專利名稱：斬波器和嵌套斬波器放大器的相位校正的密勒補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電子電路，以及更具體而言涉及斬波器和嵌套斬波器放大器的相位校正的密勒補(bǔ)償。
半導(dǎo)體制造技術(shù)中的進(jìn)展已經(jīng)導(dǎo)致集成電路的設(shè)計(jì)和制造現(xiàn)已包括幾百萬的晶體管和其他電路元件。由于集成水平已經(jīng)提高，已希望將許多功能集成到集成電路上。信號放大是許多能被實(shí)現(xiàn)在集成電路中的這類功能中的一種。
許多放大器電路配置或體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展了多年。一個放大器電路體系結(jié)構(gòu)族是斬波器放大器。斬波器放大器體系結(jié)構(gòu)被用于去除低頻噪聲和偏移。斬波器放大器體系結(jié)構(gòu)為大家所熟知，并且其使用并聯(lián)補(bǔ)償電容。在集成電路形成的電容趨向于占用相對較大的面積。通常，在使用傳統(tǒng)并聯(lián)補(bǔ)償電容的斬波器放大器體系結(jié)構(gòu)中，電容的尺寸依賴于電極的頻率位置。
降低其所制造的集成電路的成本通常是制造商的一個目的。一個集成電路的成本通常隨著它的尺寸(也就是面積)的增加而增加。
因此需要用于在斬波器放大器中提供補(bǔ)償同時(shí)減少實(shí)現(xiàn)它們所需的面積的方法和設(shè)備，從而減少成本。


圖1是一個根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括斬波器的放大器電路的原理框圖。
圖2是一個根據(jù)本發(fā)明的包括斬波器的放大器電路的原理框圖。
簡單來說，一個斬波器放大器電路安排被提供，其包括一個在一個密勒電容反饋路徑中的附加的斬波器，其校正180度的相移。
在本發(fā)明的一個另一方面，對于嵌套的斬波器放大器，可以在密勒電容反饋路徑中提供對附加斬波器的使用。這種附加斬波器在確保穩(wěn)定性方面有其實(shí)用性。
斬波器用于其中執(zhí)行平均的放大器應(yīng)用，諸如增量總和(deltasigma)變換器。各斬波器交替地把由于失配產(chǎn)生的低頻噪聲和偏移應(yīng)用到與信號的同相和180度異相。其結(jié)果是信號被保留，同時(shí)噪聲和偏移被去除。并聯(lián)補(bǔ)償不被斬波器所干擾，因此無需附加的相位校正。
本發(fā)明的各種實(shí)施例在多級放大器中提供密勒補(bǔ)償，所述多級放大器被斬波以去除低頻噪聲和偏移。一個斬波器被用于密勒反饋路徑中。當(dāng)斬波被激活時(shí)，此斬波器將密勒路徑的相位調(diào)整180度。
在此提到的“一個實(shí)施例”或類似的形式，指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的一個特定特征、結(jié)構(gòu)、操作或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。因此，在本文中出現(xiàn)的這種短語或形式并不都必須是指相同的實(shí)施例。此外，各種特定特征、結(jié)構(gòu)、操作或特性可以在一個或多個實(shí)施例中以任何合適的方式組合。
術(shù)語半導(dǎo)體裝置、微電子裝置、集成電路、芯片、LSI、VLSI、ASIC以及片上系統(tǒng)有時(shí)也被可互換地用于這個領(lǐng)域。由于這些術(shù)語在本領(lǐng)域是大家都理解的，所以本發(fā)明涉及前述的所有術(shù)語。
這里使用的FET指的是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。這些晶體管也可以被認(rèn)為是絕緣柵場效應(yīng)晶體管(IGFET)。
端子指的是一個連接點(diǎn)。典型地，輸出或輸出端子被耦合到輸入或輸入端子以傳播信號。
通常斬波器放大器對交流地(AC ground)使用并聯(lián)補(bǔ)償。在許多情況下，這種補(bǔ)償需要非常大的電容來保證足夠的電極分離。
參考圖1，一種傳統(tǒng)的斬波器放大器100被示出。更具體而言，斬波器放大器100包括第一斬波器104。第一斬波器104包括耦合到第一節(jié)點(diǎn)102的第一輸入端，耦合到第二節(jié)點(diǎn)106的第二輸入端，以及適于接收一個如時(shí)鐘信號的第一斬波控制信號的第三輸入端。第一斬波器102包括分別耦合到第一增益級108的兩個輸入端的兩個輸出端。第一增益級108包括分別耦合到如圖1所示的第二增益級110的兩個輸入端的兩個輸出端。第二增益級110包括分別耦合到第二斬波器112的第一輸入端和第二輸入端的兩個輸出端。第二斬波器112也包括適于接收一個如時(shí)鐘信號的第二斬波控制信號的第三輸入端。第二斬波器112還包括耦合到節(jié)點(diǎn)117的第一輸出端和耦合到節(jié)點(diǎn)119的第二輸出端。
斬波器放大器100的并聯(lián)輸出可以在節(jié)點(diǎn)117、119取得。斬波器放大器100的并聯(lián)輸出可以被用于驅(qū)動各附加增益級。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，存在多種眾所周知的增益級和斬波器的電路級實(shí)現(xiàn)方式。例如，斬波器可以用FET來實(shí)現(xiàn)，以切換信號路徑。
圖1還說明了對AC地的并聯(lián)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方式。更具體而言，第一電容114被示為串聯(lián)耦合在第二斬波器的第一輸出端(即節(jié)點(diǎn)117)和地之間，以及第二電容116被示為串聯(lián)耦合在第二斬波器的第二輸出端(即節(jié)點(diǎn)119)和地之間。當(dāng)這樣的電容在一個集成電路上實(shí)現(xiàn)時(shí)，將占用集成電路的相對較大的面積。值得注意的是，集成電路成本隨著它的面積的增長而增長。
仍然參考圖1，該說明性傳統(tǒng)斬波器放大器包括一個從第二斬波器112的第一輸出端(即節(jié)點(diǎn)117)到第一斬波器104的第一輸入端(即節(jié)點(diǎn)102)的第一反饋路徑；第一反饋路徑包括一個表示第一反饋路徑的信號處理(例如放大、衰減)的塊118。這樣的信號處理可以是包括在反饋路徑中的增益級的結(jié)果。該說明性傳統(tǒng)放大器還包括一個從第二斬波器112的第二輸出端(即節(jié)點(diǎn)119)到第一斬波器104的第二輸入端(即節(jié)點(diǎn)106)的第二反饋路徑；第二反饋路徑包括一個表示第二反饋路徑的信號處理(例如放大、衰減)的塊120。這樣的信號處理可以是包括在反饋路徑中的增益級的結(jié)果。
在一個共射-共基放大器配置中，在輸出節(jié)點(diǎn)形成支配電極。在多級斬波器放大器中的補(bǔ)償被使用，以便具有一個支配電極。避免圍繞補(bǔ)償環(huán)路的凈正反饋(net positive feedback)是所期望的。
為了減少在一個斬波器放大器電路中由各補(bǔ)償電容所占用的面積，可以使用密勒補(bǔ)償電容。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，使用一個密勒電容安排會有效地倍增電容的效果。不幸的是，由于有一半的時(shí)間斬波器在密勒電容反饋路徑中引入一個180度相移，使得使用密勒電容補(bǔ)償配置會導(dǎo)致不穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的各種放大器實(shí)施例包括基于使用密勒電容的補(bǔ)償，其相比于在輸出和地之間使用傳統(tǒng)的并聯(lián)補(bǔ)償電容會導(dǎo)致更高的面積效率和更高的帶寬設(shè)計(jì)。
密勒補(bǔ)償?shù)氖褂迷试S使用更小的電容并且提供更高帶寬的穩(wěn)定性。然而，在一定配置下，這無法在沒有相位校正的情況下實(shí)現(xiàn)。密勒補(bǔ)償?shù)氖褂脤?dǎo)致在斬波器的一半期間的低頻正反饋。
參考圖2，一個多級斬波器放大器200包括一個密勒電容反饋路徑，其如圖所示根據(jù)本發(fā)明被斬波。更具體而言，斬波器放大器200包括第一斬波器104。第一斬波器104包括耦合到第一節(jié)點(diǎn)102的第一輸入端，耦合到第二節(jié)點(diǎn)106的第二輸入端，以及適于接收如時(shí)鐘信號的第一斬波控制信號的第三輸入端。第一斬波器102包括分別耦合到第一增益級108的兩個差動輸入端的兩個輸出端。第一增益級108包括分別耦合到如圖2所示第二增益級110的兩個差動輸入端的兩個差動輸出端。第二增益級110包括分別耦合到第二斬波器112的第一輸入端和第二輸入端的兩個差動輸出端。第二斬波器112也包括適于接收第二斬波控制信號的第三輸入端。第二斬波器112還包括耦合到節(jié)點(diǎn)117的第一輸出端和耦合到節(jié)點(diǎn)119的第二輸出端。在本發(fā)明的該說明性實(shí)施例中，增益級108和110是差動放大器電路。
多級斬波器放大器200的并聯(lián)輸出可以在節(jié)點(diǎn)117、119取得。斬波器放大器200的并聯(lián)輸出可以被用于驅(qū)動附加增益級。
仍然參考圖2，第三斬波器206具有耦合到第二斬波器的第一輸出端(即節(jié)點(diǎn)117)的第一輸入端，以及具有耦合到第二斬波器的第二輸出端(即節(jié)點(diǎn)119)的第二輸入端。第三斬波器206具有耦合到第一電容202的第一端子的第一輸出端，以及具有耦合到第二電容204的第一端子的第二輸出端。第一電容202具有耦合到增益級110的第一輸入端的第二端子。第二電容204具有耦合到增益級110的第二輸入端的第二端子。由此，一個斬波器被引入密勒電容補(bǔ)償環(huán)路中。
在操作中，第一斬波器104被安排用于交替地在斬波控制信號的第一相位期間分別將節(jié)點(diǎn)102和節(jié)點(diǎn)106耦合到增益級108的第一(正)和第二(負(fù))輸入端；或者在斬波控制信號的第二相位期間分別將節(jié)點(diǎn)106和節(jié)點(diǎn)102耦合到增益級108的第一(正)和第二(負(fù))輸入端。第二斬波器112和第三斬波器206被類似地安排運(yùn)行，以使它們的第一和第二輸入端上的信號交替地在斬波控制信號的第一相位期間耦合到它們的相應(yīng)的第一和第二輸出端，以及在斬波控制信號的第二相位期間耦合到它們的相應(yīng)的第二和第一輸出端。
圖2也顯示了在一個斬波器放大器的說明性實(shí)施例中的一個從第二斬波器112的第一輸出端(即節(jié)點(diǎn)117)到第一斬波器104的第一輸入端(即節(jié)點(diǎn)102)第一反饋路徑；第一反饋路徑包括一個表示第一反饋路徑的信號處理(例如放大、衰減)的塊118。這樣的信號處理可以是例如包括在反饋路徑中的增益級的結(jié)果。該說明性實(shí)施例還包括一個從第二斬波器112的第二輸出端(即節(jié)點(diǎn)119)到第一斬波器104的第二輸入端(即節(jié)點(diǎn)106)的第二反饋路徑；第二反饋路徑包括一個表示第二反饋路徑的信號處理(例如放大、衰減)的塊120。這樣的信號處理可以是包括在反饋路徑中的增益級的結(jié)果。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，存在多種眾所周知的增益級和斬波器的電路級實(shí)現(xiàn)方式。類似地，存在多個典型地形成于集成電路中的可被用于實(shí)現(xiàn)反饋路徑的電容的物理結(jié)構(gòu)。用于在集成電路中形成電容的結(jié)構(gòu)包括(但不限于)金屬-金屬電容，多晶硅-多晶硅電容，金屬-多晶硅電容，結(jié)電容，以及柵-襯底(即FET)電容。在某些半導(dǎo)體工藝中，高k電介質(zhì)材料可以提供在導(dǎo)體材料層之間以幫助促進(jìn)實(shí)現(xiàn)占用集成電路的相對較小面積的電容。這種電容可以被實(shí)現(xiàn)為單一結(jié)構(gòu)，或?qū)崿F(xiàn)為多個互連的容性元件，其被安排來提供所期望的電容。本發(fā)明不限于任何特定的反饋電容的物理實(shí)現(xiàn)方式。
斬波的密勒電容也可以被用在嵌套斬波器放大器電路中。嵌套的斬波器被用于去除來自原始斬波器操作的殘余開關(guān)瞬態(tài)(switchingtransients)。應(yīng)注意，需要仔細(xì)分析替換配置以確保所有相位置換(phase permutation)都被適當(dāng)?shù)靥幚砹?。換句話說，相位置換應(yīng)該導(dǎo)致負(fù)反饋而不是正反饋。
根據(jù)本發(fā)明的多級斬波的放大器使用密勒電容來提供容性的反饋，以減少反饋電容所需要的物理面積，同時(shí)所述多級斬波的放大器還在密勒電容路徑中包括一個反饋斬波器，以便當(dāng)斬波處于激活狀態(tài)時(shí)將反饋的相位調(diào)整180度。
本發(fā)明的各實(shí)施例具有非常廣泛的應(yīng)用，其中包括(但不限于)增量總和數(shù)據(jù)變換器。
可以理解的是，本發(fā)明不限于上面描述的各實(shí)施例，而且包括后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的任意和所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種多級斬波器放大器(200)，包括串聯(lián)耦合的輸入斬波器(104)、第一增益級(108)和第二增益級(110)，第一增益級還被耦合來接收來自該輸入斬波器的輸入；被耦合來接收來自第二增益級的輸入的輸出斬波器；耦合在反饋路徑(118，120)中的輸出斬波器和第二增益級之間的至少一個補(bǔ)償電容(202，204)；以及一個放置在反饋路徑中的反饋斬波器(112)；其中該反饋斬波器適于調(diào)整反饋路徑的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多級斬波器放大器，其中所述第一和第二增益級是差動增益級，以及其中反饋斬波器被放置在輸出斬波器和至少一個補(bǔ)償電容之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的多級斬波器放大器，其中所述第一補(bǔ)償電容具有連接到第二增益級的第一輸入端的第一端子，以及連接反饋斬波器的第一輸出端的第二端子；并且其中第二補(bǔ)償電容具有連接到第二增益級的第二輸入端的第一端子，以及連接反饋斬波器的第二輸出端的第二端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的多級斬波器放大器，其中所述反饋斬波器適于將反饋路徑調(diào)整180度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的多級斬波器放大器，其中所述多級斬波器放大器形成了一個增量總和數(shù)據(jù)變換器的一部分。
6.一種電路，包括具有一對輸入端和一對輸出端的第一斬波器；具有耦合到第一斬波器的該對輸出端的一對輸入端的第一差動放大器，該第一放大器還具有一對輸出端；具有耦合到第一放大器的該對輸出端的一對輸入端的第二差動放大器，該第二放大器還具有一對輸出端；具有耦合到第二放大器的該對輸出端的一對輸入端的第二斬波器，該第二斬波器還具有一對輸出端；以及具有耦合到第二斬波器的該對輸出端的一對輸入端和耦合到第二放大器的輸入端的一對輸出端的第三斬波器(206)；其中第三斬波器適于調(diào)整一個差動反饋信號的相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電路，還包括連接在第三斬波器的第一輸出端和第二差動放大器的第一輸入端之間的至少一個電容，以及連接在第三斬波器的第二輸出端和第二差動放大器的第二輸入端之間的至少一個電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電路，其中所述第三斬波器適于將反饋信號的相位調(diào)整180度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電路，其中所述第一、第二和第三斬波器適于彼此同步操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電路，其中所述第一、第二和第三斬波器包括FET。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的電路，其中所述電容包括FET。
全文摘要
一種用于在多級斬波的放大器中實(shí)現(xiàn)基于密勒電容的補(bǔ)償?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)(200)，其包括在補(bǔ)償反饋(118，120)路徑中插入一個附加的斬波器(206)。這種補(bǔ)償比并聯(lián)補(bǔ)償?shù)拿娣e效率更高，并且在所述多級放大器中允許更高的帶寬。在密勒電容反饋環(huán)路中插入一個斬波器提供了一種選擇性地將反饋相位調(diào)整180度的措施。
文檔編號H03F1/08GK1729619SQ200380106830
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者A·尼伊德科恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司