專利名稱：開(kāi)關(guān)電容器放大器及其開(kāi)關(guān)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大模擬信號(hào)的開(kāi)關(guān)電容器放大器和開(kāi)關(guān)電容器放大器的開(kāi)關(guān)控制 方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)電容器放大器的操作原理是根據(jù)操作時(shí)鐘很大地改變電路結(jié)構(gòu)。因此，電荷 經(jīng)常流動(dòng)進(jìn)入電路中的節(jié)點(diǎn)，或者經(jīng)常連接具有不同電壓的節(jié)點(diǎn)。此種變化對(duì)理想的操作 狀態(tài)引起干擾，其中斷正常的電路操作，或者對(duì)信號(hào)輸出引起扭曲并且降低精確度。因此， 應(yīng)消除干擾因素或者應(yīng)減少干擾效應(yīng)。例如，圖5A是用于描述在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 5-243857的圖7中公 布的開(kāi)關(guān)電容器放大器中的問(wèn)題的電路圖。開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl包括輸入端子IN、輸出端 子OUT、普通的差分輸入和單輸出型運(yùn)算放大器0A1、輸入電容器C11、反饋電容器C12、開(kāi)關(guān) Sll至S15、以及基準(zhǔn)電壓生成器XII?；鶞?zhǔn)電壓生成器Xll生成基準(zhǔn)電壓VR。開(kāi)關(guān)電容器 放大器Xl將輸入電壓Vin和基準(zhǔn)電壓VR之間的差放大到輸出電壓Vout。在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 5-243857的圖7中，開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl的 基準(zhǔn)電壓VR被描述為接地。然而，如果作為輸入和輸出電壓Vin和Vout的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)電 壓VR具有接地電壓，交流電流信號(hào)不能夠被用作輸入和輸出電壓。因此，在實(shí)際電子電路 裝置中廣泛使用的單電源電路中，電源電壓VDD和接地電壓之間的中間電壓(VDD/2)經(jīng)常 被選擇為基準(zhǔn)電壓VR。通過(guò)選擇VDD/2作為VR，原則上能夠獲得作為輸入和輸出電壓的交 流電流信號(hào)幅度的最大值。圖5B是用于描述在圖5A中所示的開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中的基準(zhǔn)電壓生成器Xll 的具體示例的電路圖。在圖5B中，通過(guò)具有相同電阻值的兩個(gè)電阻器R分壓電源電壓VDD 和接地電壓以生成基準(zhǔn)電壓VR = VDD/2。在圖5A中，為了進(jìn)行一般地分析，電路被描述為 使用內(nèi)電阻器r和生成基準(zhǔn)電壓VR的電壓電源的等效電路。注意的是，提供旁通電容器 Cp,以防止基準(zhǔn)電壓VR的不穩(wěn)定。將圖5B中的示例情況應(yīng)用于圖5A，獲得基準(zhǔn)電壓VR = VDD/2和內(nèi)電阻r = R/2。現(xiàn)在參考圖6A和圖6B，將會(huì)描述如圖5A中所示的開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl的操作。 例如，通過(guò)操作時(shí)鐘，在離散時(shí)間將開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl的開(kāi)關(guān)Sll至S15接通或者斷開(kāi)。 更加具體地，例如，當(dāng)時(shí)鐘處于H狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)S11、S13以及S15被接通(采樣階段(phase) f 1)，并且例如，當(dāng)時(shí)鐘處于L狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)S12和S14被接通(保持階段f2)。在采樣階段 f 1和保持階段f2處于接通的開(kāi)關(guān)彼此不同。更加具體地，如果開(kāi)關(guān)交替地接通使其彼此不 重疊就已經(jīng)足夠了，并且當(dāng)時(shí)鐘處于H狀態(tài)或者L狀態(tài)時(shí)哪一個(gè)開(kāi)關(guān)被接通不重要。替選 地，還有可能的是，當(dāng)時(shí)鐘處于H狀態(tài)時(shí)兩種開(kāi)關(guān)都被接通，并且通過(guò)兩相時(shí)鐘控制開(kāi)關(guān)， 其中，每個(gè)H狀態(tài)的時(shí)間彼此不重疊。還有可能的是，利用兩相時(shí)鐘，開(kāi)關(guān)處于接通的時(shí)鐘 狀態(tài)處于L中。圖6A示出在保持階段f2中的開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl的連接，并且圖6B示出采樣
4階段fl中的連接。在圖6A和圖6B中省略了開(kāi)關(guān)，使得清楚地示出連接關(guān)系。如圖5A和圖6B中所示，在采樣階段fl中僅開(kāi)關(guān)Sll、S13、以及S15被接通。在 這樣的情況下，輸入電壓Vin被施加給輸入電容器Cll的一端。此外，輸出端子OUT和運(yùn)算 放大器OAl的負(fù)輸入端子被連接，并且反饋電容器C12被連接在節(jié)點(diǎn)N2和施加了基準(zhǔn)電壓 VR的節(jié)點(diǎn)m之間。總之，運(yùn)算放大器OAl形成電壓跟隨器。通常，運(yùn)算放大器在正輸入和負(fù)輸入之間具有偏置電壓Vos。偏置電壓Vos是由 電路構(gòu)造、制造中的變化、操作溫度、電源電壓等等支配的獨(dú)特的差分電壓。當(dāng)運(yùn)算放大器 OAl形成電壓跟隨器時(shí)，在開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中正輸入處的電壓是VR，并且負(fù)輸入處的 電壓是(VR-Vos)。另一方面，如圖5A和圖6A中所示，在保持階段f2中，僅開(kāi)關(guān)S12和S14被接通。 在這樣的情況下，基準(zhǔn)電壓VR被施加于輸入電容器Cll的一端，并且反饋電容器C12被連 接在運(yùn)算放大器OAl的輸出和負(fù)輸入之間。因?yàn)椴蓸与A段fl和保持階段f2的時(shí)間不重疊， 在采樣階段Π和保持階段f2中保存反饋電容器C12和輸入電容器Cll (輸入電容器的電 容值還被稱為C11，在下文中同樣)的電荷。在這樣的情況下，處于節(jié)點(diǎn)N2處的電荷保存等 式如下面的等式(1)中所示。{Vin- (VR-Vos)} · Cll+Vos · C12 = Vos · Cl l+{Vout-(VR-Vos)} · C12 ... (1)對(duì)等式⑴求解，獲得下面的等式⑵。(Vin-VR) · Cll = (Vout-VR) · C12
Cl 1.·. .·. Vout-VR = ^· (Vin -VR) …(2)簡(jiǎn)言之，在沒(méi)有受到運(yùn)算放大器OAl的偏置電壓Vos的影響的情況下，開(kāi)關(guān)電容器 放大器Xl將輸入電壓Vin放大到輸出電壓Vout。在這里，通過(guò)電容比(C11/CU)確定放大比率。

發(fā)明內(nèi)容
然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題在圖5A中所示的開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中，根 據(jù)電路操作，通過(guò)開(kāi)關(guān)的翻轉(zhuǎn)對(duì)基準(zhǔn)電壓VR存在顯著的干擾效應(yīng)。如果基準(zhǔn)電壓VR被影 響，那么輸出電壓Vout的精確度最終被降低。將會(huì)參考圖6A和圖6B描述此問(wèn)題的原因。為了使分析簡(jiǎn)單，假定偏置電壓Vos 理想地等于零，并且在運(yùn)算放大器OAl中不存在響應(yīng)的延遲時(shí)間。由于這里的目的是為了 分析開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中的基準(zhǔn)電壓VR，所以這些近似值沒(méi)有引起誤差。當(dāng)通過(guò)Vl和 V2分別表示運(yùn)算放大器OAl的正輸入端子和負(fù)輸入端子處的電壓時(shí)，始終滿足Vl = V2。在如圖6A中所示在保持階段f2中，與時(shí)間常數(shù)r WCp-CU)相比足夠長(zhǎng)的時(shí)間已 經(jīng)流逝之后，VR被給定為Vl = VR0然后，就在變成如圖6B中所示的采樣階段fl之后，即 在開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中僅開(kāi)關(guān)S11、S13以及S15被關(guān)閉之后的與時(shí)間常數(shù)r*(Cp+C12) 相比足夠短的時(shí)間內(nèi)，VR被給定為Vl興VR。在兩種狀態(tài)下，準(zhǔn)予保存反饋電容器C12和旁 通電容器Cp的總電荷，因此建立下面的電荷保存等式(3)。C12 · (Vout-VR) +Cp · VR = C12 · (Vl-Vl)+Cp · VlC12 · (Vout-VR) +Cp · VR = Cp · Vl ... (3)
在等式(3)中，左側(cè)示出圖6A中所示的狀態(tài)，并且右側(cè)示出圖6B中所示的狀態(tài)。 因此，獲得下面的等式G)。
Γ 2.·. -'.Vl = VR^(Vout-VR)…⑷從等式中，如果滿足Cp>>C12，即使在變成圖6B的采樣階段fl之后也建 立V1 =VR，并且能夠忽略干擾效應(yīng)。然而，如果在要被減少尺寸的LSI上實(shí)現(xiàn)整個(gè)開(kāi)關(guān)電 容器放大器XI，則因?yàn)長(zhǎng)SI上的電容取決于其占據(jù)的面積，所以滿足Cp >> C12是不現(xiàn)實(shí) 的。此外，因?yàn)檩敵鲭妷篤out是可變輸入電壓Vin的被放大的結(jié)果，則不能始終滿足Vout = VR0因此，在圖5A中的開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中，根據(jù)電路操作，由開(kāi)關(guān)翻轉(zhuǎn)而出現(xiàn)的對(duì) 基準(zhǔn)電壓VR的干擾效應(yīng)大。另一方面，僅僅就在變成圖6B中所示的采樣階段fl之后的與時(shí)間常數(shù) r · (Cp+C12)相比非常短的時(shí)間內(nèi)，滿足等式G)。因此在圖6B的采樣階段fl中，在與時(shí) 間常數(shù)r · (Cp+C12)相比充分長(zhǎng)的時(shí)間流逝之后，干擾效應(yīng)將會(huì)較小。然而，r的值必須非常大，例如通常與IMO—樣大，以減少在電路中消耗的電流。即 使當(dāng)(Cp+C12)的值僅僅是IpF時(shí)，時(shí)間常數(shù)r*(Cp+C12)也有1 μ s長(zhǎng)?，F(xiàn)在，為了避免時(shí) 間常數(shù)的影響，圖6B中所示的采樣階段fl處的電路需要被保持是時(shí)間常數(shù)r · (Cp+C12) 的數(shù)倍的時(shí)間，以等待電路中的瞬態(tài)響應(yīng)的收斂。這意味著開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl不能以大 約IOOkHz或者更大的開(kāi)關(guān)速度進(jìn)行工作。因此，因?yàn)殡娐返牟僮魉俣葲](méi)有達(dá)到當(dāng)前所需要 的速度，所以適用的應(yīng)用范圍受到極大的限制。因此，等待電路中的瞬態(tài)響應(yīng)的收斂的所述 方法對(duì)于避免對(duì)基準(zhǔn)電壓VR的干擾效應(yīng)而言不是有效的。本發(fā)明的第一示例性方面是開(kāi)關(guān)電容器放大器，其包括運(yùn)算放大器；基準(zhǔn)信號(hào) 生成器，該基準(zhǔn)信號(hào)生成器生成被提供給運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)信號(hào)；第一輸入電容器，該第一 輸入電容器被連接至運(yùn)算放大器的第一輸入端子；第一輸入開(kāi)關(guān)，該第一輸入開(kāi)關(guān)將第一 輸入信號(hào)饋送到第一輸入電容器；第一反饋電容器，該第一反饋電容器將來(lái)自于運(yùn)算放大 器的第一輸出端子的輸出信號(hào)饋送到第一輸入端子；第一反饋開(kāi)關(guān)，該第一反饋開(kāi)關(guān)被提 供在第一輸出端子和第一反饋電容器之間；以及第一重置開(kāi)關(guān)，該第一重置開(kāi)關(guān)對(duì)被保存 在第一反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置。本發(fā)明的實(shí)施例的第二示例性方面是開(kāi)關(guān)電容器放大器的開(kāi)關(guān)控制方法，該開(kāi)關(guān) 電容器放大器包括運(yùn)算放大器；基準(zhǔn)信號(hào)生成器，該基準(zhǔn)信號(hào)生成器生成被提供給運(yùn)算 放大器的基準(zhǔn)信號(hào)；輸入電容器，該輸入電容器被連接至運(yùn)算放大器的輸入端子；輸入開(kāi) 關(guān)，該輸入開(kāi)關(guān)將輸入信號(hào)饋送到輸入電容器；反饋電容器，該反饋電容器將從運(yùn)算放大器 的輸出端子輸出的輸出信號(hào)饋送到輸入端子；反饋開(kāi)關(guān)，該反饋開(kāi)關(guān)被提供在輸出端子和 反饋電容器之間；以及重置開(kāi)關(guān)，該重置開(kāi)關(guān)對(duì)被保存在反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置，該 方法包括重復(fù)下述操作利用輸入開(kāi)關(guān)處于接通和重置開(kāi)關(guān)與反饋開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)對(duì)輸入信 號(hào)進(jìn)行采樣；在采樣之后，利用反饋開(kāi)關(guān)處于接通與重置開(kāi)關(guān)和輸入開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)對(duì)輸入 信號(hào)進(jìn)行保持；在保持之后，利用重置開(kāi)關(guān)處于接通與反饋開(kāi)關(guān)和輸入開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)對(duì)被 保存在反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置；以及在重置之后返回到采樣。通過(guò)具有重置被保存在反饋電容器中的電荷的重置開(kāi)關(guān)，根據(jù)開(kāi)關(guān)操作的基準(zhǔn)信號(hào)的影響能夠被減少到幾乎為零，從而能夠提供高速度和高精確度的開(kāi)關(guān)電容器放大器。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有高速度和高精確度的開(kāi)關(guān)電容器放大器。


結(jié)合附圖，從某些示例性實(shí)施例的以下描述中，以上和其它示例性方面、優(yōu)點(diǎn)和特 征將更加明顯，其中圖1是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路圖；圖2A是用于描述根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路 圖；圖2B是用于描述根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路 圖；圖2C是用于描述根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路 圖；圖3是根據(jù)第二示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路圖；圖4A是用于描述根據(jù)第二示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路 圖；圖4B是用于描述根據(jù)第二示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路 圖；圖4C是用于描述根據(jù)第二示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路 圖；圖5A是用于描述問(wèn)題的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路圖；圖5B是示出在圖5A中所示的開(kāi)關(guān)電容器放大器中的基準(zhǔn)電壓生成器的具體示例 的電路圖；圖6A是用于描述圖5A中所示的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路圖；以及圖6B是用于描述圖5A中所示的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路操作的電路圖。
具體實(shí)施例方式將會(huì)參考附圖詳細(xì)地描述應(yīng)用了本發(fā)明的具體示例性實(shí)施例。然而，應(yīng)注意的是， 本發(fā)明不限于下面討論的示例性實(shí)施例。為了清楚起見(jiàn)，適當(dāng)?shù)夭糠趾?jiǎn)化附圖和描述。(第一示例性實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器的電路圖。開(kāi)關(guān)電 容器放大器Xioo包括輸入端子IN、輸出端子OUT、普通的差分輸入和單輸出型運(yùn)算放大器 0A1、輸入電容器C11、反饋電容器C12、開(kāi)關(guān)Sll至S15和S21、以及基準(zhǔn)電壓生成器XII。基 準(zhǔn)電壓生成器Xll生成基準(zhǔn)電壓VR。開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO將輸入電壓Vin和基準(zhǔn)電壓 VR之間的差放大到輸出電壓Vout。如圖1中所示，運(yùn)算放大器OAl在電源(電源電壓VDD)到地的范圍內(nèi)進(jìn)行操作。 輸入電容器Cll的一端被連接至運(yùn)算放大器OAl的負(fù)輸入端子。輸入電容器Cll的另一端 被連接至輸入端子IN，通過(guò)開(kāi)關(guān)S15向所述輸入端子IN施加輸入電壓Vin。在采樣階段f 1 中，開(kāi)關(guān)S15被接通?？傊?，由輸入電容器Cll通過(guò)開(kāi)關(guān)S15采樣的輸入電壓Vin被施加于運(yùn)算放大器OAl的負(fù)輸入端子。另一方面，運(yùn)算放大器OAl的正輸入端子被連接至節(jié)點(diǎn)m處的基準(zhǔn)電壓生成器 XII?？傊苫鶞?zhǔn)電壓生成器Xll生成的基準(zhǔn)電壓VR被持續(xù)地施加于運(yùn)算放大器OAl的 正輸入端子。此外，開(kāi)關(guān)S14被提供在運(yùn)算放大器OAl的正輸入端子和連接開(kāi)關(guān)S15和輸 入電容器Cll的節(jié)點(diǎn)之間。在保持階段f2中，開(kāi)關(guān)S14被接通?，F(xiàn)在，如圖1中所示，為了一般地分析，基準(zhǔn)電壓生成器Xll被描述為使用內(nèi)電阻 器r和生成基準(zhǔn)電壓VR的電壓源的等效電路。在圖1中，提供旁路電容器Cp，以防止基準(zhǔn) 電壓VR的不穩(wěn)定。此外，可以采用圖5B中所示的電路構(gòu)造，來(lái)作為基準(zhǔn)電壓生成器Xll的 具體示例。運(yùn)算放大器OAl的輸出端子通過(guò)開(kāi)關(guān)S12被連接至反饋電容器C12的第一端。在 保持階段f2中，開(kāi)關(guān)S12被接通。反饋電容器C12的第二端被連接至節(jié)點(diǎn)N2處的運(yùn)算放 大器OAl的負(fù)輸入端子?？傊?，通過(guò)開(kāi)關(guān)S12，由反饋電容器C12耦合輸出電壓Vout，并且 將其反饋到運(yùn)算放大器OAl的負(fù)輸入端子。此外，運(yùn)算放大器OAl的輸出端子通過(guò)開(kāi)關(guān)Sll被連接至被布置在反饋電容器C12 的第二端與運(yùn)算放大器OAl的負(fù)輸入端子之間的節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)N2)。此外，反饋電容器C12的 第一端通過(guò)開(kāi)關(guān)S13被連接至被布置在開(kāi)關(guān)S14與運(yùn)算放大器OAl的正輸入端子之間的節(jié) 點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)附)。在采樣階段fl中，開(kāi)關(guān)Sll和S13被接通。在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO中，提供開(kāi)關(guān)S21，以短接反 饋電容器C12的兩端。在被設(shè)置在保持階段f2和采樣階段fl之間的重置階段f3中，開(kāi)關(guān) S21被接通。因此，對(duì)基準(zhǔn)電壓VR的干擾效應(yīng)能夠被減少大約為零?，F(xiàn)在參考圖1和圖2A至圖2C，將會(huì)描述開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO的操作。圖2A至 圖2C是用于描述根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO的電路操作的電路圖。 圖2A示出保持階段f2中的開(kāi)關(guān)的連接，圖2B示出在重置階段f3中的開(kāi)關(guān)的連接，并且圖 2C示出在采樣階段f 1中的開(kāi)關(guān)的連接。在圖2A至圖2C中，與圖6A和圖6B相類似地省略 開(kāi)關(guān)，從而清楚地示出連接關(guān)系。如圖1中所示，在保持階段f2中，僅開(kāi)關(guān)S12和S14被接通。圖2A示出此狀態(tài)。 在這樣的情況下，基準(zhǔn)電壓VR被施加于輸入電容器Cll的一端，并且反饋電容器C12被連 接在輸出端子OUT和運(yùn)算放大器OAl的負(fù)輸入端子之間。注意的是，圖2A具有與圖6A相 同的連接。在重置階段f3中，如圖1中所示，僅開(kāi)關(guān)S21被接通。圖2B示出此狀態(tài)。在這樣 的情況下，反饋電容器C12的兩端被短接。因此，在反饋電容器C12中保存的電荷變成零并
且將要被重置。在采樣階段fl中，如圖1中所示，僅開(kāi)關(guān)Sll、S13、以及S15被接通。圖2C示出 此狀態(tài)。在這樣的情況下，輸入電壓Vin被施加于輸入電容器Cll的一端。此外，輸出端子 OUT和運(yùn)算放大器OAl的負(fù)輸入端子在節(jié)點(diǎn)N2被短接，并且反饋電容器C12被連接在節(jié)點(diǎn) N2和具有被施加的基準(zhǔn)電壓VR的節(jié)點(diǎn)m之間。總之，運(yùn)算放大器OAl形成電壓跟隨器。 注意的是，圖2C具有與圖6B相同的連接。如圖6A和圖6B中所示，在開(kāi)關(guān)電容器放大器Xl中，采樣階段fl和保持階段f2 如H、f2、fl、f2……被交替地切換，電路與其一致地工作。另一方面，在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO中，作為新階段的重置階段f3被添加在保持階段f2與采樣 階段fl之間。總之，在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO中，采樣階段Π、保持 階段f2以及重置階段f3以彼此不重疊的方式，按照H、f2、f3、fl、f2、f3……的順序重復(fù)， 電路與其一致地工作。在保持階段f2中，僅開(kāi)關(guān)S12和S14被接通。與保持階段f2進(jìn)行 比較，在重置階段f3中，在開(kāi)關(guān)S12被斷開(kāi)之后開(kāi)關(guān)S21被接通。開(kāi)關(guān)S14可以保持接通， 或者可以被切換到斷開(kāi)。在采樣階段Π開(kāi)始之前開(kāi)關(guān)S21需要保持為斷開(kāi)。同樣，在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO中，為輸入和輸出電壓 Vin和Vout建立等式( 。因此，在沒(méi)有受到運(yùn)算放大器OAl的偏置電壓Vos的影響的情 況下，輸入電壓Vin被放大到輸出電壓Vout。在這里，通過(guò)電容比(C11/C12)確定放大比 率。此外，而且在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO中，建立等式(3) 的電荷保存等式。在第一示例性實(shí)施例中，在采樣階段π之前提供重置階段f3。因此，給 定等式(3)的左側(cè)中的一項(xiàng)，C12 · (Vout-VR) = 0。通過(guò)將它應(yīng)用于等式(3)，將會(huì)獲得下 一個(gè)等式(5)。Vl = VR- (5)因此，從等式(5)中可以理解，由于根據(jù)電路操作的開(kāi)關(guān)的翻轉(zhuǎn)，對(duì)作為輸入和輸 出電壓Vin和Vout的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓VR不存在干擾效應(yīng)。對(duì)階段(采樣階段f 1、保持階段f2、重置階段進(jìn)行略述，以獲得電路操作的概 述，在所述階段中，對(duì)于開(kāi)關(guān)電容器放大器XlOO的電路圖，各個(gè)開(kāi)關(guān)應(yīng)為如圖1中所示地接 通。為了更加精確地進(jìn)行操作，例如，優(yōu)選地如表1中所示更加明確地控制所有的開(kāi)關(guān)Sll 至S15，以及S21。在表1中，“ON”表達(dá)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)被接通。另一方面，“_”表示相應(yīng)的開(kāi)關(guān) 被斷開(kāi)。操作時(shí)間按照tl、t2、t3、t4、……、t9、tlO的順序流逝。然后，在操作時(shí)間til 時(shí)狀態(tài)返回到與tl相同的狀態(tài)。簡(jiǎn)言之，tl至tlO的一個(gè)周期被重復(fù)。表 1
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權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)電容器放大器，包括 運(yùn)算放大器；基準(zhǔn)信號(hào)生成器，所述基準(zhǔn)信號(hào)生成器生成被提供給所述運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)信號(hào)； 第一輸入電容器，所述第一輸入電容器被連接至所述運(yùn)算放大器的第一輸入端子； 第一輸入開(kāi)關(guān)，所述第一輸入開(kāi)關(guān)將第一輸入信號(hào)饋送到所述第一輸入電容器； 第一反饋電容器，所述第一反饋電容器將來(lái)自于所述運(yùn)算放大器的第一輸出端子的輸 出信號(hào)饋送到所述第一輸入端子；第一反饋開(kāi)關(guān)，所述第一反饋開(kāi)關(guān)被提供在所述第一輸出端子和所述第一反饋電容器 之間；以及第一重置開(kāi)關(guān)，所述第一重置開(kāi)關(guān)對(duì)被保存在所述第一反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中，所述開(kāi)關(guān)電容器放大器通過(guò)以階 段彼此不重疊的方式對(duì)所述階段進(jìn)行重復(fù)來(lái)操作，所述階段按照下述順序進(jìn)行重復(fù)采樣階段，在所述采樣階段中所述第一輸入開(kāi)關(guān)被接通，并且所述第一反饋開(kāi)關(guān)和所 述第一重置開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，保持階段，在所述保持階段中所述第一反饋開(kāi)關(guān)被接通，并且所述第一輸入開(kāi)關(guān)和所 述第一重置開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，以及重置階段，在所述重置階段中所述第一重置開(kāi)關(guān)被接通，并且所述第一輸入開(kāi)關(guān)和所 述第一反饋開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)生成器包括旁通電 容器，所述旁通電容器減小所述基準(zhǔn)信號(hào)的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)是電源電勢(shì)和接地 電勢(shì)之間的中間電勢(shì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中，所述第一重置開(kāi)關(guān)被接通，從而短 接所述第一反饋電容器的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中，所述運(yùn)算放大器的第二輸入端子 被提供有所述基準(zhǔn)信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中 所述運(yùn)算放大器是差分輸入和差分輸出型，并且 所述開(kāi)關(guān)電容器放大器進(jìn)一步包括第二輸入電容器，所述第二輸入電容器被連接至所述運(yùn)算放大器的第二輸入端子； 第二輸入開(kāi)關(guān)，所述第二輸入開(kāi)關(guān)將第二輸入信號(hào)饋送到所述第二輸入電容器； 第二反饋電容器，所述第二反饋電容器將來(lái)自于所述運(yùn)算放大器的第二輸出端子的輸 出信號(hào)饋送到所述第二輸入端子；第二反饋開(kāi)關(guān)，所述第二反饋開(kāi)關(guān)被提供在所述第二輸出端子和所述第二反饋電容器 之間；以及第二重置開(kāi)關(guān)，所述第二重置開(kāi)關(guān)對(duì)被保存在所述第二反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開(kāi)關(guān)電容器放大器，其中所述第一反饋電容器的一端通過(guò)所述第一重置開(kāi)關(guān)處于接通而被連接至電源，并且 所述第二反饋電容器的一端通過(guò)所述第二重置開(kāi)關(guān)處于接通而被連接至地。
9. 一種開(kāi)關(guān)電容器放大器的開(kāi)關(guān)控制方法，所述開(kāi)關(guān)電容器放大器包括 運(yùn)算放大器；基準(zhǔn)信號(hào)生成器，所述基準(zhǔn)信號(hào)生成器生成被提供給所述運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)信號(hào)； 輸入電容器，所述輸入電容器被連接至所述運(yùn)算放大器的輸入端子； 輸入開(kāi)關(guān)，所述輸入開(kāi)關(guān)將輸入信號(hào)饋送到所述輸入電容器； 反饋電容器，所述反饋電容器將從所述運(yùn)算放大器的輸出端子輸出的輸出信號(hào)饋送到 所述輸入端子；反饋開(kāi)關(guān)，所述反饋開(kāi)關(guān)被提供在所述輸出端子和所述反饋電容器之間；以及 重置開(kāi)關(guān)，所述重置開(kāi)關(guān)對(duì)被保存在所述反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置，所述方法包 括重復(fù)下述操作利用所述輸入開(kāi)關(guān)處于接通以及所述反饋開(kāi)關(guān)和所述重置開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)對(duì)所述輸入 信號(hào)進(jìn)行采樣；在所述采樣之后，利用所述反饋開(kāi)關(guān)處于接通以及所述輸入開(kāi)關(guān)和所述重置開(kāi)關(guān)處于 斷開(kāi)對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行保持；在所述保持之后，利用所述重置開(kāi)關(guān)處于接通以及所述輸入開(kāi)關(guān)和所述反饋開(kāi)關(guān)處于 斷開(kāi)對(duì)被保存在所述反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置；以及 在所述重置之后返回到所述采樣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種開(kāi)關(guān)電容器放大器及其開(kāi)關(guān)控制方法。開(kāi)關(guān)電容器放大器包括運(yùn)算放大器；基準(zhǔn)信號(hào)生成器，該基準(zhǔn)信號(hào)生成器生成被提供給運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)信號(hào)；第一輸入電容器，該第一輸入電容器被連接至運(yùn)算放大器的第一輸入端子；第一輸入開(kāi)關(guān)，該第一輸入開(kāi)關(guān)將第一輸入信號(hào)饋送到第一輸入電容器；第一反饋電容器，該第一反饋電容器將來(lái)自于運(yùn)算放大器的第一輸出端子的輸出信號(hào)饋送到第一輸入端子；第一反饋開(kāi)關(guān)，該第一反饋開(kāi)關(guān)被提供在第一輸出端子和第一反饋電容器之間；以及第一重置開(kāi)關(guān)，該第一重置開(kāi)關(guān)對(duì)被保存在第一反饋電容器中的電荷進(jìn)行重置。
文檔編號(hào)G11C27/02GK102082554SQ200910246400
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者湯淺太刀男, 榮磊 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社