲响应（IIR）滤波器，其被配置来对由FIR滤波器的各个采得的样本求平均并对平均样本求积分以生成时间交错的FIR陷波滤波器的输出信号。
【专利说明】用于陷波滤波的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方案涉及电子装置，且更特定来说涉及陷波滤波器。
【背景技术】
[0002]放大器(诸如运算放大器)可包括帮助减小放大器的输入偏移电压的斩波器电路和陷波滤波器。例如，放大器可包括:第一斩波电路，其用来以斩波频率周期性地交换放大器的输入级的正输入与负输入或对其进行斩波；和第二斩波电路，其用来以斩波频率周期性地交换放大器的输入级的正输出与负输出或对其进行斩波。此外，陷波滤波器可用来通过使处于斩波频率的第二斩波电路的输出信号的频率分量衰减而生成陷波信号。此后，可放大陷波信号以生成放大器的输出信号。
[0003]第二斩波电路可进行操作以将放大器的输入级的输入偏移电压从DC上调到斩波频率，其中其可通过陷波滤波器衰减。由于输入信号的频率频谱可通过第一斩波电路上调和通过第二斩波电路下调，所以输入信号可经过陷波滤波而不会衰减。
[0004]虽然将放大器配置成包括斩波器电路和陷波滤波器可减小放大器的输入偏移电压，但是陷波滤波器中的失配误差可导致放大器具有偏移和/或放大器的输出信号具有以斩波频率和以其谐波的纹波。
[0005]需要具有改进性能的陷波滤波器。此外，需要具有减小的输入偏移电压和/或减小的输出电压纹波的斩波稳定放大器。
【发明内容】
[0006]在一个实施方案中，一种放大器包括:多个放大级，其被配置来放大差分输入电压信号以生成输出信号；斩波器块，其被配置来以斩波频率对与多个放大级相关的放大的差分信号进行斩波以生成斩波信号；和陷波滤波器，其被配置来以斩波频率使斩波信号衰减以生成陷波信号。陷波滤波器包括:第一有限脉冲响应(FIR)滤波器，其被配置来对斩波信号进行采样以生成第一多个样本作为输出；第二 FIR滤波器，其被配置来对斩波信号进行采样以生成第二多个样本作为输出；和无限脉冲响应(IIR)滤波器，其被配置来通过至少部分对第一 FIR滤波器的输出和第二 FIR滤波器的输出求积分而生成陷波信号。第一多个样本的至少一部分相对于第二多个样本是时间交错的。
[0007]在另一实施方案中，一种陷波滤波器包括:第一 FIR滤波器，其被配置来周期性地对输入信号进行采样以生成第一多个样本作为输出；第二 FIR滤波器，其被配置来周期性地对输入信号进行采样以生成第二多个样本作为输出；和IIR滤波器，其被配置来通过至少部分对第一 FIR滤波器的输出和第二 FIR滤波器的输出求积分而生成输出信号。第一多个样本的至少一部分相对于第二多个样本是时间交错的
[0008]在另一实施方案中，提供了一种滤波方法。所述方法包括:使用第一 FIR滤波器生成输入信号的第一多个样本；使用第二 FIR滤波器生成输入信号的第二多个样本；在第一时钟信号阶段期间对第一多个样本求平均以生成第一平均样本；在第一时钟信号阶段期间将第一平均样本积分到IIR滤波器的积分电容器上；在第二时钟信号阶段期间对第二多个样本求平均以生成第二平均样本；和在第二时钟信号阶段期间将第二平均样本积分到积分电容器上。第一多个样本的至少一部分相对于第二多个样本是时间交错的。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是示出了放大器的一个实施方案的示意方框图。
[0010]图2A是示出了陷波滤波器的一个实施方案的示意方框图。
[0011]图2B是示出了陷波滤波器的另一实施方案的示意方框图。
[0012]图3A是示出了陷波滤波器的一个实施方案的电路图。
[0013]图3B是示出了图3A的陷波滤波器的时序图的一个实例的图。
[0014]图4A至4D是示出了放大器的各个实施方案的示意方框图。
[0015]图5A是陷波滤波器的另一实施方案的示意方框图。
[0016]图5B是陷波滤波器的另一实施方案的示意方框图。
[0017]图6是图5A的陷波滤波器的一个实例的振幅对频率的图。
【具体实施方式】
[0018]特定实施方案的下文详述呈现了本发明的特定实施方案的不同描述。然而，本发明可按与权利要求书定义和涵盖的方式不同的多种方式具体实施。在本描述中，参考其中类似参考数字指示相同或功能类似元件的附图。
[0019]提供了用于陷波滤波的装置和方法。在特定实施方式中，一种放大器包括:放大级，其用于提供信号放大；斩波器电路，其用于通过以斩波频率对与放大级相关的放大信号进行斩波而生成斩波信号；和时间交错的有限脉冲响应(FIR)陷波滤波器，其用于对接近斩波频率的斩波信号的频率分量进行陷波。时间交错的FIR陷波滤波器包括多个FIR滤波器，其被配置来以约等于斩波频率的两倍的采样速率对斩波信号进行采样。FIR滤波器的采样是时间交错的以减小采样误差。此外，时间交错的FIR陷波滤波器包括无限脉冲响应(IIR)滤波器，其被配置来对由FIR滤波器的各个采取的样本求平均并对平均样本求积分以生成时间交错的FIR陷波滤波器的输出信号。在一个实施方案中，FIR滤波器和IIR滤波器是模拟域交错的。在特定实施方式中，时间交错的FIR陷波滤波器安置在放大器的主信号路径中。然而，在其它实施方式中，时间交错的FIR陷波滤波器提供在反馈和/或前馈配置中。
[0020]图1是示出了放大器I的一个实施方案的示意方框图。放大器I包括放大级2、斩波器电路或斩波器块3和时间交错的FIR陷波滤波器4。放大器I包括正或非反输入电压端子vfilA+、负或反输入电压端子和输出电压端子
[0021 ] 放大器I可在正输入电压端子V15a+与负输入电压端子、入_之间接收差分输入电压信号，且可使用放大级2放大差分输入电压信号以在输出电压端子VfiHfii上生成输出电压信号。虽然图1示出了其中放大器I生成单端输出电压信号的配置，但是放大器I可被调节来生成其它输出信号，包括例如差分输出电压信号和/或单端或差分输出电流信号。此夕卜，虽然图1示出了呈开环配置的放大器1，但是放大器I可用于闭环实施方式。
[0022]放大级2可包括用来实现放大器I的所希望总增益和性能的多个放大电路或级。例如，放大器I可被配置成具有约等于放大级2的每个放大电路的增益的乘积的增益。多个放大电路的使用还可协助增大放大器I相对于使用单级放大器的输入阻抗和/或减小输出阻抗。
[0023]斩波器电路3可用来对放大器I提供斩波以帮助减小与放大器的输入偏移电压相关的输出电压信号中的误差。如本文使用，输入偏移电压可指在正输入电压端子VfilA +与负输入电压端子V15a-之间且对应约OV的输出电压的DC电压。斩波器电路3可用来定期地使在正输入电压端子V15a+与负输入电压端子V15a-之间接收且提供到放大级2的差分输入电压信号的极性反转。为了维持放大器的输出信号的信号极性，斩波器电路3还可用来对放大级2的放大的差分信号(诸如来自与放大级2相关的放大电路之一的正输出和负输出)进行斩波。
[0024]放大器I还包括时间交错的有限脉冲响应(FIR)陷波滤波器4，其可用来减小或消除放大器的输入偏移电压误差。时间交错的FIR陷波滤波器4包括多个FIR滤波器和无限脉冲响应(IIR)滤波器，且可用来使通过斩波器电路3以斩波频率生成的斩波信号衰减。例如，每个FIR滤波器可以约等于斩波频率的两倍的采样速率对斩波信号进行采样，且IIR滤波器可被配置来对由FIR滤波器采取的样本求平均并对平均样本求积分以生成时间交错的FIR陷波滤波器的输出。FIR滤波器的采样可以是时间交错的使得甚至在IIR滤波器对与特定FIR滤波器相关的样本求平均并对所述样本求积分时对斩波信号进行采样。如下文将参考图4A至4D描述，时间交错的FIR陷波滤波器4可用于多种不同配置，包括其中时间交错的FIR陷波滤波器4安置在放大器的信号路径中的实施方式和其中时间交错的FIR陷波滤波器4用于前馈和/或反馈偏移校正路径的配置。
[0025]图2A是示出了时间交错的FIR陷波滤波器或陷波滤波器10的一个实施方案的示意方框图。陷波滤波器10包括第一 FIR滤波器12a、第二 FIR滤波器12b、第三FIR滤波器12c和IIR滤波器13。虽然图2A示出了使用三个FIR滤波器12a至12c的陷波滤波器10的配置，但是可包括用于协助实 现所希望采样误差的更多或更少FIR滤波器。例如，陷波滤波器10可包括两个FIR滤波器或者四个或四个以上FIR滤波器。
[0026]陷波滤波器10包括输入端子NF^5a和输出端子NFf^。输入端子NF^5a电连接到第
一FIR滤波器12a的输入、第二 FIR滤波器12b的输入和第三FIR滤波器12c的输入。输出端子即^^电连接到IIR滤波器13的输出。IIR滤波器13还包括:第一输入，其电连接到第一 FIR滤波器12a的输出；第二输入，其电连接到第二 FIR滤波器12b的输出；和第三输入，其电连接到第三FIR滤波器12c的输出。
[0027]输入端子NF15a可接收陷波滤波器输入信号，诸如由放大器的斩波器电路生成的斩波信号。陷波滤波器10可以陷波频率Fp-使陷波滤波器输入信号的频率分量衰减以在输出端子NFf5tij上生成陷波滤波器输出信号。在特定实施方式中，陷波滤波器输入信号是由放大器的斩波器电路生成的斩波信号且陷波频率Fbs选择为约等于用来生成斩波信号的斩波频率。
[0028]FIR滤波器可具有具备有限持续时间的脉冲响应功能，同时IIR滤波器可具有可以具备无限持续时间的脉冲响应功能，诸如与将电荷融合到电容器上相关的指数衰减响应功能。在特定实施方式中，FIR滤波器12a至12c的每个生成为陷波滤波器输入信号的限量先前值或样本的加权和的输出信号。例如，FIR滤波器12a至12c可每个被配置来生成为以约等于陷波频率Fp 的两倍的采样速率采取的陷波滤波器输入信号的样本的平均的输出信号。
[0029]对输入信号进行采样并对样本求平均以生成输出信号可进行操作以使频率约等于采样频率的一半的输入信号的频率分量衰减。例如，被配置来生成为采自输入信号的样本的移动平均的输出信号处于约的频率时具有传递函数零点，其中是采样频率。
[0030]第一至第三FIR滤波器12a至12c可以是时间交错的且被配置来以约等于陷波频率Fp 的两倍对陷波滤波器输入信号进行采样以生成样本。在特定实施方式中，IIR滤波器13被配置来对由第一至第三FIR滤波器12a至12c的各个采取的样本求平均并集成平均样本以生成陷波滤波器输出信号。通过使用FIR滤波器12a至12c来以约等于陷波频率Fp 的两倍进行采样并通过使用IIR滤波器13以对样本求平均并对样本求积分，时间交错的FIR陷波滤波器10可生成具有以陷波频率Fp 的衰减的频率分量的陷波滤波器输出信号。此外，通过使FIR滤波器12a至12c时间交错，甚至可在IIR滤波器13对与FIR滤波器12a至12c中的特定一个相关的样本求平均并对所述样本求积分时对陷波滤波器输入信号进行采样。因此，陷波滤波器10可具有减小的采样误差。
[0031]陷波滤波器10可被配置成具有任何合适的阻带，诸如使在陷波频率Fbs的约+/-10%内的信号衰减达至少约40dB的阻带。在特定实施方式中，时间交错的FIR陷波滤波器10可被配置来基本上传递频率在阻带外的信号而不会衰减。虽然已描述信号衰减值的一个实例，但是所属【技术领域】一般人员将容易确定其它合适的衰减值。
[0032]图2B是示出了时间交错的FIR陷波滤波器或陷波滤波器20的另一实施方案的示意方框图。陷波滤波器20包括第一至第三FIR滤波器12a至12c和IIR滤波器13。
[0033]图2B的陷波滤波器20与图2A的陷波滤波器10类似，除图2B的陷波滤波器20示出了图2A的陷波滤波器10的差分实施方式之外。例如，陷波滤波器20包括正或非反输入端子NF输人+、负或反输入端子NF输人_、正或非反输出端子NF输出+和负或反输出端子NF输出_。正输入端子NFf俞入+和负输入端子NFf俞入-电连接到第一 FIR滤波器12a的差分输入、第
二FIR滤波器12b的差分输入和第三FIR滤波器12c的差分输入。正输出端子NFf^ +和负输出端子电连接到IIR滤波器13的差分输出。IIR滤波器13还包括:第一差分输入，其电连接到第一 FIR滤波器12a的差分输出；第二差分输入，其电连接到第二 FIR滤波器12b的差分输出；和第三差分输入，其电连接到第三FIR滤波器12c的差分输出。图2B的陷波滤波器20的额外详情可与上文参考图2A的陷波滤波器10描述的详情类似。
[0034]图3A是示出了时间交错的FIR陷波滤波器或陷波滤波器30的一个实施方案的电路图。陷波滤波器30包括第一 FIR滤波器32a、第二 FIR滤波器32b、第三FIR滤波器32c和IIR滤波器33。陷波滤波器30还包括正输入端子NF-入+、负输入端子陬|入_、正输出端子NFf^ +和负输出端子NFg _。虽然图3A示出了使用三个FIR滤波器的配置，但是陷波滤波器30可被调节成包括更多或更少FIR滤波器。将陷波滤波器30配置成包括额外FIR滤波器可协助减小陷波滤波器的稳定时间，从而有助于改进在陷波滤波器30用于闭环配置时的相位裕度和/或稳定性。
[0035]第一 FIR滤波器32a包括第一至第八n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管41至48和第一至第四采样电容器71至74。第二 FIR滤波器32b包括第九至第十六NMOS晶体管49至56和第五至第八采样电容器75至78。第三FIR滤波器32c包括第十七至第二十四NMOS晶体管57至64和第九至第十二采样电容器79至82。IIR滤波器33包括第一积分电容器88和第二积分电容器89。如本文使用且如所属【技术领域】一般人员将明白，MOS晶体管可具有由非金属材料(诸如多晶硅)制成的门，且可具有不仅用二氧化硅而且用其它电介质(诸如高k电介质)实施的电介质区。此外，虽然图3A示出了使用NMOS晶体管的FIR滤波器的配置，但是FIR滤波器可全部或部分使用其它晶体管结构(包括例如p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管)来实施。[0036]正输入端子NF^5a+电连接到第一、第三、第九、第十一、第十七、和第十九NMOS晶体管41、43、49、51、57、59的每个的源极。负输入端子电连接到第五、第七、第十三、第十五、第二十一、和第二十三NMOS晶体管45、47、53、55、61、63的每个的源极。正输出端子NFf^+电连接到第一积分电容器88的第一端和第二、第四、第十、第十二、第十八和第二十NMOS晶体管42、44、50、52、58、60的每个的漏极。负输出端子NF__电连接到第二积分电容器89的第一端和第六、第八、第十四、第十六、第二十二和第二十四NMOS晶体管46、48、54、56、62、64的每个的漏极。第一积分电容器88和第二积分电容器89的每个还包括电连接到第一电压V1 (其可以是例如接地或低压电源电压)的第二端。第一、第五、第十、第十二、第十四、第十六、第十九和第二十三NMOS晶体管41、45、50、52、54、56、59、63的每个包括被配置来接收采样时钟信号的第一采样时钟信号相位^的门。第三、第七、第九、第十三、第十八、第二十、第二十二和第二十四NMOS晶体管43、47、49、53、58、60、62、64的每个包括被配置来接收采样时钟信号的第二采样时钟信号相位的门。第二、第四、第六、第八、第十一、第十五、第十七和第二十二 NMOS晶体管42、44、46、48、51、55、57、61的每个包括被配置来接收采样时钟信号的第三采样时钟信号相位的门。
[0037]第一 NMOS晶体管41还包括电连接到第二 NMOS晶体管42的源极和第一采样电容器71的第一端的漏极。第三NMOS晶体管43还包括电连接到第四NMOS晶体管44的源极和第二采样电容器72的第一端的漏极。第五NMOS晶体管45还包括电连接到第六NMOS晶体管46的源极和第三采样电容器73的第一端的漏极。第七NMOS晶体管47还包括电连接到第八NMOS晶体管48的源极和第四采样电容器74的第一端的漏极。第九NMOS晶体管49还包括电连接到第十NMOS晶体管50的源极和第五采样电容器75的第一端的漏极。第十一 NMOS晶体管51还包括电连接到第十二 NMOS晶体管52的源极和第六采样电容器76的第一端的漏极。第十三NMOS晶体管53还包括电连接到第十四NMOS晶体管54的源极和第七采样电容器77的第一端的漏极。第十五NMOS晶体管55还包括电连接到第十六NMOS晶体管56的源极和第八采样电容器78的第一端的漏极。第十七NMOS晶体管57还包括电连接到第十八NMOS晶体管58的源极和第九采样电容器79的第一端的漏极。第十九NMOS晶体管59还包括电连接到第二十NMOS晶体管60的源极和第十采样电容器80的第一端的漏极。第二H^一 NMOS晶体管61还包括电连接到第二十二 NMOS晶体管62的源极和第十一采样电容器81的第一端的漏极。第二十三NMOS晶体管63还包括电连接到第二十四NMOS晶体管64的源极和第十二采样电容器82的第一端的漏极。第一至第十二采样电容器71至82的每个还包括电连接到第一电压V1的第二端。
[0038]第一至第三FIR滤波器32a至32c被配置来生成在正陷波滤波器输入端子NFf^ +与负陷波滤波器输入端子NF|A_之间接收的差分陷波滤波器输入信号的时间交错的样本。例如，第一 FIR滤波器32a可在第一采样时钟信号相位Ct1的下降沿上将差分陷波滤波器输入信号米样到第一米样电容器71和第三米样电容器73上,且可在第二米样时钟信号相位小2的下降沿上将差分陷波滤波器输入信号采样到第二采样电容器72和第四采样电容器74上。此外，第二 FIR滤波器32b可在第二采样时钟信号相位^的下降沿上将差分陷波滤波器输入信号米样到第五米样电容器75和第七米样电容器77上,且可在第三米样时钟信号相位的下降沿上将差分陷波滤波器输入信号采样到第六采样电容器76和第八采样电容器78上。此外，第三FIR滤波器32c可在第三采样时钟信号相位Ct3的下降沿上将差分陷波滤波器输入信号米样到第九米样电容器79和第^ 米样电容器81上,且可在第一采样时钟信号相位Ct1的下降沿上将差分陷波滤波器输入信号采样到第十采样电容器80和第十二采样电容器82上。因此，所示FIR滤波器32a至32c的每个可在采样时钟信号的每个周期期间采取差分陷波滤波器输入信号的第一差分样本和第二差分样本。此外，由FIR滤波器32a至32c的每个采取的样本是随时间交错的或至少部分不重叠的。
[0039]IIR滤波器33可用来对由FIR滤波器32a至32c的各个采取的第一差分样本和第二差分样本求平均并对平均样本求积分以在正陷波滤波器输出端子NFf^+与负陷波滤波器输出端子NFf5tij-之间生成差分陷波滤波器输出信号。例如，第一 FIR滤波器32a可在第一采样时钟信号相位Ct1的下降沿上捕获陷波滤波器输入信号的第一差分样本并在第二采样时钟信号相位的下降沿上捕获第二差分样本。在第三采样时钟信号相位期间，IIR滤波器33可对由第一 FIR滤波器32a采取的差分样本对求平均并将平均差分样本积分到第一积分电容器88和第二积分电容器89上。类似地,在第一米样时钟信号相位期间，IIR滤波器33可对由第二 FIR滤波器32b采取的差分样本对求平均并将平均样本积分到第一积分电容器88和第二积分电容器89上。此外,在第二米样时钟信号相位期间，IIR滤波器33可对由第三FIR滤波器32c采取的差分样本对求平均并将平均样本积分到第一积分电容器88和第二积分电容器89上。
[0040]虽然图3A示出 了 FIR滤波器和IIR滤波器的一个实施方案，但是可使用FIR滤波器和/或IIR滤波器的变化和/或替代实施方式。
[0041]图3B是示出了图3A的陷波滤波器30的时序图90的一个实例的图。时序图90包括第一采样时钟信号相位^的第一曲线91、第二采样时钟信号相位七的第二曲线92和第三采样时钟信号相位的第三曲线93。时序图90还包括用来生成作为陷波滤波器输入信号提供到陷波滤波器30的斩波信号的斩波时钟信号CLK4w的第四曲线94。
[0042]如前述，图3A的陷波滤波器30可在第一至第三采样时钟信号相位Ct1至的下降沿上捕获陷波滤波器输入信号的样本。由于在斩波时钟信号每个斩波周期T4w期间发生采样时钟信号相位^至小3的两个下降沿，所以陷波滤波器30的采样速率约等于斩波时钟信号CLKiw的斩波频率的两倍。此外，由FIR滤波器32a至32c的每个采取的第一样本和第二样本可被斩波周期Tiw的约一半分开，且陷波滤波器30的陷波滤波约等于斩波时钟信号CLKiw的斩波频率。
[0043]已将时序图90注释成包括示出了图3A的第一至第三FIR滤波器32a至32c随时间推移的操作状态的滤波器运算数据95。例如，运算数据95示出了第一 FIR滤波器32a(F1X第二 FIR滤波器32b (F2)和第三FIR滤波器32c (F3)何时采取第一样本、采取第二样本，或何时由IIR滤波器33对第一样本和第二样本求平均并对所述样本求积分。如由滤波器运算数据95所示，陷波滤波器30被配置来以其中第一样本、第二样本的时序以及平均和积分操作相对于第一至第三FIR滤波器32a至32c随时间推移错开的时间交错方式进行操作。
[0044]虽然图3B示出了图3A的陷波滤波器30的时序方案的一个实例，但是陷波滤波器30可被配置来使用其它时序配置进行操作。此外，虽然示出了陷波滤波器30用于使用三个FIR滤波器的配置，但是陷波滤波器30可被调节成包括更多或更少FIR滤波器。例如，当使用两个FIR滤波器时，陷波滤波器可使用两个采样时钟信号相位，且当使用四个FIR滤波器时，陷波滤波器可使用四个采样时钟信号相位。
[0045]图4A至4D是示出了放大器的各个实施方案的示意方框图。
[0046]图4A是放大器100的一个实施方案的示意方框图。放大器100包括时间交错的FIR陷波滤波器或陷波滤波器4、输入斩波电路101、输出斩波电路102、第一放大级105和第二放大级106。放大器100还包括正输入电压端子Vf|iA+、负输入电压端子Vf^-、正输出电压端子Vf5tij +和负输出电压端子
[0047]输入斩波电路101包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLKiw ;差分输入，其电连接到正输入电压端子、A +和负输入电压端子、入_;和差分输出，其电连接到第一放大级105的差分输入。输出斩波电路102包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLKiw ;差分输入，其电连接到第一放大级105的差分输出；和差分输出，其电连接到陷波滤波器4的差分输入。第二放大级106包括:差分输入，其电连接到陷波滤波器4的差分输出；和差分输出，其电连接到正输出电压端子Vf5tij +和负输出电压端子
[0048]输入斩波电路101可用来通过以斩波时钟信号CLKiw的斩波频率在正输入电压端子V15a+与负输入电压端子V1 5a-之间周期性地交换或进行斩波而对第一放大级5的差分输入进行斩波。例如，输入斩波电路101可用来定期地使在正输入电压端子V15a+与负输入电压端子V|A_之间接收且提供到第一放大级105的差分输入电压信号的极性反转。此外，输出斩波电路102可用来对第一放大级105的差分输出进行斩波。输入斩波电路101可进行操作以通过斩波频率上调放大器的输入信号的频率含量或频谱，且输出斩波电路102可进行操作以通过斩波频率下调放大器的输入信号的频率含量。
[0049]由第一放大级105生成的差分输出信号可具有接近斩波频率且与放大器100的输入偏移电压成比例的大小。例如，在存在到第一放大级105的输入信号的情况下，第一放大级105的差分输出信号可以是大小与放大器的输入偏移电压成比例且频率约等于斩波频率的方波信号。由于可由傅里叶级数的正弦波以斩波频率和其奇数谐波等效地表示这个方波信号，所以接近斩波频率的第一放大级105的差分输出信号可具有与放大器100的输入偏移电压成比例地改变的大小。陷波滤波器4可以斩波频率对输出斩波电路102的差分输出信号进行陷波，从而减小或移除放大器的输入偏移电压。然而，放大器的输入信号可通过输入斩波电路101上调并通过输出斩波电路102下调，且因此可基本上经过陷波滤波器4而不会衰减。
[0050]图4B是示出了放大器110的另一实施方案的电路图。放大器110包括陷波滤波器4、输入斩波电路111、输出斩波电路112、反馈斩波电路113、第一放大级115、第二放大级116和反馈放大级117。放大器110还包括正输入电压端子VfilA+、负输入电压端子正输出电压端子+和负输出电压端子。[0051]输入斩波电路111包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLKiw ;差分输入，其电连接到正输入电压端子、A +和负输入电压端子、入_;和差分输出，其电连接到第一放大级115的差分输入。输出斩波电路112包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLK4w ;差分输入，其电连接到第一放大级115的差分输出；和差分输出，其电连接到第二放大级116的差分输入和反馈放大级117的差分输入。第二放大级116还包括电连接到正输出电压端子+和负输出电压端子的差分输出。反馈斩波电路113包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLKiw ;差分输入，其电连接到反馈放大级117的差分输出；和差分输出，其电连接到陷波滤波器4的差分输入。陷波滤波器4还包括电连接到第一放大级115的差分偏移校正输入的差分输出。
[0052]放大器110已被配置成包括反馈偏移校正电路，其由反馈放大级117、反馈斩波电路113和陷波滤波器4组成。输出斩波电路112的差分输出信号可通过反馈放大级117放大，通过反馈斩波电路113进行斩波并通过陷波滤波器4进行陷波以生成差分反馈信号，所述差分反馈信号可用来通过以斩波频率抑制与放大器的输入偏移电压相关的输出信号波纹而减小放大器的输入偏移电压。特定来说，反馈偏移校正电路可通过使用反馈以使在放大器的输出信号中且处于或接近斩波频率的频率分量衰减而减小输入偏移电压。
[0053]图4C是示出了放大器119的另一实施方案的电路图。放大器119包括陷波滤波器4、输入斩波电路111、输出斩波电路112、反馈斩波电路113、第一放大级115、第二放大级116、反馈放大级117、正输入电压端子V-入+、负输入电压端子Vf5x-、正输出电压端子Vf5丨+和负输出电压端子_。图4C的放大器119与图4B的放大器110类似，除放大器119示出了其中反馈放大级117的差分输入电连接到正输出电压端子Vf^ +和负输出电压端子
而非输出斩波电路112的差分输出的配置外。图4C的放大器119的额外详情可与前文参考图4B的放大器110描述的详情类似。
[0054]图4D是示出了放 大器120的另一实施方案的电路图。放大器120包括陷波滤波器4、输入斩波电路121、输出斩波电路122、前馈斩波电路123、第一放大级125、第二放大级126和前馈放大级127。放大器120还包括正输入电压端子V-入+、负输入电压端子和输出电压端子Vfiltijtj
[0055]输入斩波电路121包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLKiw ;差分输出，其电连接到第一放大级125的差分输入；和差分输入，其电连接到正输入电压端子VfiA+和负输入电压端子V|A_以及前馈放大级127的差分输入。前馈斩波电路123包括:时钟输入，其被配置来接收斩波时钟信号CLKiw ;差分输入，其电连接到前馈放大级127的差分输出；和差分输出，其电连接到陷波滤波器4的差分输入。陷波滤波器4还包括电连接到第一放大级125的差分偏移校正输入的差分输出。第二放大级126包括电连接到第一放大级125的输出的输入和电连接到输出电压端子的输出。在图4D所示的配置中，输出斩波电路122已作为第一放大级125的部件进行实施。
[0056]当前馈放大级127不接收差分输入信号时，前馈放大级127的差分输出信号可对应前馈放大级127的放大版的输入偏移电压。前馈斩波电路123可以斩波时钟信号CLKiw的斩波频率对前馈放大级127的差分输出信号进行斩波。此后，陷波滤波器4可以斩波频率减小前馈斩波电路123的输出的信号分量的大小或使其衰减，从而减小与前馈放大级127的输入偏移电压相关的频率分量的大小。通过使用陷波滤波器4以以斩波时钟信号CLK4w的斩波频率使前馈斩波电路123的输出衰减或对其进行斩波，陷波滤波器4可用来生成与减小的或移除的输入偏移电压误差相关的前馈偏移校正信号。
[0057]第一放大级125可被配置来组合陷波滤波器4的差分输出信号与输入斩波电路121的差分输出信号。由于陷波滤波器4的差分输出信号是在其与输入斩波电路121的差分输出信号组合前通过前馈放大级127的增益而放大，所以由陷波滤波器4生成的前馈偏移校正信号可用来基本上控制在接近斩波频率时放大器120的增益对频率响应。由于前馈偏移校正信号可具有减小的输入偏移电压误差，所以所示前馈偏移校正方案可用来减小放大器的输入偏移电压。
[0058]图5A是陷波滤波器130的另一实施方案的示意方框图。陷波滤波器130包括过零(zero-cross)采样陷波滤波器131和时间交错的FIR陷波滤波器4。此外，陷波滤波器130包括输入端子F15a和输出端子过零采样陷波滤波器131包括电连接到输入端子FfiA的输入和电连接到时间交错的FIR陷波滤波器4的输入的输出。此外，时间交错的FIR陷波滤波器4还包括电连接到输出端子的输出。
[0059]陷波滤波器130示出了其中过零采样陷波滤波器131和时间交错的FIR陷波滤波器4已串接在输入端子F15a与输出端子之间的方案。以此方式串接陷波滤波器可用来提供其阻带衰减大于其中单独使用时间交错的FIR陷波滤波器4或过零采样陷波滤波器131的方案的衰减的陷波滤波器。例如，在特定实施方式中，陷波滤波器130可被配置来以陷波频率使信号衰减达a 3 a 2，其中a工是以陷波频率的时间交错的FIR陷波滤波器4的衰减且a 2是以陷波频率的过零采样陷波滤波器131的衰减。
[0060]过零采样陷波滤波器131可通过以下步骤而生成输出信号:减小由滤波器和/或采样网络提供的输入信号的转换速率以生成转换的信号并以约等于斩波时钟信号CLK4w的斩波频率的两倍对转换的信号进行采样以生成输出信号。由于频率等于斩波频率的信号可以约等于斩波频率的两倍的速 率周期性地跨过参考电压，所以过零采样陷波滤波器131可进行操作以使处于斩波频率的输入信号的频率分量衰减。在特定实施方式中，当对由斩波电路生成的斩波信号进行陷波时，过零采样陷波滤波器131可被配置来使用在斩波时钟信号位外约90°的采样时钟对斩波信号进行采样。
[0061]图5B是陷波滤波器140的另一实施方案的示意方框图。陷波滤波器140包括过零采样陷波滤波器131和时间交错的FIR陷波滤波器4。
[0062]图5B的陷波滤波器140与图5A的陷波滤波器130类似，除图5B的陷波滤波器140示出了图5A的陷波滤波器130的差分实施方式外。例如，陷波滤波器140包括正或非反输入端子FfilA+、负或反输入端子FfilA_、正或非反输出端子Ff5tij +和负或反输出端子Ffil出_。过零采样陷波滤波器131包括:差分输入，其电连接到正输入端子F15a+和负输入端子F输入-;和差分输出，其电连接到时间交错的FIR陷波滤波器4的差分输入。时间交错的FIR陷波滤波器4还包括电连接到正输出端子Ff^ +和负输出端子的差分输出。图5B的陷波滤波器140的额外详情可与前文参考图5A的陷波滤波器130描述的详情类似。
[0063]可根据本文描述的放大器(包括例如图1和图4A至图4D所示的放大器)使用图5A和图5B的陷波滤波器130、140。
[0064]图6是图5A的陷波滤波器130的一个实例的振幅对频率的图150。图150包括时间交错的FIR陷波滤波器4的振幅对频率的第一曲线151和陷波滤波器130的振幅对频率的第二曲线152。如图6所示，陷波滤波器130可具有与同步平方滤波器的振幅对频率响应类似的振幅对频率响应。此外，图6示出了过零采样陷波滤波器131与时间交错的FIR陷波滤波器4的串接提供的阻带可宽于且深于其中单独使用时间交错的FIR陷波滤波器4的配置的阻带。
[0065]前文描述和权利要求书可能提及如“连接”或“耦接”在一起的元件或特征。如本文使用，除非另有明确说明，否则“连接”意指一个元件/特征直接或间接连接到另一元件/特征，且无需以机械方式。又，除非另有明确说明，否则“耦接”意指一个元件/特征直接或间接耦接到另一元件/特征，且无需以机械方式。因此，虽然附图所示的各个图描绘了元件和组件的示例性配置，但是实际实施方案中可以存在额外的中间元件、装置、特征或组件(假设所描绘电路的功能不受负面影响)。
[0066]应用
[0067]采用上述方案的装置可实施为不同电子装置。电子装置的实例可包括但不限于医疗成像和监控、消费者电子产品、消费者电子产品的部件、电子测试设备等。电子装置的实例还可包括存储芯片、存储模块、光网或其它通信网的电路和磁盘驱动器电路。消费者电子产品可包括但不限于移动电话、手机、电视机、计算机监控器、计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、汽车、音响系统、盒式记录器或播放器、DVD播放器、⑶播放器、VCR、MP3播放器、收音机、摄录影机、相机、数字相机、便携式存储芯片、洗衣机、干燥机、洗衣机/干燥机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围装置、手表、时钟等。此外，电子装置可包括未成品。
[0068]虽然已关于特定实施方案描述本发明，但是所属【技术领域】一般人员明白的其它实施方案(包括不提供本文提出的所有特征和优点的实施方案)也在本发明的范围内。此外，上文描述的各个实施方案可进行组合以提供另外实施方案。此外，在一个实施方案的上下文中所示的特定特征也可并入其它实施方案中。因此，仅通过参考随附权利要求书定义本发明的范围。
【权利要求】
1.一种放大器，其包括: 多个放大级，其被配置来放大差分输入电压信号以生成输出信号； 斩波器块，其被配置来以斩波频率对与所述多个放大级相关的放大的差分信号进行斩波以生成斩波信号；和 陷波滤波器，其被配置来以所述斩波频率使所述斩波信号衰减以生成陷波信号，其中所述陷波滤波器包括: 第一有限脉冲响应(FIR)滤波器，其被配置来对所述斩波信号进行采样以生成第一多个样本作为输出； 第二 FIR滤波器，其被配置来对所述斩波信号进行采样以生成第二多个样本作为输出，其中所述第一多个样本的至少部分相对于所述第二多个样本是时间交错的；和 无限脉冲响应(IIR)滤波器，其被配置来至少部分地通过对所述第一 FIR滤波器的所述输出和所述第二 FIR滤波器的所述输出求积分而生成所述陷波信号。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中所述IIR滤波器还被配置来通过对所述第一多个样本求平均并通过对所述第二多个样本求平均而生成所述陷波信号。
3.根据权利要求1所述的放大器，其中所述陷波滤波器还包括第三FIR滤波器，其被配置来周期性地对所述斩波信号进行采样以生成第三多个样本作为输出，且其中所述第三多个样本的至少部分相对于所述第一多个样本和所述第二多个样本是时间交错的，且其中所述IIR滤波器还被配置来通过对所述第三FIR滤波器的所述输出求积分而生成所述陷波信号。
4.根据权利要求3所`述的放大器，其中所述第一FIR滤波器被配置来在第一采样阶段期间生成所述斩波信号的第一样本和在第二采样阶段期间生成所述斩波信号的第二样本，且其中所述第二 FIR滤波器被配置来在所述第二采样阶段期间生成所述斩波信号的第三样本和在第三采样阶段期间生成所述斩波信号的第四样本，且其中所述第三FIR滤波器被配置来在所述第三采样阶段期间生成所述斩波信号的第五样本和在所述第一采样阶段期间生成所述斩波信号的第六样本。
5.根据权利要求4所述的放大器，其中所述第一FIR滤波器包括:第一采样电容器，其被配置来存储所述第一样本；和第二采样电容器，其被配置来存储所述第二样本，且其中所述第二 FIR滤波器包括:第三采样电容器，其被配置来存储所述第三样本；和第四采样电容器，其被配置来存储所述第四样本，且其中所述第三FIR滤波器包括:第五采样电容器，其被配置来存储所述第五样本；和第六采样电容器，其被配置来存储所述第六样本。
6.根据权利要求5所述的放大器，其中所述IIR滤波器包括积分电容器，且其中所述IIR滤波器被配置来基于跨所述积分电容器的电压而生成所述陷波信号，且其中所述第一FIR滤波器被配置来在所述第三采样阶段期间将所述第一采样电容器和所述第二采样电容器电连接到所述积分电容器，且其中所述第二 FIR滤波器被配置来在所述第一采样阶段期间将所述第三采样电容器和所述第四采样电容器电连接到所述积分电容器，且其中所述第三FIR滤波器被配置来在所述第二采样阶段期间将所述第五采样电容器和所述第六采样电容器电连接到所述积分电容器。
7.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一多个样本和所述第二多个样本与约等于所述斩波频率的两倍的采样速率相关。
8.根据权利要求1所述的放大器，其中所述多个放大级包括第一放大级，且其中所述斩波器块包括输入斩波电路和输出斩波电路，且其中所述输入斩波电路被配置来以所述斩波频率对所述差分输入电压信号进行斩波以生成斩波差分输入信号，且其中所述第一放大级被配置来放大所述斩波差分输入信号以生成所述放大的差分信号，且其中所述输出斩波电路被配置来以所述斩波频率对所述放大的差分信号进行斩波以生成所述斩波信号。
9.根据权利要求8所述的放大器，其中所述多个放大级还包括第二放大级，其被配置来放大所述陷波信号以生成所述输出信号。
10.根据权利要求1所述的放大器，其中所述多个放大级包括第一放大级，且其中所述斩波器块包括输入斩波电路和输出斩波电路，且其中所述输入斩波电路被配置来以所述斩波频率对所述差分输入电压信号进行斩波以生成斩波差分输入信号，且其中所述第一放大级被配置来组合所述斩波差分输入信号与所述陷波信号以生成组合信号，且其中所述输出斩波电路被配置来以所述斩波频率对所述组合信号进行斩波以生成斩波组合信号。
11.根据权利要求10所述的放大器，其中所述多个放大级还包括前馈放大级，且所述斩波器块还包括前馈斩波电路，且其中所述前馈放大级被配置来放大所述差分输入电压信号以生成所述放大的差分信号，且其中所述前馈斩波电路被配置来以所述斩波频率对所述放大的差分信号进行斩波以生成所述斩波信号。
12.根据权利要求10所述的放大器，其中所述多个放大级还包括反馈放大级，且所述斩波器块还包括反馈斩波电路，且其中所述反馈放大级被配置来放大所述斩波组合信号以生成所述放大的差分信号，且其中所述反馈斩波电路被配置来以所述斩波频率对所述放大的差分信号进行斩波以生成所述斩波信号。
13.根据权利要求1所述的放大器，其中所述陷波滤波器还包括零交叉采样滤波器，其被配置来在所述斩波信号被提供到所述第一 FIR滤波器和所述第二 FIR滤波器之前以所述斩波频率使所述斩波信号衰减。`
14.一种陷波滤波器，其包括: 第一有限脉冲响应(FIR)滤波器，其被配置来周期性地对输入信号进行采样以生成第一多个样本作为输出； 第二 FIR滤波器，其被配置来周期性地对所述输入信号进行采样以生成第二多个样本作为输出，其中所述第一多个样本的至少部分相对于所述第二多个样本是时间交错的；和 无限脉冲响应(IIR)滤波器，其被配置来至少部分地通过对所述第一 FIR滤波器的所述输出和所述第二 FIR滤波器的所述输出求积分而生成输出信号。
15.根据权利要求14所述的陷波滤波器，其中所述IIR滤波器还被配置来通过对所述第一多个样本求平均并通过对所述第二多个样本求平均而生成所述陷波信号。
16.根据权利要求14所述的陷波滤波器，还包括:第三FIR滤波器，其被配置来周期性地对所述输入信号进行采样以生成第三多个样本作为输出，其中所述第三多个样本的至少一部分相对于所述第一多个样本和所述第二多个样本是时间交错的，且其中所述IIR滤波器还被配置来通过对所述第三FIR滤波器的所述输出求积分而生成所述输出信号。
17.根据权利要求16所述的陷波滤波器，其中所述第一FIR滤波器被配置来在第一采样阶段期间生成所述输入信号的第一样本和在第二采样阶段期间生成所述输入信号的第二样本，且其中所述第二 FIR滤波器被配置来在所述第二采样阶段期间生成所述输入信号的第三样本和在第三采样阶段期间生成所述输入信号的第四样本，且其中所述第三FIR滤波器被配置来在所述第三采样阶段期间生成所述输入信号的第五样本和在所述第一采样阶段期间生成所述输入信号的第六样本。
18.根据权利要求17所述的陷波滤波器，其中所述第一FIR滤波器包括:第一采样电容器，其被配置来存储所述第一样本；和第二米样电容器，其被配置来存储所述第二样本，且其中所述第二 FIR滤波器包括:第三采样电容器，其被配置来存储所述第三样本；和第四采样电容器，其被配置来存储所述第四样本，且其中所述第三FIR滤波器包括:第五采样电容器，其被配置来存储所述第五样本；和第六采样电容器，其被配置来存储所述第六样本。
19.根据权利要求18所述的陷波滤波器，其中所述IIR滤波器包括积分电容器，且其中所述IIR滤波器被配置来基于跨所述积分电容器的电压而生成所述输出信号，且其中所述第一 FIR滤波器被配置来在所述第三采样阶段期间将所述第一采样电容器和所述第二采样电容器电连接到所述积分电容器，且其中所述第二 FIR滤波器被配置来在所述第一采样阶段期间将所述第三采样电容器和所述第四采样电容器电连接到所述积分电容器，且其中所述第三FIR滤波器被配置来在所述第二采样阶段期间将所述第五采样电容器和所述第六采样电容器电连接到所述积分电容器。
20.一种滤波方法，所述方法包括: 使用第一有限脉冲响应(FIR)滤波器生成输入信号的第一多个样本； 使用第二 FIR滤波器生成所述输入信号的第二多个样本，其中所述第一多个样本的至少部分相对于所述第二多个样本是时间交错的； 在第一时钟信号阶段期间对所述第一多个样本求平均以生成第一平均样本； 在所述第一时钟信号阶段期间将所述第一平均样本积分到无限脉冲响应(IIR)滤波器的积分电容器上； 在第二时钟信号阶段期间对所述第二多个样本求平均以生成第二平均样本；和 在所述第二时钟信号阶段期间将所述第二平均样本积分到所述积分电容器上。
【文档编号】H03H11/34GK103490746SQ201310233422
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】F·阿玛德 申请人:美国亚德诺半导体公司