專利名稱：最小化自動調零放大器中的切換噪聲及其影響的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路運算放大器，且更明確地說涉及一種具有最小切換噪聲的集成 電路自動調零運算放大器。
背景技術：
自動調零運算放大器是一種模擬電路，其將模擬和數字(切換)電路組合從而導致 非常低的輸入參考DC偏移和噪聲。這些運算放大器常用于必需高增益來解析非常小電 壓的精度應用中。實例包含RTD、熱電偶、阻性電流測量和其它感測應用。使用自動調 零運算放大器可放松對A/D轉換器的準確度要求，從而節省成本。如今的自動調零運算 放大器與用于減小平均偏移的早期斬波方案具有極少共同之處。那些電路非常簡單，其 使用離散放大器和開關來使用時鐘對放大器的輸入和輸出進行斬波。需要大量濾波來實 現低偏移，并濾出切換噪聲。斬波器放大器具有低頻率帶寬，通常為幾赫茲，其受到較 大的固定時間常數限制。
另一方案使用寬帶放大器和斬波器放大器的斬波器穩定化。斬波器放大器用于"穩 定化"或減小寬帶放大器的DC偏移誤差。從而實現較高操作帶寬，但這些斬波電路具 有高輸出噪聲且要求額外輸出信號濾波為可行的。
早期自動調零放大器組合了寬帶"主"放大器與單一 "指零"放大器。單一指零放 大器具有取樣與保持以校正其自身的偏移，并減小主放大器的偏移。早期實施方案需要 外部電容器且具有幾百赫茲的取樣頻率。這些年來，技術發展水平已有了巨大改進。現 代自動調零運算放大器現能夠在非常低的溫度漂移下實現幾微伏的DC偏移。
然而，由于指零放大器中的內部時鐘切換的緣故，輸出處將出現一些切換噪聲。這 在取樣時鐘頻率周圍將最為明顯。如果此噪聲不對稱(即，產生大致相等量的正和負干 擾(gitch))，那么系統中可能產生平均DC偏移。因此，這些干擾的減少對于良好的 DC性能是基本的且可能需要濾波。濾波依據所關注信號距取樣頻率的接近程度而可能 較昂貴。增加取樣速率有助于使濾波變簡單并增加可用帶寬。新近代的自動調零運算放 大器已添加時鐘擴展電路以在較寬范圍的頻率上擴展切換噪聲，從而允許更高的有用帶
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發明內容因此，需要一種通過提供最小化切換噪聲及其在自動調零運算放大器中的影響的新 方式來克服上文指出的問題以及現有技術的其它缺點和不足的方式。
在傳統自動調零放大器中，使用單一指零放大器來補償"主"(連續)放大器。在 調零循環期間，指零放大器與主放大器斷開，且通過存儲電容器在主輔助端口上保持校 正電壓。此方法導致開環路增益在補償與指零循環之間變化，這是由于在補償循環期間， 總增益是指零放大器和主放大器的級聯，而在調零循環期間，增益僅僅是主放大器的增 益。這導致在輸出處以取樣頻率的倍數出現低頻率失真(波紋)。
根據本發明的教示，添加第二指零放大器以便在第一指零放大器被調零時補償主放 大器。這維持開環路增益相對恒定，從而減少現有技術中同有的失真。另一改進是兩個 指零放大器與主放大器之間的切換操作的定時經設計而具有先接后斷重疊。這確保主放 大器由一個或兩個指零放大器連續驅動，從而維持主放大器輔助端U處的低阻抗并減小 輸出處的干擾能量。可添加小飛輪電容器(flywheel capacitor)以進一步減小干擾量級。 使用兩對調零開關， 一對調零開關用于每-指零放大器。通過將一對調零開關連接成與 另一對調零開關相對，干擾能量將趨向于達到平均值。
為了減少電荷注入誤差，使用完全差分拓撲來補償指零放大器。在系統中存在兩個 指零放大器的情況下，這些指零放大器由于其內部共同模式反饋環路中的晶體管失配而 可能不具有相同的共同模式電壓。這可呈現新的干擾源，因為當指零放大器切換時主輔 助端口 "經歷"共同模式中的急劇變化。因此，除了正常差分模式調零環路外還包含共 同模式調零環路，使得兩個指零放大器具有近似相同的共同模式電壓。同時進行兩個環 路的調零，因此不引起任何額外延遲。
在現有技術自動調零放大器中，指零放大器差分模式誤差(偏移)被調零，接著用 于校正主放大器偏移。主放大器與指零放大器之間的失配可在指零放大器連接到主輔助 端口時導致干擾。這是因為在調零循環結束時，指零放大器輸出電壓可能不與主輔助端 口需要用來校正主放大器偏移的電壓相同。差分模式(DM)和共同模式(CM)兩者階 躍在兩個指零放大器切換時發生。這可通過將指零放大器輸出電平預充電到與主輔助端 口處的大致相同的DM和CM電平而最小化。
根據本發明的特定實例實施例， 一種自動調零差分放大器可包括主放大器，其具 有差分輸入、差分輸出和具有差分輸入的輔助端口；第一指零放大器，其經配置以用于 差分和共同模式自校正，所述第一指零放大器具有差分輸入和輸出；第二指零放大器， 其經配置以用于差分和共同模式自校正，所述第二指零放大器具有差分輸入和輸出；第 一指零放大器輸入調零開關，其耦合到主放大器差分輸入和第一指零放大器差分輸入，其中所述第一指零放大器輸入調零開關在第一指零放大器進行主放大器的偏移調零期 間使用；第二指零放大器輸入調零開關，其耦合到主放大器差分輸入和第二指零放大器 差分輸入，其屮所述第二指零放大器輸入調零開關在第二指零放大器進行主放大器的偏 移調零期間使用；第一指零放大器輸出開關，其耦合在第一指零放大器差分輸出與主放 大器輔助端口差分輸入之間，其中所述第一指零放大器輸出開關在第一指零放大器進行 主放大器的偏移調零期間將第一指零放大器差分輸出耦合到主放大器輔助端口差分輸 入；以及第二指零放大器輸出開關，其耦合在第二指零放大器差分輸出與主放大器輔助 端口差分輸入之間，其中所述第二指零放大器輸出開關在第二指零放大器進行主放大器 的偏移調零期間將第二指零放大器差分輸出耦合到主放大器輔助端口差分輸入；其中當 所述指零放大器中的一者正對主放大器進行偏移調零時，另一指零放火器正進行共同模 式自偏移調零，其中將第一和第二指零放大器兩者預充電使得其差分輸出處于與對主放 大器進行偏移調零所需的大致相同的校正電壓。
根據本發明的特定實例實施例， 一種最小化自動調零放大器中的切換噪聲的方法可 包括以下步驟提供具有差分信號輸入和輸出以及差分輔助輸入的主放大器；提供具有 差分信號輸入、差分輸出和差分輔助輸入的第一和第二指零放大器，其中所述差分信號 輸入和差分輸出可切換地耦合到主放大器差分信號輸入和差分輔助輸入；通過分別將 DM偏移誤差存儲在耦合到第一和第二指零放大器的第一和第二 DM偏移誤差電容器中 并將所存儲的DM偏移誤差施加到主放大器差分輔助輸入，而將主放大器的差分模式 (DM)偏移誤差指零；通過對CM偏移誤差進行取樣、分別將CM偏移誤差存儲在耦合 到第一和第二指零放大器的第一和第二 CM偏移誤差電容器中，并將所存儲的CM偏移 誤差施加到主放大器差分輔助輸入，而將主放大器的共同模式(CM)偏移誤差指零； 以及將第一和第二指零放大器差分輸出預充電到與主放大器差分輔助輸入處大致相同 的電壓電平。
通過參考結合附圖閱讀的以下描述，可獲得對本發明的更完整理解，附圖中
圖1說明現有技術自動調零運算放大器的示意性框圖2說明根據本發明的特定實例實施例的自動調零運算放大器的示意性框圖； 圖3說明根據圖2所示的特定實例實施例的使用完全差分拓撲實施的第一和第二指 零放大器的示意性圖4 (a)、 4 (b)和4 (c)說明展示現有技術自動調零運算放大器在偏移校正期間的瞬時("干擾")行為的示意性時序圖4 (d)說明展示在切換指零放大器之前兩個指零放大器輸出經預充電以與預期主 輔助端口電壓匹配的情況的瞬時("干擾")行為的示意性時序圖4 (e)說明展示根據本發明的特定實例實施例的在使用預充電和共同模式調零兩 者來減少輸出干擾的情況下瞬時("千擾")行為的示意性時序圖5說明根據本發明的特定實例實施例的圖2所示的指零放大器的更詳細示意性框 圖；以及
圖6說明根據本發明的特定實例實施例的圖5所示的自動調零運算放大器和指零放 大器的操作的時序圖。
雖然本發明容許各種修改和替代形式，但已在附圖中展示其特定實例實施例且在本 文中對所述特定實例實施例進行詳細描述。然而，應了解，本文中對特定實例實施例的 描述不希望將本發明限于本文所揭示的特定形式，而是相反，本發明將涵蓋由所附權利 要求書界定的所有修改和等效物。
具體實施例方式
現參看附圖，其示意性地說明特定實例實施例的細節。附圖屮的相同兀件將由相同 標號表示，且類似元件將由具有不同小寫字母后綴的類似標號表示。
參看圖1，其描繪現有技術自動調零運算放大器的示意性框圖。所述現有技術自動 調零放大器(大體由標號100表示)可包括至少兩個放大器102和104，其經組合以產 生最終信號輸出。常規寬帶寬"主"放大器102從輸入直接連接到輸出并連續處理傳入 的信號。第二、非常高增益"指零"放大器104并聯連接以用于偏移校正。放大器104 經調零以將其自身偏移指零并消除在斬波頻率以下的低頻率1/f噪聲。調零涉及將放大 器104與開關114的兩個輸入短接在一起并將所得偏移存儲到電容器108上。在補償循 環期間，將此校正電壓通過輔助端口 118施加到指零放大器104。當指零放大器104與 主放大器102在其調零循環期間斷開時，存儲電容器將校正電壓保持在主輔助端口 120 上。接著使用此校正電壓通過另一輔助端口 120將主放大器102的偏移指零。
然而，此方法致使開環路增益在補償循環與指零循環之間變化，因為在補償循環期 間，總增益是指零放大器104和主放大器102的級聯，而在調零循環期間，增益僅僅是 主放大器102的增益。這導致在輸出處以取樣頻率的倍數出現低頻率失真。使用振蕩器 和時鐘電路(未圖示)來控制連接到指零放大器104的開關。
參看圖2，其描繪根據本發明的特定實例實施例的自動調零運算放大器的示意性框
12圖。自動調零運算放大器(大體由標號200表示)可包括主放大器202、第一指零放大 器208、第二指零放大器218、開關206、 210、 216、 220和222;以及電容器232、 234 和236。當第一指零放大器208正被調零時，第二指零放大器218補償主放大器202。 這維持開環路增益相對恒定，從而減少現有技術中存在的失真。另一改進在于第一指零 放大器208、第二指零放大器218與主放大器202之間的開關206、 210、 216、 220和 222的操作定時以先接后斷重疊起作用。這確保主放大器202由指零放大器208和218 中的一者或兩者連續驅動，因此維持主放大器輔助端口 242處的低阻抗，并且還減少輸 出244處的干擾能量。可添加飛輪電容器232以進一步減小干擾量級。使用兩對調零開 關206和216， 一對調零開關分別用于指零放大器208和218中的每一者。
參看圖3，其描繪根據圖2所示的特定實例實施例的使用完全差分拓撲實施的第一 和第二指零放大器的示意性圖。為了減少電荷注入誤差，分別使用完全差分拓撲實施第 一和第二指零放大器208和218。通過將一對調零開關(例如，開關206a和206b)連 接成與另- 對調零開關(例如，開關216a和216b)相對，干擾能量將趨向于達到平均 值，即當開關216a連結到V輸入-時開關206a連結到V輸入+，且反之亦然。注意，第 一和第二指零放大器208和218由于其內部共同模式反饋環路中的晶體管失配而分別可 能不具有相同共同模式電壓。這可能存在干擾源(例如，不需要的瞬時噪聲)，因為當 第一和第二指零放大器208和218分別在輔助端口 242之間切換時，主放大器202的主 輔助端口 242可能"經歷"共同模式電壓的急劇變化。根據本發明的教示，可通過除正 常差分模式調零環路外還添加共同模式調零環路，使得第一和第二指零放大器208和218 分別具有近似相同的共同模式屯壓來大致減少這些干擾。當另一指零放大器連接到主輔 助端口 242時，所述指零放大器中的一者正被調零。因此，兩個環路的調零同時進行， 因此不引起額外延遲。
還注意，當指零放大器連接到輔助端口 242時，輔助端口 242上所需的校正電壓可 能不等于指零放大器輸出電壓。這是另一干擾源，因為當指零放大器208或218連接到 輔助端口 242時，主放大器202的輔助端口 242可"經歷"差分模式電壓的急劇變化。 根據本發明的教示，可通過在將指零放大器連接到輔助端口 242之前添加預充電操作以 調節指零放大器輸出電壓使其大致上與輔助端口 242上所需的指零校正電壓匹配，來大 致減少這些干擾。
參看圖4 (a)、 4 (b)和4 (c)，其描繪展示現有技術自動調零運算放大器在偏移 校正期間的瞬時("干擾")行為的示意性時序圖。在現有技術自動調零放大器(例如， 圖1)中，指零放大器差分模式誤差(偏移)被調零，接著用于校正主放大器偏移。主放大器與指零放大器之間的失配可在指零放大器連接到主輔助端口時導致干擾。這是因 為在調零循環結束時，指零放大器輸出電壓可能不與主輔助端口需要用來校正主放大器 偏移的電壓相同。圖4 (a)和4 (b)展示使用單一指零放大器分別在接地參考和差分 運算放大器拓撲兩者中的此行為。圖4(c)展示雙指零放大器的情況并突出顯示共同模 式電平問題。差分模式(DM)和共同模式(CM)兩者階躍在兩個指零放大器切換時發 生。
為了減少干擾，已使用現有技術預充電方法在連接到主放大器之前將指零放大器輸 出調節到適當電平。然而，此現有技術方法不處理完全差分拓撲，也不處置利用兩個指 零放大器的情況。如果在此情況下使用此方案，且僅對一個指零放大器進行預充電(正 或負節點)，那么其它輸出將調節以維持其輸出共同模式電平。由于兩個指零放大器的 共同模式不同，所以當指零放大器切換時將發生差分和共同模式階躍，從而否定預充電 循環的優點。
參看圖4 (d)，其描繪展示在切換指零放大器之前兩個指零放大器輸出經預充電以 與預期主輔助端口電壓匹配的情況的瞬時("干擾")行為的示意性時序圖。當指零放大 器由于兩個放大器的不同共同模式(CM)電平而切換時，將發生共同模式階躍。盡管 得到改進，但根據本發明的教示，其仍不如存在共同模式調零操作的情況那樣好。因為 處于較高頻率的共同模式拒絕有可能為低從而允許許多干擾能量傳遞到輸出。根據本發 明的教示，預充電與共同模式調零的組合確保兩個指零放大器輸出被適當調節到正確的 差分模式和共同模式電壓，從而進一步減少輸出處的干擾。
參看圖4e，其描繪展示根據本發明的特定實例實施例的在使用預充電和共同模式調 零兩者來減少輸出干擾的情況下瞬時("干擾")行為的示意性時序圖。如圖所示，由于 電荷注入和/或時鐘饋通的緣故，主放大器輔助端口處僅可能發生小的殘余干擾。大致上 不存在任何可導致平均DC偏移的系統的干擾。
參看圖5，其描繪根據本發明的特定實例實施例的圖2所示的指零放大器的更詳細 示意性框圖。每一指零放大器(208、 218)具有四個輸入端口和一個輸出端口。輸入端 口由初級信號輸入端口 576、輔助差分模式(DM)校正端口 578、輔助共同模式(CM) 校正端口 580以及預充電端口 582組成。在指零放大器的每一者的內部是與輸入端口的 每一者相關聯的跨導級、用于差分模式和共同模式路徑的求和點、用于輸出級的電流到 電壓轉換器和共同模式反饋網絡。
在操作期間，初級輸入端口 576連接到主放大器202 (圖2)的輸入，且在使用開 關501和502的調零循環期間與所述輸入中的一者短接。指零放大器的差分模式誤差(偏移)使用開關503和504進行取樣，存儲在電容器550上，并施加到指零輔助(校正) 端口 232 (圖2)。由于主輔助端口 242到輸出端口 244的高環路增益的緣故，初級輸入 端口處的輸入參考偏移可指零。
同時，輸出與共同模式反饋網絡斷開并經由開關505到507由共同模式參考代替。 共同模式誤差也使用開關508和509進行取樣，存儲在電容器552上，并施加到指零共 同模式輔助(校正)端口 580的一側。共同模式參考570也使用開關510和511進行取 樣，存儲在電容器554上，并施加到指零共同模式輔助(校正)端口 580的另一側。電 容器552和554是匹配對。以此方式，假定共同模式輔助端口 580到輸出CM電平的高 環路增益，將校正差分電壓施加到指零共同模式輔助端口 580以對主放大器202的共同 模式誤差進行調零。
調零之后，經由開關512、 513和預充電端口 582將主放大器202輸出244(正或負) 預充電到主輔助端口電平。最后，切換兩個指零放大器208和218 (圖2)且針對另一 指零放大器重復所述循環。
預充電操作將指零放大器輸出電平調節為與主輔助端口 242處大致相同的電平，如 下。通常，閉合預充電端口開關513，且斷開開關512。在預充電期間，開關513斷開 且開關512閉合。預充電端口具有一個連接到主輔助端口 242的輸入，其由另一指零放 大器驅動。另一預充電端口輸入連接到指零放大器輸出。預充電循環調節指零放大器輸 出使其與主輔助端口 242處的電壓匹配。
根據本發明的教示，用以減小偏移和干擾影響的另一改進可以是在后續循環上將指 零放大器208和218換向。將指零放大器輸入和輸出兩者相互交換使得由于失配、切換 或電荷注入引起的任何殘余誤差和/或干擾能量可達到平均值。另外，預充電端U 582 的輸入可交換以將輸出預充電到取決于輸出極性的正確電平。
參看圖6，其描繪根據本發明的特定實例性實施例的圖5所示的自動調零運算放大 器和指零放大器的操作的時序圖。設定指零放大器差分和共同模式調零開關開關501、 506和507斷開且開關502和505閉合。同時，取樣開關503、 504和508-511閉合，開 關512斷開，開關513閉合，且開關514和515斷開。 一旦對差分和共同模式校正電壓 進行取樣，取樣開關就斷開，且保持校正電壓。接下來，通過閉合開關512和斷開開關 513而發生預充電。預充電之后，將開關512和513反向，且輔助端口開關514和515 閉合，從而允許經調零指零放大器驅動主輔助端口。調零、預充電和主開關經設計為先 接后斷，因此輸入端口永遠不會經歷高阻抗，以便最小化干擾。
雖然已通過參考本發明的實例實施例描繪、描述和界定本發明的實施例，但此類參考不意味著對本發明的限制，且不應推斷出任何此類限制。所揭示的標的物能夠容許相 關領域中且得益于本發明的一般技術人員將了解的形式和功能上的相當多的修改、改變 和等效物。所描繪和描述的本發明的實施例僅是實例，且并非為本發明范圍的詳盡闡釋。
權利要求
1. 一種自動調零差分放大器，其包括主放大器，其具有差分輸入、差分輸出和具有差分輸入的輔助端口；第一指零放大器，其經配置以用于差分和共同模式自校正，所述第一指零放大器具有差分輸入和輸出；第二指零放大器，其經配置以用于差分和共同模式自校正，所述第二指零放大器具有差分輸入和輸出；第一指零放大器輸入調零開關，其耦合到所述主放大器差分輸入和所述第一指零放大器差分輸入，其中所述第一指零放大器輸入調零開關在所述第一指零放大器進行所述主放大器的偏移調零期間使用；第二指零放大器輸入調零開關，其耦合到所述主放大器差分輸入和所述第二指零放大器差分輸入，其中所述第二指零放大器輸入調零開關在所述第二指零放大器進行所述主放大器的偏移調零期間使用；第一指零放大器輸出開關，其耦合在所述第一指零放大器差分輸出與所述主放大器輔助端口差分輸入之間，其中所述第一指零放大器輸出開關在所述第一指零放大器進行所述主放大器的偏移調零期間將所述第一指零放大器差分輸出耦合到所述主放大器輔助端口差分輸入；以及第二指零放大器輸出開關，其耦合在所述第二指零放大器差分輸出與所述主放大器輔助端口差分輸入之間，其中所述第二指零放大器輸出開關在所述第二指零放大器進行所述主放大器的偏移調零期間將所述第二指零放大器差分輸出耦合到所述主放大器輔助端口差分輸入；其中當所述指零放大器中的一者正對所述主放大器進行偏移調零時，另一指零放大器正進行共同模式自偏移調零。
2. 根據權利要求1所述的自動調零放大器，其進一步包括所述第一和第二指零放大器 兩者經預充電使得其所述差分輸出處于與對所述主放大器進行偏移調零所需的大 致相同的校正電壓。
3. 根據權利要求1所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一者 包括初級信號輸入端口，其中所述初級信號輸入端口耦合到所述主放大器的所述差分 輸入且在調零循環期間與其短接；輔助差分模式(DM)校正端口，其中所述指零放大器的差分模式偏移經取樣并 存儲在相應DM電容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助DM 指零端口；輔助共同模式(CM)校正端口，其中共同模式誤差經取樣并存儲在相應CM電 容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助CM指零端口；以及 預充電端口。
4. 根據權利要求1所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一者 包括-初級信號輸入端口，其中所述初級信號輸入端口耦合到所述主放大器的所述差分 輸入且在調零循環期間與其短接；輔助差分模式(DM)校正端口，其中所述指零放大器的差分模式偏移經取樣并 存儲在相應DM電容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助DM 指零端口；以及預充電端口。
5. 根據權利要求1所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一者 包括初級信號輸入端口，其中所述初級信號輸入端口耦合到所述主放大器的所述差分 輸入且在調零循環期間與其短接；輔助共同模式(CM)校正端口，其中共同模式誤差經取樣并存儲在相應CM電 容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助CM指零端口；以及預充電端口。
6. 根據權利要求3所述的自動調零放大器，其中每一指零放大器包括跨導級，其與所述輸入端口的每-一者相關聯； 求和點，其與所述DM和CM校正端口相關聯；以及 輸出電路，其具有電流到電壓轉換器和CM反饋網絡。
7. 根據權利要求3所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一者 被預充電到與所述主放大器輔助端口處大致相同的電壓電平。
8. 根據權利要求3所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器輸入和輸 出相互交換以使殘余取樣誤差達到平均值。
9. 根據權利要求3所述的自動調零放大器，其中所有切換操作均為先接后斷。
10. 根據權利要求3所述的自動調零放大器，其進一步包括具有差分輸入和輸出的輸出緩沖器，其中所述輸出緩沖器的所述差分輸入耦合到所述主放大器的所述差分輸 出。
11. 一種自動調零差分放大器，其包括主放大器，其具有輸入、輸出和輔助輸入；第一指零放大器，其經配置以用于差分模式和共同模式自校正； 第二指零放大器，其經配置以用于差分模式和共同模式自校正； 第一指零放大器輸入調零開關，其耦合到所述主放大器輸入和所述第一指零放大 器輸入，其中所述第一指零放大器輸入調零開關在所述第—'指零放大器進行所述主放大器的偏移調零期間使用；第二指零放大器輸入調零開關，其耦合到所述主放大器輸入和所述第二指零放大 器輸入，其中所述第二指零放大器輸入調零開關在所述第二指零放大器進行所述主放大器的偏移調零期間使用；第一指零放大器輸出開關，其耦合在所述第一指零放大器輸出與所述主放大器輔 助輸入之間，其中所述第一指零放大器輸出開關在所述第一指零放大器進行所述主 放大器的偏移調零期間將所述第一指零放大器差分輸出耦合到所述主放大器輔助 輸入；以及第二指零放大器輸出開關，其耦合在所述第二指零放大器輸出與所述主放大器輔 助輸入之間，其中所述第二指零放大器輸出開關在所述第二指零放大器進行所述主 放大器的偏移調零期間將所述第二指零放大器輸出耦合到所述主放大器輔助輸入-,其中當所述指零放大器中的一者正對所述主放大器進行偏移調零時，另一指零放 大器正進行共同模式自偏移調零。
12. 根據權利要求ll所述的自動調零放大器，其進一步包括所述第一和第二指零放大 器兩者經預充電使得其所述輸出處于與對所述主放大器進行偏移調零所需的大致 相同的校正電壓。
13. 根據權利要求11所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一 者包括初級信號輸入端口，其中所述初級信號輸入端口耦合到所述主放大器的所述輸入 且在調零循環期間與其短接；輔助差分模式(DM)校正端口，其中所述指零放大器的差分模式偏移經取樣并 存儲在相應DM電容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助DM 指零端口；輔助共同模式(CM)校lH端口，其中共同模式誤差經取樣并存儲在相應CM電 容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助CM指零端口；以及 預充電端口。
14. 根據權利要求11所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一 者包括初級信號輸入端口，其中所述初級信號輸入端口耦合到所述主放大器的所述輸入 且在調零循環期間與其短接；輔助差分模式(DM)校正端口，其中所述指零放大器的差分模式偏移經取樣并 存儲在相應DM電容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助DM 指零端口；以及預充電端口。
15. 根據權利要求ll所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一者包括初級信號輸入端口，其中所述初級信號輸入端口耦合到所述主放大器的所述輸入且在調零循環期間與其短接；輔助共同模式(CM)校正端口，其中共同模式誤差經取樣并存儲在相應CM電 容器中，且隨后施加到所述指零放大器的每一者的相應輔助CM指零端口；以及預充電端口。
16. 根據權利要求13所述的自動調零放大器，其中每一指零放大器包括跨導級，其與所述輸入端口的每一者相關聯； 求和點，其與所述DM和CM校正端口相關聯；以及 輸出電路，其具有電流到電壓轉換器和CM反饋網絡。
17. 根據權利要求13所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器的每一 者被預充電到與所述主放大器輔助端口處大致相同的電壓電平。
18. 根據權利要求13所述的自動調零放大器，其中所述第一和第二指零放大器輸入和 輸出相互交換以使殘余取樣誤差達到平均值。
19. 根據權利要求11所述的自動調零放大器，其中所有切換操作均為先接后斷。
20. 根據權利要求11所述的自動調零放大器，其進一步包括具有輸入和輸出的輸出緩 沖器，其中所述輸出緩沖器的所述輸入耦合到所述主放大器的所述輸出。
21. —種最小化自動調零放大器中的切換噪聲的方法，所述方法包括以下步驟提供具有差分信號輸入和輸出以及差分輔助輸入的主放大器；提供具有差分信號輸入、差分輸出和差分輔助輸入的第一和第二指零放大器，其 中所述差分信號輸入和差分輸出可切換地耦合到所述主放大器差分信號輸入和差 分輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的差分模式(DM)偏移誤差指零分別將所述DM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二 DM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的DM偏移誤差施加到所述主放大器差分輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的共同模式(CM)偏移誤差指零 對所述CM偏移誤差進行取樣，分別將所述CM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二CM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的CM偏移誤差施加到所述主放大器差分輔助輸入；以及 將所述第一和第二指零放大器差分輸出預充電到與所述主放大器差分輔助輸入 處大致相同的電壓電平。
22. 根據權利要求21所述的方法，其進一步包括以下步驟通過在后續指零循環上將 所述第一和第二指零放大器的所述輸入和輸出相互交換使所述第一和第二指零放 大器換向。
23. 根據權利要求21所述的方法，其進一步包括以下步驟依據所述主放大器差分信 號輸出的信號極性將所述第一和第二指零放大器的預充電端口輸入相互交換。
24. —種最小化自動調零放大器中的切換噪聲的方法，所述方法包括以下步驟提供具有信號輸入和輸出以及輔助輸入的主放大器；提供具有信號輸入、輸出和輔助輸入的第一和第二指零放大器，其中所述信號輸 入和輸出可切換地耦合到所述主放大器信號輸入和輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的差分模式(DM)偏移誤差指零分別將所述DM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二 DM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的DM偏移誤差施加到所述主放大器輔助輸入； 通過以下操作將所述主放大器的共同模式(CM)偏移誤差指零 對所述CM偏移誤差進行取樣，分別將所述CM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二CM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的CM偏移誤差施加到所述主放大器輔助輸入；以及 將所述第一和第二指零放大器輸出預充電到與所述主放大器輔助輸入處大致相 同的電壓電平。
25. 根據權利要求24所述的方法，其進一步包括以下步驟通過在后續指零循環上將 所述第一和第二指零放大器的所述輸入和輸出相互交換使所述第一和第二指零放 大器換向。
26. —種最小化自動調零放大器中的切換噪聲的方法，所述方法包括以下步驟提供具有差分信號輸入和輸出以及差分輔助輸入的主放大器； 提供具有差分信號輸入、差分輸出和差分輔助輸入的第一和第二指零放大器，其中所述差分信號輸入和差分輸出可切換地耦合到所述主放大器差分信號輸入和差分輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的差分模式(DM)偏移誤差指零分別將所述DM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二DM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的DM偏移誤差施加到所述主放人器差分輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的共同模式(CM)偏移誤差指零 對所述CM偏移誤差進行取樣，分別將所述CM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二CM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的CM偏移誤差施加到所述主放大器差分輔助輸入。
27. 根據權利要求26所述的方法，其進一步包括以下步驟將所述第一和第二指零放 大器差分輸出預充電到與所述主放大器差分輔助輸入處大致相同的電壓電平。
28. 根據權利要求26所述的方法，其進步包括以下步驟通過在后續指零循環上將 所述第一和第二指零放大器的所述輸入和輸出相互交換使所述第一和第二指零放 大器換向。
29. 根據權利要求26所述的方法，其進一步包括以下步驟依據所述主放大器差分信 號輸出的信號極性將所述第一和第二指零放大器的預充電端口輸入相互交換。
30. —種最小化自動調零放大器中的切換噪聲的方法，所述方法包括以下步驟提供具有信號輸入和輸出以及輔助輸入的主放大器；提供具有信號輸入、輸出和輔助輸入的第一和第二指零放大器，其中所述信號輸 入和輸出可切換地耦合到所述主放大器信號輸入和輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的差分模式(DM)偏移誤差指零分別將所述DM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二 DM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的DM偏移誤差施加到所述主放大器輔助輸入；通過以下操作將所述主放大器的共同模式(CM)偏移誤差指零 對所述CM偏移誤差進行取樣，分別將所述CM偏移誤差存儲在耦合到所述第一和第二指零放大器的第一 和第二CM偏移誤差電容器中，以及將所述存儲的CM偏移誤差施加到所述主放大器輔助輸入。
31. 根據權利要求30所述的方法，其進一步包括以下步驟將所述第一和第二指零放 大器輸出預充電到與所述主放大器輔助輸入處大致相同的電壓電平。
32. 根據權利要求30所述的方法，其進一步包括以下步驟通過在后續指零循環上將 所述第- 和第二指零放大器的所述輸入和輸出相互交換使所述第一和第二指零放 大器換向。
全文摘要
兩個指零放大器與一自動調零差分放大器一起使用。當一個指零放大器正補償主放大器時，另一指零放大器針對差分模式(DM)和共同模式(CM)偏移兩者調零。通過使用兩個指零放大器，其中一個指零放大器始終連接到所述主放大器，為所述主放大器維持相對恒定的開環路增益。另一改進是所述兩個指零放大器與所述主放大器之間的切換操作的先接后斷定時重疊。這確保所述主放大器由一個或兩個指零放大器連續驅動，從而維持所述主放大器輔助端口處的低阻抗。執行所述兩個指零放大器的每一者的DM和CM偏移取樣及預充電兩者以便大致減小所述主放大器的輸出中的切換干擾。
文檔編號H03F3/45GK101449459SQ200780018247
公開日2009年6月3日 申請日期2007年7月16日 優先權日2006年7月18日
發明者庫門·布萊克, 詹姆斯·B·諾蘭 申請人:密克羅奇普技術公司