全差分仪表放大器电路、仪表放大器及集成电路的制作方法

本申请涉及电子电路，特别是涉及一种全差分仪表放大器电路、仪表放大器及集成电路。

背景技术：

1、仪表放大器广泛应用于传感器小信号采集系统中，由于传感器的信号微弱，要求放大此传感器信号的仪表放大器需具备低噪声、低失调及低漂移性能。现有技术为了实现足够低的噪声和失调漂移，通常采用嵌套式斩波架构，如图1所示，由两个斩波运放电路11、22配合反馈电路33构成全差分输入输出放大，斩波运放电路11、22分别采用两级米勒补偿的斩波运放消减各自运放的低频噪声及失调，然后在仪表放大器的差分输入端和差分输出端嵌套一组相对低频率的斩波开关fl (称作系统斩波开关)，以进一步消减残留的低频噪声和失调。

2、然而，这种架构的嵌套式斩波，由于其中的两级运放输出级米勒补偿电容两端压差在系统斩波的两相之间来回跳动，运放的第一级在系统斩波的每一相都需要对米勒电容重新进行充放电，导致仪表放大器最终的差分输出存在一定程度的衰减，此衰减通常会随工艺、电压、温度变化而变化，最终限制了仪表放大器的噪声、失调和增益等性能的提升。

技术实现思路

1、在本实施例中提供了一种仪表放大器电路、仪表放大器及集成电路，以解决相关技术中存在的仪表放大器的差分输出存在衰减，导致仪表放大器的性能降低的问题。

2、第一个方面，在本实施例中提供了一种全差分仪表放大器电路，所述电路包括第一斩波运放电路、第二斩波运放电路、反馈电路、中间级系统斩波开关，所述反馈电路包括反馈级系统斩波开关；所述第一斩波运放电路包括第一增益放大电路和带有米勒补偿的第一输出放大电路，所述第二斩波运放电路包括第二增益放大电路和带有米勒补偿的第二输出放大电路；

3、所述中间级系统斩波开关的第一输入端连接所述第一增益放大电路的输出端，第二输入端连接所述第二增益放大电路的输出端；第一输出端连接所述第一输出放大电路的输入端，第二输出端连接所述第二输出放大电路的输入端，用于对所述第一增益放大电路和第二增益放大电路输出的差分信号进行周期性切换后输出至所述第一输出放大电路和第二输出放大电路；

4、所述反馈电路与第一斩波运放电路的输出端、第二斩波运放电路的输出端、第一斩波运放电路的参考输入端、第二斩波运放电路的参考输入端连接，用于基于所述第一斩波运放电路、第二斩波运放电路的输出信号生成反馈信号，所述反馈级系统斩波开关用于对所述反馈信号进行周期性切换后反馈至所述第一斩波运放电路和第二斩波运放电路。

5、在其中的一些实施例中，所述反馈电路还包括反馈元件，所述反馈元件用于确定所述第一斩波运放电路和第二斩波运放电路的放大增益。

6、在其中的一些实施例中，所述反馈元件包括第一反馈电阻、第二反馈电阻和配置电阻，

7、所述配置电阻的一端通过所述第一反馈电阻与所述第一斩波运放电路的输出端连接，所述配置电阻的另一端通过所述第二反馈电阻与所述第二斩波运放电路的输出端连接；所述反馈级系统斩波开关的第一输入端与所述配置电阻的一端连接，所述反馈级系统斩波开关的第二输入端与所述配置电阻的另一端连接。

8、在其中的一些实施例中，所述第一输出放大电路和第二输出放大电路包括输出级跨导，所述输出级跨导的输入端与输出端之间连接有米勒补偿电容。

9、在其中的一些实施例中，所述第一增益放大电路和第二增益放大电路包括增益级跨导。

10、在其中的一些实施例中，所述第一增益放大电路和第二增益放大电路还包括第一斩波开关和第二斩波开关，所述第一斩波开关的第一输入端连接所述反馈级系统斩波开关的输出端，所述第一斩波开关的第二输入端连接对应的斩波运放电路的外接输入端，所述第一斩波开关的输出端连接所述增益级跨导的输入端；所述第二斩波开关的输入端连接所述增益级跨导的输出端，所述第二斩波开关的输出端连接所述中间级系统斩波开关的输入端；

11、所述第一斩波开关用于对所述增益级跨导的输入信号进行周期性切换，所述第二斩波开关用于对所述增益级跨导的输出信号进行周期性切换。

12、在其中的一些实施例中，所述中间级系统斩波开关和反馈级系统斩波开关的第一切换频率低于所述第一斩波开关和第二斩波开关的第二切换频率。

13、在其中的一些实施例中，所述电路还包括输入级系统斩波开关，

14、所述输入级系统斩波开关的第一输入端连接差分输入电压的第一接入端，第二输入端连接差分输入电压的第二接入端，第一输出端连接所述第一斩波运放电路的外接输入端，第二输出端连接所述第二斩波运放电路的外接输入端，用于对所述差分输入电压进行周期性切换，并输出至第一斩波运放电路和第二斩波运放电路。

15、第二个方面，在本实施例中提供了一种仪表放大器，所述仪表放大器包括如第一个方面所述的全差分仪表放大器电路。

16、第三个方面，在本实施例中提供了一种集成电路，所述集成电路包括如第二个方面所述的仪表放大器。

17、与相关技术相比，在本实施例中提供的全差分仪表放大器电路，通过中间级系统斩波开关对第一增益放大电路和第二增益放大电路输出的差分信号进行周期性切换，并通过反馈级系统斩波开关对第一斩波运放电路、第二斩波运放电路的反馈信号进行周期性切换后反馈至输入端，避免了第一斩波运放电路、第二斩波运放电路的差分输出信号在信号切换时的极性翻转，从而避免差分输出信号在切换过程中出现的衰减，提高了仪表放大器的性能。

18、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.一种全差分仪表放大器电路，其特征在于，所述电路包括第一斩波运放电路、第二斩波运放电路、反馈电路、中间级系统斩波开关，所述反馈电路包括反馈级系统斩波开关；所述第一斩波运放电路包括第一增益放大电路和带有米勒补偿的第一输出放大电路，所述第二斩波运放电路包括第二增益放大电路和带有米勒补偿的第二输出放大电路；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈电路还包括反馈元件，所述反馈元件用于确定所述第一斩波运放电路和第二斩波运放电路的放大增益。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述反馈元件包括第一反馈电阻、第二反馈电阻和配置电阻，

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一输出放大电路和第二输出放大电路包括输出级跨导，所述输出级跨导的输入端与输出端之间连接有米勒补偿电容。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一增益放大电路和第二增益放大电路包括增益级跨导。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一增益放大电路和第二增益放大电路还包括第一斩波开关和第二斩波开关，所述第一斩波开关的第一输入端连接所述反馈级系统斩波开关的输出端，所述第一斩波开关的第二输入端连接对应的斩波运放电路的外接输入端，所述第一斩波开关的输出端连接所述增益级跨导的输入端；所述第二斩波开关的输入端连接所述增益级跨导的输出端，所述第二斩波开关的输出端连接所述中间级系统斩波开关的输入端；

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括输入级系统斩波开关，

9.一种仪表放大器，其特征在于，所述仪表放大器包括如权利要求1至权利要求8中任一所述的全差分仪表放大器电路。

10.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括如权利要求9所述的仪表放大器。

技术总结
本申请涉及一种全差分仪表放大器电路、仪表放大器及集成电路，所述电路包括第一斩波运放电路、第二斩波运放电路、反馈电路、中间级系统斩波开关，反馈电路包括反馈级系统斩波开关；第一斩波运放电路包括第一增益放大电路和带有米勒补偿的第一输出放大电路，第二斩波运放电路包括第二增益放大电路和带有米勒补偿的第二输出放大电路；中间级系统斩波开关用于对第一增益放大电路和第二增益放大电路输出的差分信号进行周期性切换后输出至第一输出放大电路和第二输出放大电路；反馈级系统斩波开关用于对反馈信号进行周期性切换后反馈至第一斩波运放电路和第二斩波运放电路，解决了仪表放大器的差分输出存在衰减导致性能降低的问题。

技术研发人员：陈建章,赵双龙
受保护的技术使用者：杭州晶华微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22