自動(dòng)調(diào)零放大器的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方案涉及電子設(shè)備，并且更具體地涉及自動(dòng)調(diào)零放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]一種放大器，例如運(yùn)算放大器或儀表放大器，可以包括用于降低放大器輸入失調(diào)電壓的自動(dòng)調(diào)零電路。例如，在某些實(shí)現(xiàn)中自動(dòng)調(diào)零放大器可包括主放大器、輔助放大器和電容器，并且該輔助放大器在自動(dòng)調(diào)零階段可以操作用以在電容器兩端存儲(chǔ)電壓以校正主放大器的輸入失調(diào)電壓。
[0003]雖然在放大器中包括自動(dòng)調(diào)零電路可以減少放大器的輸入失調(diào)電壓，但自動(dòng)調(diào)零電路也會(huì)增加面積、功耗和/或復(fù)雜性。此外，在某些實(shí)現(xiàn)中，自動(dòng)調(diào)零電路可以影響放大器的運(yùn)行性能，諸如產(chǎn)生輸出毛刺或噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施方案中，一種裝置包括多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)，其包括第一跨導(dǎo)級(jí)、第二跨導(dǎo)級(jí)和第三跨導(dǎo)級(jí)。該第一跨導(dǎo)級(jí)、第二跨導(dǎo)級(jí)和第三跨導(dǎo)級(jí)每個(gè)都有自動(dòng)調(diào)零模式和放大模式。該裝置還包括自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路被配置為在第一時(shí)間間隔期間在自動(dòng)調(diào)零模式中操作第一跨導(dǎo)級(jí)、在第二時(shí)間間隔期間在自動(dòng)調(diào)零模式中操作第二跨導(dǎo)級(jí)和在第三時(shí)間間隔期間在自動(dòng)調(diào)零模式中操作第三跨導(dǎo)級(jí)。第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間間隔和第三時(shí)間間隔是錯(cuò)開(kāi)時(shí)間的。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了電子放大的方法。該方法包括提供差分輸入電壓到自動(dòng)調(diào)零放大器。自動(dòng)調(diào)零放大器包括多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)，其包括第一跨導(dǎo)級(jí)、第二跨導(dǎo)級(jí)和第三跨導(dǎo)級(jí)。該方法還包括使用自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路的多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)的控制時(shí)序，使用自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路在第一時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第一跨導(dǎo)級(jí)、使用自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路在第二時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第二跨導(dǎo)級(jí)和使用自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路在第三時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第三跨導(dǎo)級(jí)。第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間間隔和第三時(shí)間間隔是錯(cuò)開(kāi)時(shí)間的。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施方案中，自動(dòng)調(diào)零放大器包括配置成接收差分輸入電壓的差分輸入電壓端和包括第一跨導(dǎo)級(jí)、第二跨導(dǎo)級(jí)和第三跨導(dǎo)級(jí)的多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)。自動(dòng)調(diào)零放大器還包括被配置為控制多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)中的自動(dòng)調(diào)零序列的自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路。自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路被配置成在第一時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第一跨導(dǎo)級(jí)、在第二時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第二跨導(dǎo)級(jí)和在第三時(shí)間間隔期間自動(dòng)調(diào)零第三跨導(dǎo)級(jí)。第一時(shí)間間隔、第二時(shí)間間隔和第三時(shí)間間隔是不同的時(shí)間間隔。在自動(dòng)調(diào)零放大器的操作期間多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)中的至少一個(gè)跨導(dǎo)級(jí)被配置為在任何給定時(shí)間放大差分輸入電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是自動(dòng)調(diào)零放大器一個(gè)實(shí)施方案的示意框圖。
[0008]圖2A是自動(dòng)調(diào)零放大器另一個(gè)實(shí)施方案的示意框圖。
[0009]圖2B是用于圖2A的自動(dòng)調(diào)零放大器的示例時(shí)序圖。
[0010]圖3是自動(dòng)調(diào)零放大器另一個(gè)實(shí)施方案的示意框圖。
[0011]圖4A-4B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案示出跨導(dǎo)級(jí)兩個(gè)相位的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]某些實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的具體實(shí)施方案的各種描述。然而，本發(fā)明可以由權(quán)利要求書(shū)定義和涵蓋以許多不同方式體現(xiàn)。在本說(shuō)明書(shū)中可以參考附圖，其中類似的參考數(shù)字以指示相同或功能相似的元件。
[0013]對(duì)于某些應(yīng)用，如高精密的放大，具有低輸入失調(diào)和/或小閃爍(Ι/f)噪聲對(duì)于放大器是理想的。為了有助于實(shí)現(xiàn)低輸入失調(diào)和/或小閃爍噪聲，某些放大器可以使用自動(dòng)調(diào)零方案。
[0014]例如，在乒乓自動(dòng)調(diào)零方案中，放大器可以包括在自動(dòng)調(diào)零模式和放大模式操作之間交替的兩個(gè)放大級(jí)。例如，當(dāng)一個(gè)放大級(jí)從用于自動(dòng)調(diào)零的放大器信號(hào)路徑斷開(kāi)時(shí)，其他放大級(jí)可以提供放大，并且反之亦然。
[0015]雖然自動(dòng)調(diào)零能夠減少輸入失調(diào)，某些自動(dòng)調(diào)零技術(shù)具有許多缺點(diǎn)。例如，在乒乓自動(dòng)調(diào)零方案中，放大器可以包括兩個(gè)放大級(jí)，它們可以是彼此的副本。由于在一個(gè)時(shí)間里只有一個(gè)放大級(jí)提供放大，這樣的放大器可具有大約兩倍的功率消耗和/或區(qū)域相對(duì)于沒(méi)有進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零的提供相似量放大的放大器。此外，當(dāng)一個(gè)放大級(jí)從用于自動(dòng)調(diào)零的信號(hào)路徑斷開(kāi)并且另一個(gè)重新連接到用于放大的信號(hào)路徑中，相對(duì)大的干擾可以在信號(hào)路徑中引入。信號(hào)路徑干擾可能導(dǎo)致輸出向下折疊在感興趣信號(hào)頻帶的毛刺和/或噪聲。
[0016]本發(fā)明提供自動(dòng)調(diào)零放大器的裝置和方法。在某些配置中，自動(dòng)調(diào)零放大器包括至少三個(gè)跨導(dǎo)級(jí)，每個(gè)可操作在自動(dòng)調(diào)零模式或放大模式。自動(dòng)調(diào)零放大器還包括自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路，交錯(cuò)或交叉跨導(dǎo)級(jí)地自動(dòng)調(diào)零。例如，在某些配置中，當(dāng)跨導(dǎo)級(jí)在特定的時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)調(diào)零，剩余的跨導(dǎo)級(jí)并行操作以提供放大。例如，活躍在放大器信號(hào)路徑的跨導(dǎo)級(jí)可產(chǎn)生輸出電流，它可以被加在一起以產(chǎn)生相加的電流。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，該放大器還包括接收該相加電流的輸出級(jí)并且生成該放大器的輸出信號(hào)。
[0017]此處的自動(dòng)調(diào)零放大器可以有小的輸入失調(diào)和/或低閃爍噪聲。此外，本發(fā)明所描述的自動(dòng)調(diào)零放大方案相對(duì)于某些其他自動(dòng)調(diào)零技術(shù)可對(duì)放大器的尺寸、功耗和/或如乒乓自動(dòng)調(diào)零方案的放大特性有相對(duì)較小的影響。例如，本發(fā)明的教導(dǎo)可以被用于提供自動(dòng)調(diào)零放大器，其中在給定的時(shí)間內(nèi)放大電路的相對(duì)較少量被斷開(kāi)或重新連接到信號(hào)路徑，因此自動(dòng)調(diào)零放大器可具有相對(duì)小的輸出毛刺和/或噪聲。
[0018]此外，相對(duì)于乒乓自動(dòng)調(diào)零放大器其中自動(dòng)調(diào)零電路可以加倍放大器的尺寸和/或功耗，本發(fā)明所描述的自動(dòng)調(diào)零放大器可以提供對(duì)于放大器的面積和/或功率消耗影響相對(duì)較小的自動(dòng)調(diào)零。例如，在某些實(shí)現(xiàn)中，自動(dòng)調(diào)零放大器包括η個(gè)跨導(dǎo)級(jí)，其中η-1級(jí)在給定的時(shí)間內(nèi)提供信號(hào)放大并且自動(dòng)調(diào)零放大器相對(duì)于沒(méi)有自動(dòng)調(diào)零而提供類似的放大的放大器可以有大約η/(η-1)倍大的面積和/或功耗。
[0019]在某些實(shí)施方案中，自動(dòng)調(diào)零放大器還包括隨機(jī)電路被配置成跨導(dǎo)級(jí)被自動(dòng)調(diào)零時(shí)提供隨機(jī)或偽隨機(jī)的自動(dòng)調(diào)零序列。相對(duì)于自動(dòng)調(diào)零以循環(huán)或確定的方式實(shí)施的配置，配置自動(dòng)調(diào)零放大器隨機(jī)化自動(dòng)調(diào)零序列可以通過(guò)減少噪聲毛刺有助于增強(qiáng)放大器的性會(huì)K。
[0020]交錯(cuò)自動(dòng)調(diào)零的自動(dòng)調(diào)零放大器概述
[0021]圖1是示出自動(dòng)調(diào)零放大器10的一個(gè)實(shí)施方案的示意框圖。自動(dòng)調(diào)零放大器10包括第一跨導(dǎo)(Gm)級(jí)1、第二跨導(dǎo)級(jí)2、第三跨導(dǎo)級(jí)3、自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路5和輸出級(jí)6。所示的自動(dòng)調(diào)零放大器10包括輸出電壓端Vott和差動(dòng)輸入端包括第一或非反相輸入電壓端VIN+和第二或反相輸入電壓端V IN_。
[0022]在圖示的配置中，自動(dòng)調(diào)零放大器10可被用于放大非反相和反相輸入端電壓Vin+和VIN_之間的電壓差以產(chǎn)生在輸出電壓端Vott的輸出電壓。然而，其它配置是可能的，其中包括例如在放大器產(chǎn)生差分輸出電壓、單端輸出電流和/或差分輸出電流的配置。
[0023]雖然圖1示出了自動(dòng)調(diào)零放大器10包括3個(gè)跨導(dǎo)級(jí)，本發(fā)明的教導(dǎo)也適用于包括額外的跨導(dǎo)級(jí)的放大器，如四個(gè)或更多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)。
[0024]第一、第二和第三跨導(dǎo)級(jí)1-3可各自被用于產(chǎn)生根據(jù)非反相和反相輸入端電壓VIN+和VIN_之間的電壓差變化的輸出電流。當(dāng)多個(gè)跨導(dǎo)級(jí)是激活的并提供放大，激活的跨導(dǎo)級(jí)可以產(chǎn)生可以相加的輸出電流。
[0025]此外，在圖示的配置中，自動(dòng)調(diào)零放大器10包括輸出級(jí)6，它可以接收相加電流并且產(chǎn)生在輸出電壓端Vmjt的輸出電壓。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸出級(jí)6可包括跨阻放大電路。然而，其他配置也是可能的。
[0026]放大器不期望具有輸入失調(diào)電壓。如本發(fā)明所使用的，放大器的輸入失調(diào)電壓可以指對(duì)應(yīng)于約零的輸出電壓的在放大器輸入端之間的直流電壓。缺少補(bǔ)償，輸入失調(diào)電壓會(huì)降低運(yùn)行性能。例如，當(dāng)放大器利用反饋連接時(shí)輸入失調(diào)電壓可導(dǎo)致有限的誤差電壓。
[0027]在圖示的配置中，自動(dòng)調(diào)零放大器10包括自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路5，它可以用于控制時(shí)間間隔在其上第一、第二和第三跨導(dǎo)級(jí)1-3被自動(dòng)調(diào)零以減少或消除輸入失調(diào)。雖然示出針對(duì)η = 3或η = 4的跨導(dǎo)級(jí)，本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)適用于具有寬范圍的數(shù)字η的值包括5、6等的自動(dòng)調(diào)零放大器。
[0028]自動(dòng)調(diào)零時(shí)序控制電路5可以用來(lái)控制第一、第二和第三跨導(dǎo)級(jí)1-3使得與自動(dòng)調(diào)零相關(guān)聯(lián)