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差動 放大 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201210031294.5

申請日:

2012.02.13

公開號:

CN102647162B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H03F 3/45申請日:20120213|||公開
IPC分類號: H03F3/45 主分類號: H03F3/45
申請人: 佳能株式會社
發明人: 山崎善一
地址: 日本東京
優先權: 2011.02.16 JP 2011-031265
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038 代理人: 卜榮麗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210031294.5

授權公告號:

102647162B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.10.03|||2012.08.22

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本申請涉及差動放大裝置。差動放大器放大通過電容器輸入到非反相端子的信號和輸入到反相端子的信號之間的差分。開關關于是否通過電容器向非反相端子輸入信號進行切換。電阻被連接在非反相端子和反相端子之間。偏移電壓校正器在開關被控制以不通過電容器向非反相端子輸入信號的校正時間段中基于差動放大器的輸出信號校正差動放大器的偏移電壓。

權利要求書

1.一種差動放大裝置,包括:
差動放大器,所述差動放大器放大通過電容器輸入到第一輸入端
子的信號和輸入到第二輸入端子的信號之間的差分;
開關,所述開關關于是否通過電容器向第一輸入端子輸入信號進
行切換;
電阻,所述電阻連接在第一輸入端子和第二輸入端子之間;
校正器,所述校正器在開關被控制以不通過電容器向第一輸入端
子輸入信號的校正時間段中基于差動放大器的輸出信號校正差動放大
器的偏移電壓。
2.根據權利要求1的裝置,其中,校正器在校正時間段之后在開
關被控制以通過電容器向第一輸入端子輸入信號的正常操作時間段中
保持偏移電壓的校正。
3.根據權利要求1或2的裝置,其中,差動放大器包含全差動放
大器,并且,
校正器接收來自全差動放大器的第一輸出端子的信號和來自全差
動放大器的第二輸出端子的信號,并且在校正時間段中執行校正以使
得第一輸出端子的信號和第二輸出端子的信號之間的差分更小。
4.根據權利要求3的裝置,其中,第一輸出端子的信號和第二輸
出端子的信號被供給到模數轉換器。
5.根據權利要求3的裝置,還包括分別被布置于第一輸出端子和
校正器之間以及第二輸出端子和校正器之間的低通濾波器。
6.根據權利要求5的裝置,其中,從低通濾波器中的每一個輸出
的信號被供給到模數轉換器。
7.根據權利要求3的裝置,其中,校正器包含用于比較第一輸出
端子的信號與第二輸出端子的信號的比較器和用于基于來自比較器的
輸出將時鐘向上和向下計數的第一計數器,并且,
校正器基于第一計數器的計數值執行校正。
8.根據權利要求7的裝置,其中,校正器還包含將來自比較器的
輸出計數的第二計數器和當第二計數器的計數值達到預定值時停止向
第一計數器供給時鐘的單元。
9.根據權利要求3的裝置,其中,校正器包含放大第一輸出端子
的信號和第二輸出端子的信號之間的差分的運算放大器和將來自運算
放大器的輸出轉換成數字信號的單元,并且,
校正器基于數字信號執行校正。

說明書

差動放大裝置

技術領域

本發明涉及差動放大裝置,特別是涉及差動放大裝置的偏移電壓
的校正。

背景技術

作為模數(A/D)轉換器的類型,Δ-∑(Δ∑)A/D轉換器是已知的。
當具有直流(直流)成分的信號被輸入到具有簡單配置的低次Δ∑A/D
轉換器時,在從Δ∑A/D轉換器輸出的數字信號上重疊具有周期性的信
號。該周期性信號成為頻率根據直流成分的大小改變的“音調(tonal)
噪聲”,并且使信號噪聲比(S/N)明顯劣化。

為了抑制“色調噪聲”,使得被輸入到Δ∑A/D轉換器的信號的直
流成分足夠小,以使“色調噪聲”的頻率低于要使用的頻帶。當使用
差動放大器的輸出信號作為對于Δ∑A/D轉換器的模擬輸入信號時,從
差動放大器輸出的偏移電壓需要被抑制。

為了抑制差動放大器的輸出的偏移電壓,可以使用在例如日本專
利公開No.2006-311350(文獻1)中公開的技術。在文獻1中描述的
偏移校正器在沒有從輸出到輸入的任何反饋的情況下基于當差動放大
器的反相端子和非反相端子通過開關被短路時來自差動放大器的輸出
電壓,校正差動放大器的輸出的偏移電壓。即,在偏移電壓校正時間
段中,差動放大器在短路其兩個輸入端子的同時操作,并且,偏移基
于此時的輸出電壓被校正。該操作使得能夠減少差動放大器的輸出的
偏移電壓。

但是,在偏移校正時間段之后的正常操作時間段中,差動放大器
的兩個輸入端子被開關斷開。差動放大器放大兩個輸入端子的輸入信
號之間的差分信號并且輸出放大的信號。即,兩個輸入端子的輸入信
號之間的偏移電壓不能在正常操作時間段中被校正。換句話說,在正
常操作時間段中,兩個輸入端子的輸入信號之間的偏移電壓被放大并
因此不能被充分地校正。

發明內容

在一個方面中,一種差動放大裝置包括:差動放大器,所述差動
放大器放大通過電容器輸入到第一輸入端子的信號和輸入到第二輸入
端子的信號之間的差分;開關,所述開關關于是否通過電容器向第一
輸入端子輸入信號進行切換;電阻,所述電阻連接在第一輸入端子和
第二輸入端子之間;校正器,所述校正器在開關被控制以不通過電容
器向第一輸入端子輸入信號的校正時間段中基于差動放大器的輸出信
號校正差動放大器的偏移電壓。

根據該方面,能夠充分地抑制從差動放大器輸出的偏移電壓。

參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明,本發明的其它特征將變
得明顯。

附圖說明

圖1是用于解釋根據第一實施例的差動放大裝置的布置的框圖。

圖2是用于解釋差動放大裝置的另一布置的框圖。

圖3A和圖3B是用于解釋偏移電壓校正器的布置和操作的示圖。

圖4A和圖4B是用于解釋偏移電壓校正器的另一布置和操作的示
圖。

圖5是用于解釋偏移電壓校正器的又一布置的框圖。

具體實施方式

現在,將參照附圖詳細描述根據本發明的實施例的差動放大裝置。

[差動放大裝置的配置]

將參照圖1的框圖描述根據實施例的差動放大裝置的配置。

開關S1和輸入電阻RIN與圖1所示的差動放大器10的第一輸入
端子(非反相端子;以下,稱為+IN端子)連接。開關S1連接/斷開+
IN端子與信號輸入端子(以下,稱為INP端子)。信號輸入端子(以
下,稱為INN端子)和輸入電阻RIN與差動放大器10的第二輸入端
子(反相端子;以下,稱為-IN端子)連接。即,通過輸入電阻RIN
連接+IN端子和-IN端子。注意,輸入電阻RIN的電阻值遠比差動放
大器10的+IN端子的輸入電阻值R+IN和-IN端子的輸入電阻值R-IN
小(R-IN、R+IN>>RIN)。

差動放大器10具有第一輸出端子(正輸出端子;以下,稱為
OUT_P端子)和輸出OUT_P端子的信號的反相信號的第二輸出端子
(負輸出端子;以下,稱為OUT_N端子)。偏移電壓校正器20的輸
入端子分別與OUT_P端子和OUT_N端子連接。偏移電壓校正器20
的輸出OCAL與差動放大器10的偏移校正輸入端子連接。

差動放大裝置正常放大INP端子的輸入信號和INN端子的輸入信
號之間的差分信號。該時間段被稱為“正常操作時間段”。在正常操
作時間段中,開關S1被控制以連接INP端子和+IN端子。

在正常操作時間段中,基準電壓Vref被輸入到INN端子,并且,
信號通過電容器C被輸入到INP端子。INP端子的輸入信號通過輸入
電阻RIN基于INN端子的基準電壓Vref導致電容耦合,并且被輸入
到差動放大器10的+IN端子。差動放大器10從OUT_P端子和OUT_N
端子輸出通過放大+IN端子的輸入信號和-IN端子的輸入信號(基準
電壓Vref)之間的差分信號而獲得的信號。

另一方面,在校正偏移電壓的時間段(以下,稱為校正時間段)
中,開關S1被控制以斷開INP端子與+IN端子。

在校正時間段中,當基準電壓Vref被輸入到INN端子時,它還
通過輸入電阻RIN被輸入到+IN端子。由于向+IN端子和-IN端子輸
入相同的信號,因此,從OUT_P端子和OUT_N端子輸出由差動放
大器10的偏移得到的信號。

在校正時間段中,偏移電壓校正器20接收來自OUT_P端子和
OUT_N端子的輸出信號,并且輸出用于消除OUT_P端子的輸出信號
和OUT_N端子的輸出信號之間的差分的校正信號OCAL。差動放大
器10基于校正信號OCAL校正偏移。注意,偏移電壓校正器20即使
在校正時間段之后的正常操作時間段中也保持校正信號OCAL。

如上所述,當在正常操作時間段之前提供校正時間段時,差動放
大裝置可在正常操作時間段中在沒有差動放大器10的偏移電壓的狀
態下執行精確的差動放大。

注意,雖然以上作為差動放大器10的例子描述了全差動放大器,
但是,也可使用單輸出差動放大器。在這種情況下,偏移電壓校正器
20輸出用于減少在沒有輸入信號的場合下要輸出的電壓和在校正時
間段中要從差動放大器輸出的電壓之間的差分的校正信號OCAL。

在正常操作時間段中,通過輸入電阻RIN連接INP端子和INN
端子。這里,通過電容器C切割輸入到INP端子的信號和輸入到INN
端子的信號之間的偏移成分(直流成分)。另外,輸入電阻RIN在+IN
端子和-IN端子之間產生直流短路。出于這種原因,兩個端子的基準
電勢匹配,并且,偏移成分被去除。

[差動放大裝置的另一配置]

將參照圖2的框圖描述差動放大裝置的另一配置。

如圖2所示,根據第二實施例的差動放大器10的輸出端子和偏移
電壓校正器20之間的連接與第一實施例不同。即,OUT_P端子與低
通濾波器(LPF)30的輸入端子連接,并且,OUT_N端子與LPF?31
的輸入端子連接。LPF?30的輸出端子與Δ∑模數轉換器40的非反相端
子和偏移電壓校正器20的一個輸入端子連接。LPF?31的輸出端子與
Δ∑A/D轉換器40的反相端子和偏移電壓校正器20的另一輸入端子連
接。

即,圖2所示的差動放大裝置被配置為使來自差動放大器10的輸
出信號通過分別用作抗混疊濾波器的LPF,并然后將信號輸入到Δ∑
A/D轉換器40以將它們轉換成數字信號。注意,雖然以上作為A/D
轉換器的例子描述了Δ∑A/D轉換器,但是,也可使用另一類型的A/D
轉換器。只有Δ∑A/D轉換器具有頻率根據偏移電壓的大小改變的“色
調噪聲”的問題。但是,根據本實施例,即使在另一類型的A/D轉換
器中,也可減少輸入信號的大的偏移電壓的影響。

在校正時間段中,偏移電壓校正器20接收LPF?30的輸出信號
SDM_INP和LPF?31的輸出信號SDM_INN,并且,輸出校正信號
OCAL以消除輸出信號之間的差分。偏移電壓校正器20即使在校正
時間段之后的正常操作時間段中也保持校正信號OCAL。

當在正常操作時間段之前提供校正時間段時,與圖1所示的差動
放大裝置類似,差動放大裝置可在正常操作時間段中在沒有差動放大
器10的偏移電壓的情況下執行精確的差動放大。

在正常操作時間段中,通過輸入電阻RIN連接INP端子和INN
端子。由此,通過電容器C消除(cut)輸入到INP端子的信號和輸
入到INN端子的信號之間的偏移成分(直流成分)。另外,輸入電阻
RIN在+IN端子和-IN端子之間產生直流短路。出于這種原因,兩個
端子的基準電勢匹配,并且,偏移成分被去除。該功能與圖1所示的
差動放大裝置相同。

注意,雖然以上描述了基準電壓Vref被輸入到差動放大器10的
-IN端子的例子,但是,可以輸入基準電壓以外的信號。

[偏移電壓校正器的配置]

將參照圖3A和圖3B描述偏移電壓校正器20的配置及其操作。

如圖3A所示,偏移電壓校正器20包含具有非反相端子(以下,
稱為OINP端子)和反相端子(以下,稱為OINN端子)的比較器21
和上下計數器22。上下計數器22接收來自比較器21的輸出UDOUT
和時鐘clk。上下計數器22的計數值作為校正信號OCAL被輸出。

圖3B是用于解釋偏移電壓校正器20的操作的定時圖。參照圖3B,
信號S1_cnt控制開關S1。當信號S1_cnt變為高電平“1”時,開關
S1斷開INP端子和+IN端子以開始校正時間段。

在校正時間段中,時鐘clk被輸入到上下計數器22。在接收時鐘
clk時,上下計數器22基于代表OINP端子的輸入信號和OINN端子
的輸入信號之間的比較結果的比較器21的輸出UDOUT,向上或向下
計數。

圖3B表示OINP端子的電壓比OINN端子的電壓高
(VOINP>VOINN)的狀態。在這種情況下,比較器21輸出低電平“0”
的信號UDOUT。當信號UDOUT=“0”時,上下計數器22向下計
數。差動放大器10根據作為計數值的校正信號OCAL校正偏移,并
且,OINN端子的電壓上升。

當由于OINN端子的上升的電壓導致VOINP≤VOINN時,比較器21
的信號UDOUT反轉。當信號UDOUT=“1”時,上下計數器22向
上計數。差動放大器10根據作為計數值的校正信號OCAL校正偏移,
并且,OINN端子的電壓下降。

OINN端子的電壓重復上升和下降以在與上下計數器22的最低有
效位的精度對應的范圍內校正OINP端子的電壓和OINN端子的電壓
之間的差分。即,在圖1所示的布置中,差動放大器10的OUT_P端
子和OUT_N端子之間的差分被校正。在圖2所示的布置中,LPF?30
的輸出信號SDM_INP和LPF?31的輸出信號SDM_INN之間的差分被
校正。

注意,可以使用任何方法以根據從上下計數器22輸出的校正信號
OCAL校正差動放大器10的偏移。例如,可以使用被供給到包含于
差動放大器的差動對中的晶體管的電流值的控制、包含于差動放大器
的差動對中的晶體管的面積比的控制和用于設定輸出電壓的電阻值的
調整等。

以上參照圖3B的定時圖描述了僅校正OINN端子側的電壓的例
子。但是,可以只校正OINP端子側的電壓,或者,可以校正OINN
和OINP端子側的電壓。

[偏移電壓校正器的另一配置]

將參照圖4A和圖4B描述偏移電壓校正器20的另一配置及其操
作。

在圖4A所示的偏移電壓校正器20中,對于圖3A所示的比較器
21和上下計數器22(第一計數器)的布置添加計數器23(第二計數
器)和開關24。來自比較器21的輸出UDOUT被輸入到計數器23的
時鐘輸入端子。開關24根據來自計數器23的輸出COUT選擇性地將
時鐘clk供給到上下計數器22或者將時鐘clk固定為低電平。

圖4B是用于解釋偏移電壓校正器20的操作的定時圖。注意,與
圖3B所示的操作相同的部分的描述將被省略。

在初始狀態中,開關24向上下計數器22供給時鐘clk。計數器
23對來自比較器21的輸出UDOUT計數。由此,當在完成充分的偏
移校正之后比較器21的輸出UDOUT重復變為“1”和“0”時,計數
器23的計數值增加。當計數器23的計數值達到預定值時,計數器23
的輸出COUT變為“1”,并且,開關24將對于上下計數器22的時
鐘clk固定到低電平。

當計數器23被配置為在比較器21的輸出UDOUT的前緣處向上
計數并且用于將計數器23的輸出COUT設為“1”的計數值被適當地
設定時,偏移校正的結束定時可被控制。即,可以控制該定時以在
OINP端子側的電壓高的狀態下結束偏移校正,或者,在OINN端子
側的電壓高的狀態下結束偏移校正。這里將描述計數器與比較器21
的輸出UDOUT的前緣同步地向上計數的例子。但是,計數器可與輸
出UDOUT的后緣同步地或者與輸出UDOUT的前緣和后緣同步地向
上計數。

在圖4B所示的例子中,在信號UDOUT的前緣處停止時鐘clk
的供給。當時鐘clk被固定為低電平時,從上下計數器22輸出的校正
信號OCAL的變化也停止。時鐘clk幾乎固定為低電平的時間點處的
校正信號OCAL被保持。作為結果,OINP端子的電壓和OINN端子
的電壓之間的差分也保持與校正信號OCAL對應的值。

根據圖3A所示的偏移電壓校正器20的布置,如上所述,OINP
端子的電壓和OINN端子的電壓之間的差分在與上下計數器22的最
低有效位的精度對應的范圍內收斂。另一方面,根據圖4A所示的偏
移電壓校正器20的布置,與圖3A所示的布置相比,OINP端子的電
壓和OINN端子的電壓之間的差分可減半。

[偏移電壓校正器的又一配置]

將參照圖5描述偏移電壓校正器20的另一配置及其操作。

參照圖5,OINP端子與偏移電壓校正器20的運算放大器(差動
放大器)25的+IN端子連接,并且,OINN端子與-IN端子連接。A/D
轉換器(ADC)26從運算放大器25接收輸出信號AOUT并且輸出校
正信號OCAL。

當校正時間段開始時,運算放大器25通過放大OINP端子的電壓
和OINN端子的電壓之間的差分,輸出輸出信號AOUT。ADC?26將
輸出信號AOUT轉換成數字校正信號OCAL。基于數字校正信號
OCAL,差動放大器10校正偏移以消除OINP端子的電壓和OINN端
子的電壓之間的差分。

當OINP端子的電壓和OINN端子的電壓改變時,運算放大器25
的輸出信號AOUT改變,并且,從ADC?26輸出的數字校正信號OCAL
也改變。該改變被重復以校正差動放大器10的偏移。偏移電壓校正器
20在校正時間段之后的正常操作時間段中保持數字校正信號OCAL
的值。

如上所述,在偏移校正時間段中,通過向差動放大器10的+IN端
子和-IN端子輸入相同的信號執行偏移校正。在正常操作時間段中,
保持偏移校正信號OCAL以抑制偏移電壓。

注意,上述的實施例僅是實施本發明的例子,并且不應限制本發
明的技術范圍的解釋。即,本發明可在不背離其技術范圍或主要特征
的情況下以各種方式被實施。

雖然已參照示例性實施例說明了本發明,但應理解,本發明不限
于公開的示例性實施例。權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以包含
所有的變更方式以及等同的結構和功能。

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