本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種信號(hào)放大電路。

背景技術(shù)：

MEMS加速度計(jì)就是使用MEMS技術(shù)制造的加速度計(jì)，具有體積小、重量輕和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于振動(dòng)檢測(cè)、方位檢測(cè)、消費(fèi)應(yīng)用、動(dòng)作識(shí)別等領(lǐng)域。

壓阻式的加速度計(jì)利用PZT(壓電陶瓷)的壓電效應(yīng)制成。當(dāng)PZT受到壓力時(shí)，它的電阻值發(fā)生變化。通過(guò)將壓電電阻橋式連接，把電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，通過(guò)檢測(cè)、放大和修正，然后輸出和加速度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。

加速度計(jì)感應(yīng)輸出的電壓信號(hào)一般在幾個(gè)毫伏或是幾十毫伏，非常微弱。如果直接輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)，則輸出動(dòng)態(tài)范圍低、精度下降。因此，必須經(jīng)過(guò)放大后再輸入到ADC，最終得到與感應(yīng)電壓對(duì)應(yīng)的精確的數(shù)字信號(hào)。

傳統(tǒng)加速度計(jì)模擬前端(讀出電路)一般由放大電路和ADC組成，控制時(shí)鐘的諧波頻率的噪聲會(huì)引入系統(tǒng)，同時(shí)由于環(huán)境中存在很多低頻噪聲(比如聲音信號(hào))，如果不濾除也會(huì)影響到檢測(cè)的加速度信號(hào)。如果引入濾波電路，則濾波電容所用到的電阻和電容導(dǎo)致芯片面積過(guò)大。

傳感器在信號(hào)處理過(guò)程中，一直處于工作狀態(tài)，導(dǎo)致功耗較大。

前端放大電路沒(méi)有去除低頻1/f噪聲和輸入偏移電壓(offset)，或是采用含有大電容的自動(dòng)歸零技術(shù)(Auto-Zero)和相關(guān)采樣技術(shù)(CDS)的緩沖電路，導(dǎo)致電路面積大，不容易集成。

放大電路本身的1/f噪聲和輸入偏移電壓(offset)同樣被放大與信號(hào)相同的比例，信噪比下降，動(dòng)態(tài)性能降低。放大電路固定的增益，對(duì)于傳感器不同的量程，小信號(hào)分辨率不夠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于傳統(tǒng)加速度計(jì)讀出電路面積大、功耗高、噪聲抑制效果差、固定增益至少其中一種缺點(diǎn)，有必要提供一種信號(hào)放大電路，該信號(hào)放大電路具有面積小、功耗低、噪聲抑制效果好、可變?cè)鲆娴膬?yōu)點(diǎn)。

一種信號(hào)放大電路，包括低通濾波電路、緩沖電路、開(kāi)關(guān)電容積分電路和信號(hào)開(kāi)關(guān)；

所述低通濾波電路包括第一輸入端、第二輸入端、第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第一變阻器、第二變阻器、第一電容、第二電容，第一輸出端和第二輸出端；第一輸入端通過(guò)第一開(kāi)關(guān)、第一變阻器后與第一輸出端連接，第二輸入端通過(guò)第二開(kāi)關(guān)、第二變阻器后與第二輸出端連接，第一電容、第二電容極性相反的分別連接于第一輸出端和第二輸出端之間；

所述緩沖電路包括第三輸入端、第四輸入端、第一運(yùn)放、第二運(yùn)放、第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)、第五開(kāi)關(guān)、第六開(kāi)關(guān)、第七開(kāi)關(guān)、第八開(kāi)關(guān)、第九開(kāi)關(guān)、第十開(kāi)關(guān)、第十一開(kāi)關(guān)、第十二開(kāi)關(guān)、第十三開(kāi)關(guān)、第十四開(kāi)關(guān)，第三輸出端和第四輸出端；第三輸入端通過(guò)第三開(kāi)關(guān)連接第一運(yùn)放的輸入正端，第三輸入端通過(guò)第四開(kāi)關(guān)連接第一運(yùn)放的輸入負(fù)端，第一運(yùn)放的輸出正端通過(guò)第五開(kāi)關(guān)連接第三輸出端，第一運(yùn)放的輸出負(fù)端通過(guò)第六開(kāi)關(guān)連接第三輸出端，第一運(yùn)放的輸入正端通過(guò)第七開(kāi)關(guān)連接第一運(yùn)放的輸出負(fù)端，第一運(yùn)放的輸入負(fù)端通過(guò)第八開(kāi)關(guān)連接第一運(yùn)放的輸出正端；第四輸入端通過(guò)第九開(kāi)關(guān)連接第二運(yùn)放的輸入正端，第四輸入端通過(guò)第十開(kāi)關(guān)連接第二運(yùn)放的輸入負(fù)端，第二運(yùn)放的輸出正端通過(guò)第十一開(kāi)關(guān)連接第四輸出端，第二運(yùn)放的輸出負(fù)端通過(guò)第十二開(kāi)關(guān)連接第四輸出端，第二運(yùn)放的輸入正端通過(guò)第十三開(kāi)關(guān)連接第二運(yùn)放的輸出負(fù)端，第二運(yùn)放的輸入負(fù)端通過(guò)第十四開(kāi)關(guān)連接第二運(yùn)放的輸出正端；

所述開(kāi)關(guān)電容積分電路包括第五輸入端、第六輸入端、第三運(yùn)放、第一開(kāi)關(guān)電容模塊、第二開(kāi)關(guān)電容模塊、第三開(kāi)關(guān)電容模塊、第四開(kāi)關(guān)電容模塊、第一電容模塊、第二電容模塊、第一斬波調(diào)制器、第二斬波調(diào)制器、第三斬波調(diào)制器、第五輸出端和第六輸出端；每個(gè)所述開(kāi)關(guān)電容模塊包括電容和至少四個(gè)開(kāi)關(guān)且形成開(kāi)關(guān)電容結(jié)構(gòu)；每個(gè)所述電容模塊包括可調(diào)電容和至少一個(gè)開(kāi)關(guān)且 電容和開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；每個(gè)所述斬波調(diào)制器包括至少四個(gè)開(kāi)關(guān)且形成斬波調(diào)制結(jié)構(gòu)；所述第五輸入端依次通過(guò)第一開(kāi)關(guān)電容模塊、第一斬波調(diào)制器連接第三運(yùn)放的輸入正端，所述第六輸入端依次通過(guò)第二開(kāi)關(guān)電容模塊、第一斬波調(diào)制器連接第三運(yùn)放的輸入負(fù)端；第三運(yùn)放的輸入正端依次通過(guò)第二斬波調(diào)制器、第一電容模塊連接第五輸出端，第三運(yùn)放的輸入負(fù)端依次通過(guò)第二斬波調(diào)制器、第二電容模塊連接第六輸出端；第三運(yùn)放的輸入正端通過(guò)第三開(kāi)關(guān)電容模塊連接第五輸出端，第三運(yùn)放的輸入負(fù)端通過(guò)第四開(kāi)關(guān)電容模塊連接第六輸出端；第三運(yùn)放的輸出正端通過(guò)第三斬波調(diào)制器連接第六輸出端，第三運(yùn)放的輸出負(fù)端通過(guò)第三斬波調(diào)制器連接第五輸出端；

所述信號(hào)開(kāi)關(guān)用于控制放大前的電壓信號(hào)的通斷；第一輸入端和第二輸入端輸入放大前的電壓信號(hào)，第一輸出端連接第三輸入端，第二輸出端連接第四輸入端，第三輸出端連接第五輸入端，第四輸出端連接第六輸入端，第五輸出端和第六輸出端輸出放大后的電壓信號(hào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)電容模塊包括電容和四個(gè)控制開(kāi)關(guān)，電容的第一極板通過(guò)所述四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之一連接開(kāi)關(guān)電容模塊的輸入端，所述電容的第一極板還通過(guò)所述四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之二接地；電容的第二極板通過(guò)所述四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之三連接開(kāi)關(guān)電容模塊的輸出端，所述電容的第二極板還通過(guò)所述四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之四接地。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一開(kāi)關(guān)電容模塊和第二開(kāi)關(guān)電容模塊中的電容為可調(diào)電容。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第一連接開(kāi)關(guān)、第二連接開(kāi)關(guān)、第三連接開(kāi)關(guān)和第四連接開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)電容模塊中的電容兩端分別通過(guò)第一連接開(kāi)關(guān)、第二連接開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接第三開(kāi)關(guān)電容模塊中的電容，第二開(kāi)關(guān)電容模塊中的電容兩端分別通過(guò)第三連接開(kāi)關(guān)、第四連接開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接第四開(kāi)關(guān)電容模塊中的電容。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述可調(diào)電容包括多個(gè)電容和多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述可調(diào)電容中的單個(gè)電容和單個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)成電容支路，所有電容支路并聯(lián)連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電容模塊中的可調(diào)電容中的開(kāi)關(guān)靠近所述電容 模塊的輸入端，所述第一開(kāi)關(guān)電容模塊的可調(diào)電容中的開(kāi)關(guān)靠近所述第一開(kāi)關(guān)電容模塊的輸出端，所述第二開(kāi)關(guān)電容模塊的可調(diào)電容中的開(kāi)關(guān)靠近所述第二開(kāi)關(guān)電容模塊的輸出端。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述斬波調(diào)制器包括四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)；斬波調(diào)制器的輸入端之一通過(guò)所述四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之一連接斬波調(diào)制器的輸出端之一，斬波調(diào)制器的輸入端之一通過(guò)所述四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之二連接斬波調(diào)制器的輸出端之二，斬波調(diào)制器的輸入端之二通過(guò)所述四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之三連接斬波調(diào)制器的輸出端之二，斬波調(diào)制器的輸入端之二通過(guò)所述四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之四連接斬波調(diào)制器的輸出端之一。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括傳感器，所述傳感器通過(guò)信號(hào)開(kāi)關(guān)接地，所述傳感器還連接所述低通濾波電路的第一輸入端和第二輸入端并利用自身電阻變化輸出差動(dòng)輸出電壓作為放大前的電壓信號(hào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述傳感器是由采用壓敏電阻元件的惠斯通電橋電路構(gòu)成的加速度傳感器。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所有所述開(kāi)關(guān)皆為半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)，并通過(guò)多組開(kāi)關(guān)信號(hào)控制。

上述信號(hào)放大電路，可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)信號(hào)、第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉將電路的工作狀態(tài)分割，既節(jié)省了功耗又實(shí)現(xiàn)了在同樣大小的電阻和電容情況下得到很低帶寬，不僅帶寬靈活可控，同時(shí)節(jié)省面積和功耗，而且噪聲抑制更好。選擇可調(diào)電阻加大帶寬可調(diào)范圍，使得對(duì)于不同量程的小信號(hào)也擁有足夠的分辨率。第一電容、第二電容極性相反的分別連接于第一輸出端和第二輸出端之間，能有效抑制版圖設(shè)計(jì)中引入的噪聲。

由兩個(gè)運(yùn)算放大器(第一運(yùn)放和第二運(yùn)放)構(gòu)成差分緩沖電路，保證后級(jí)放大電路采樣多次也不影響濾波電容上存儲(chǔ)的電荷。緩沖電路的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用斬波技術(shù)(chopping)，通過(guò)控制緩沖電路中開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉可以去除1/f噪聲和輸入偏移電壓(offset)。而且避免了使用電容，減小芯片面積，噪聲更小。

開(kāi)關(guān)電容積分電路，通過(guò)控制電路中的開(kāi)關(guān)的閉合，主要采用斬波技術(shù)(chopping)和自動(dòng)歸零技術(shù)(Auto-Zero)去除放大器輸入偏移電壓(offset) 和減小1/f噪聲，同時(shí)除了可以改變積分周期實(shí)現(xiàn)增益變化，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸入輸出電容比實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)，對(duì)微弱信號(hào)的噪聲抑制更好。輸入電容和輸出電容比增加，放大倍數(shù)增加，不受工藝變化的影響也不受工作電壓和溫度的影響，解決不同量程需要不同放大倍數(shù)問(wèn)題，提高微弱信號(hào)的分辨率。

附圖說(shuō)明

圖1是信號(hào)放大電路的模塊示意圖；

圖2是傳感器和低通濾波電路連接示意圖；

圖3是信號(hào)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)、第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)的時(shí)序示意圖；

圖4是緩沖電路的示意圖；

圖5是緩沖電路中開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和輸出信號(hào)的時(shí)序示意圖；

圖6是開(kāi)關(guān)電容積分電路的示意圖；

圖7是開(kāi)關(guān)電容積分電路中各信號(hào)的時(shí)序示意圖；

圖8是第一開(kāi)關(guān)電容模塊或第二開(kāi)關(guān)電容模塊中的可調(diào)電容示意圖；

圖9是第一電容模塊或第二電容模塊中的可調(diào)電容示意圖；

圖10是第一斬波調(diào)制器的示意圖；

圖11是第二斬波調(diào)制器或第三斬波器的示意圖；

圖12～圖19為按照?qǐng)D7中各信號(hào)控制下的開(kāi)關(guān)電容積分電路的狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù) 語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

在以下描述中，所有開(kāi)關(guān)皆為半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)，并通過(guò)多組開(kāi)關(guān)信號(hào)控制，用符號(hào)Φ分別表示各開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

圖1是信號(hào)放大電路的模塊示意圖。

一種信號(hào)放大電路，包括低通濾波電路100、緩沖電路200、開(kāi)關(guān)電容積分電路300、傳感器400、信號(hào)開(kāi)關(guān)S、第一連接開(kāi)關(guān)S1、第二連接開(kāi)關(guān)S2、第三連接開(kāi)關(guān)S3和第四連接開(kāi)關(guān)S4，圖1并未示出第一連接開(kāi)關(guān)S1、第二連接開(kāi)關(guān)S2、第三連接開(kāi)關(guān)S3和第四連接開(kāi)關(guān)S4。

圖2是傳感器和低通濾波電路連接示意圖。

低通濾波電路100包括第一輸入端VIN1、第二輸入端VIN2、第一開(kāi)關(guān)M1、第二開(kāi)關(guān)M2、第一變阻器RF1、第二變阻器RF2、第一電容C1、第二電容C2，第一輸出端VO1和第二輸出端VO2。

第一輸入端VIN1通過(guò)第一開(kāi)關(guān)M1、第一變阻器后與第一輸出端VO1連接，第二輸入端VIN2通過(guò)第二開(kāi)關(guān)M2、第二變阻器后與第二輸出端VO2連接，第一電容C1、第二電容C2極性相反(上下兩極板相反)的分別連接于第一輸出端VO1和第二輸出端VO2之間。

離散系統(tǒng)中，通過(guò)開(kāi)關(guān)電容周期性采樣實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和放大信號(hào)，為了避免將控制時(shí)鐘的諧波頻率的噪聲引入系統(tǒng)，需要先使用抗混疊濾波器對(duì)信號(hào)濾波。同時(shí)由于環(huán)境中存在很多低頻噪聲，比如聲音信號(hào)，如果不濾除也會(huì)影響到檢測(cè)的加速度信號(hào)。所以檢測(cè)和放大信號(hào)前，通過(guò)低通濾波電路提高系統(tǒng)的分辨率。

圖3是信號(hào)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)、第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的時(shí)序示意圖。

信號(hào)開(kāi)關(guān)S的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φm，第一開(kāi)關(guān)M1和第二開(kāi)關(guān)M2的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)均為Φn。周期脈沖信號(hào)Φm、Φn分別控制傳感器400和低通濾波電路100的工作，即節(jié)省了功耗，又實(shí)現(xiàn)了在同樣大小電阻和電容情況下得到較低帶寬。Ts為信號(hào)開(kāi)關(guān)S在周期Tp內(nèi)的打開(kāi)時(shí)間，脈沖的占空比(Ts/Tp)影響實(shí)際的帶寬。占空比越低時(shí)，實(shí)現(xiàn)相同的帶寬所用的電阻和電容值越小，面積和功 耗就越小。

也可以將信號(hào)開(kāi)關(guān)S的打開(kāi)時(shí)間Ts分成N個(gè)小段，即N*Ts’＝Ts?？刂菩盘?hào)Φm的上升沿超前控制信號(hào)Φn上升沿Td，控制信號(hào)Φm的下降沿滯后控制信號(hào)Φn下降沿Td。帶寬由開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間Ts與周期時(shí)間Tp比決定。

第一變阻器RF1、第二變阻器RF2利用電阻的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)電阻值變化，改變?yōu)V波器的帶寬。第一電容C1、第二電容C2為兩個(gè)上下級(jí)板反接電容，容量可以相等，版圖中輸出差分端可以對(duì)稱(chēng)，利于共模噪聲抑制。

圖4是緩沖電路的示意圖。

緩沖電路200包括第三輸入端VIN3、第四輸入端VIN4、第一運(yùn)放A1、第二運(yùn)放A2、第三開(kāi)關(guān)M3、第四開(kāi)關(guān)M4、第五開(kāi)關(guān)M5、第六開(kāi)關(guān)M6、第七開(kāi)關(guān)M7、第八開(kāi)關(guān)M8、第九開(kāi)關(guān)M9、第十開(kāi)關(guān)M10、第十一開(kāi)關(guān)M11、第十二開(kāi)關(guān)M12、第十三開(kāi)關(guān)M13、第十四開(kāi)關(guān)M14，第三輸出端VO3和第四輸出端VO4。

第三輸入端VIN3通過(guò)第三開(kāi)關(guān)M3連接第一運(yùn)放A1的輸入正端，第三輸入端VIN3通過(guò)第四開(kāi)關(guān)M4連接第一運(yùn)放A1的輸入負(fù)端，第一運(yùn)放A1的輸出正端通過(guò)第五開(kāi)關(guān)M5連接第三輸出端VO3，第一運(yùn)放A1的輸出負(fù)端通過(guò)第六開(kāi)關(guān)M6連接第三輸出端VO3，第一運(yùn)放A1的輸入正端通過(guò)第七開(kāi)關(guān)M7連接第一運(yùn)放A1的輸出負(fù)端，第一運(yùn)放A1的輸入負(fù)端通過(guò)第八開(kāi)關(guān)M8連接第一運(yùn)放A1的輸出正端。

第四輸入端VIN4通過(guò)第九開(kāi)關(guān)M9連接第二運(yùn)放A2的輸入正端，第四輸入端VIN4通過(guò)第十開(kāi)關(guān)M10連接第二運(yùn)放A2的輸入負(fù)端，第二運(yùn)放A2的輸出正端通過(guò)第十一開(kāi)關(guān)M11連接第四輸出端VO4，第二運(yùn)放A2的輸出負(fù)端通過(guò)第十二開(kāi)關(guān)M12連接第四輸出端VO4，第二運(yùn)放A2的輸入正端通過(guò)第十三開(kāi)關(guān)M13連接第二運(yùn)放A2的輸出負(fù)端，第二運(yùn)放A2的輸入負(fù)端通過(guò)第十四開(kāi)關(guān)M14連接第二運(yùn)放A2的輸出正端。

圖5是緩沖電路中開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和輸出信號(hào)的時(shí)序示意圖。

第三開(kāi)關(guān)M3、第五開(kāi)關(guān)M5、第八開(kāi)關(guān)M8、第九開(kāi)關(guān)M9、第十一開(kāi)關(guān)M11、第十四開(kāi)關(guān)M14的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φ1，第四開(kāi)關(guān)M4、第六開(kāi)關(guān)M6、 第七開(kāi)關(guān)M7、第十開(kāi)關(guān)M10、第十二開(kāi)關(guān)M12、第十三開(kāi)關(guān)M13的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φ2，Φ1和Φ2為兩個(gè)反相非交疊(no-overlap)時(shí)鐘。兩個(gè)時(shí)鐘之間相互切換，信號(hào)在運(yùn)放的正輸入端與負(fù)輸入端之間相互切換，這是斬波(chopping)技術(shù)的一種特例。

Vos1和Vos2表示運(yùn)放低頻的1/f噪聲和offset，如圖5被高頻的chopping時(shí)鐘調(diào)制到高頻，VO為與Φ1頻率相同的周期信號(hào)，信號(hào)的直流分量為VIN，信號(hào)幅度為Vos1-Vos2。后級(jí)放大電路(開(kāi)關(guān)電容積分電路300)通過(guò)對(duì)VOUT積分就可以去除Vos1和Vos2，實(shí)現(xiàn)減低低頻噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。由于不使用電容，與自動(dòng)歸零(Auto-zero)技術(shù)和相關(guān)采樣(CDS)技術(shù)比較，大大節(jié)省了面積。由于沒(méi)有引入電容的噪聲，系統(tǒng)的噪聲性能更好。放大器本身為低噪聲結(jié)構(gòu)，高頻熱噪聲很小。

圖6是開(kāi)關(guān)電容積分電路的示意圖，圖7是開(kāi)關(guān)電容積分電路中各信號(hào)的時(shí)序示意圖。

開(kāi)關(guān)電容積分電路300包括第五輸入端VIN5、第六輸入端VIN6、第三運(yùn)放A3、第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1、第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2、第三開(kāi)關(guān)電容模塊SC3、第四開(kāi)關(guān)電容模塊SC4、第一電容模塊CF1、第二電容模塊CF2、第一斬波調(diào)制器CHP1、第二斬波調(diào)制器CHP2、第三斬波調(diào)制器CHP3、第五輸出端VO5和第六輸出端VO6。

每個(gè)開(kāi)關(guān)電容模塊(第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1、第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2、第三開(kāi)關(guān)電容模塊SC3和第四開(kāi)關(guān)電容模塊SC4)包括電容和至少四個(gè)控制開(kāi)關(guān)且形成開(kāi)關(guān)電容結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)電容模塊包括電容和四個(gè)控制開(kāi)關(guān)，電容的第一極板通過(guò)四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之一連接開(kāi)關(guān)電容模塊的輸入端，電容的第一極板還通過(guò)四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之二接地。電容的第二極板通過(guò)四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之三連接開(kāi)關(guān)電容模塊的輸出端，電容的第二極板還通過(guò)四個(gè)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之四接地。

第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1、第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2的電容容量均為Ci，皆以Ci表示。第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1、第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2的開(kāi)關(guān)之一、開(kāi)關(guān)之四的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φa1，開(kāi)關(guān)之二、開(kāi)關(guān)之三的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φa2。Φa1和 Φa2為兩個(gè)反相非交疊(no-overlap)時(shí)鐘。

第三開(kāi)關(guān)電容模塊SC3、第四開(kāi)關(guān)電容模塊SC4的電容容量均為Cff，皆以Cff表示。第三開(kāi)關(guān)電容模塊SC3、第四開(kāi)關(guān)電容模塊SC4的開(kāi)關(guān)之一、開(kāi)關(guān)之四的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φb1，開(kāi)關(guān)之二、開(kāi)關(guān)之三的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φb2。

圖8是第一開(kāi)關(guān)電容模塊或第二開(kāi)關(guān)電容模塊中的可調(diào)電容示意圖。第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1和第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2中的電容為可調(diào)電容Ci?？烧{(diào)電容Ci包括多個(gè)電容(Ci0、Ci1……Cin)和多個(gè)開(kāi)關(guān)(ki0、ki1……kin)，單個(gè)電容(Cin)和單個(gè)開(kāi)關(guān)(kin)串聯(lián)成電容支路，所有電容支路并聯(lián)連接，通過(guò)電容支路開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉引入電容實(shí)現(xiàn)電容可調(diào)。

第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1的可調(diào)電容的開(kāi)關(guān)(ki0、ki1……kin)靠近第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1的輸出端，第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2的可調(diào)電容的開(kāi)關(guān)(ki0、ki1……kin)靠近第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2的輸出端。開(kāi)關(guān)兩端電壓值影響其本身的阻值，所以開(kāi)關(guān)必須靠近運(yùn)放輸入端(對(duì)第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1而言為第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1的輸出端，第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2而言為第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2的輸出端)。即使輸入信號(hào)變化，但運(yùn)放輸入端始終接近共模電平，開(kāi)關(guān)兩端電壓不受信號(hào)影響，開(kāi)關(guān)特性不變，不影響放大倍數(shù)。

第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1中的電容Ci兩端分別通過(guò)第一連接開(kāi)關(guān)S1、第二連接開(kāi)關(guān)S2并聯(lián)連接第三開(kāi)關(guān)電容模塊SC3中的電容Cff，第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2中的電容Ci兩端分別通過(guò)第三連接開(kāi)關(guān)S3、第四連接開(kāi)關(guān)S4并聯(lián)連接第四開(kāi)關(guān)電容模塊SC4中的電容Cff。第一連接開(kāi)關(guān)S1、第二連接開(kāi)關(guān)S2、第三連接開(kāi)關(guān)S3和第四連接開(kāi)關(guān)S4的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φp。

圖9是第一電容模塊或第二電容模塊中的可調(diào)電容示意圖。每個(gè)電容模塊(第一電容模塊CF1和第二電容模塊CF2)包括可調(diào)電容Cf和一個(gè)開(kāi)關(guān)(以其控制信號(hào)Φr表示)，且可調(diào)電容Cf和開(kāi)關(guān)Φr并聯(lián)連接?？烧{(diào)電容Cf可以是包括多個(gè)電容(Cf0、Cf1……Cfn)和多個(gè)開(kāi)關(guān)(kf0、kf1……kfn)，單個(gè)電容(Cfn)和單個(gè)開(kāi)關(guān)(kfn)串聯(lián)成電容支路，所有電容支路并聯(lián)連接，通過(guò)電容支路開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉引入電容實(shí)現(xiàn)電容可調(diào)。同上，電容模塊中的可調(diào)電容Cf中的開(kāi)關(guān)(kf0、kf1……kfn)靠近電容模塊的輸入端(相當(dāng)于靠近運(yùn)放輸入端)。

每個(gè)斬波調(diào)制器(第一斬波調(diào)制器CHP1、第二斬波調(diào)制器CHP2和第三斬波調(diào)制器CHP3)包括至少四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)且形成斬波調(diào)制結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，包括四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)并形成斬波調(diào)制結(jié)構(gòu)。斬波調(diào)制器包括四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4，斬波調(diào)制器的輸入端之一(vin1)通過(guò)四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之一(K1)連接斬波調(diào)制器的輸出端之一(vo1)，斬波調(diào)制器的輸入端之一(vin1)通過(guò)四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之二(K2)連接斬波調(diào)制器的輸出端之二(vo2)，斬波調(diào)制器的輸入端之二(vin2)通過(guò)四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之三(K3)連接斬波調(diào)制器的輸出端之二(vo2)，斬波調(diào)制器的輸入端之二(vin2)通過(guò)四個(gè)斬波開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)之四(K4)連接斬波調(diào)制器的輸出端之一(vo1)。

圖10是第一斬波調(diào)制器的示意圖，圖11是第二斬波調(diào)制器或第三斬波器的示意圖。第一斬波調(diào)制器CHP1的開(kāi)關(guān)K1、K3的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φch1a，K2、K4的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φch1b。Φch1a和Φch1b為兩個(gè)反相非交疊(no-overlap)時(shí)鐘。第二斬波調(diào)制器CHP2、第三斬波調(diào)制器CHP3的開(kāi)關(guān)K1、K3的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φch2a，K2、K4的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)為Φch2b。Φch2a和Φch2b為兩個(gè)反相非交疊(no-overlap)時(shí)鐘。

第五輸入端VIN5依次通過(guò)第一開(kāi)關(guān)電容模塊SC1、第一斬波調(diào)制器CHP1連接第三運(yùn)放A3的輸入正端，第六輸入端VIN6依次通過(guò)第二開(kāi)關(guān)電容模塊SC2、第一斬波調(diào)制器CHP1連接第三運(yùn)放A3的輸入負(fù)端。第三運(yùn)放A3的輸入正端依次通過(guò)第二斬波調(diào)制器CHP2、第一電容模塊CF1連接第五輸出端VO5，第三運(yùn)放A3的輸入負(fù)端依次通過(guò)第二斬波調(diào)制器CHP2、第二電容模塊CF2連接第六輸出端VO6。第三運(yùn)放A3的輸入正端通過(guò)第三開(kāi)關(guān)電容模塊SC3連接第五輸出端VO5，第三運(yùn)放A3的輸入負(fù)端通過(guò)第四開(kāi)關(guān)電容模塊SC4連接第六輸出端VO6。第三運(yùn)放A3的輸出正端通過(guò)第三斬波調(diào)制器CHP3連接第六輸出端VO6，第三運(yùn)放A3的輸出負(fù)端通過(guò)第三斬波調(diào)制器CHP3連接第五輸出端VO5。

圖12～圖19為按照?qǐng)D7中各信號(hào)控制下的開(kāi)關(guān)電容積分電路的狀態(tài)圖，分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)1～8。Voffp和Voffn分別為運(yùn)放輸入正端的偏差電壓和輸入負(fù)端的偏差電壓。狀態(tài)1和狀態(tài)2：VP-VN＝-(Voffp–Voffn)；狀態(tài)3：VP-VN ＝Voffn*(2*Cff/Cf+1)–Voffp*(2*Cff/Cf+1)；狀態(tài)4：VP-VN＝(2*Cff/Cf-1)*(Voffn–Voffp)，當(dāng)Cff＝1/2*Cf時(shí)，輸出為零；狀態(tài)5：VP-VN＝Ci/Cf*(Voffp–Voffn)；狀態(tài)6：VP-VN＝(Ci/Cf-2)*(Voffp–Voffn)；狀態(tài)7：VP-VN＝2*(Voffn–Voffp)；狀態(tài)8：VP-VN＝0；狀態(tài)8之后會(huì)繼續(xù)重復(fù)狀態(tài)5到狀態(tài)8的過(guò)程，選擇積分周期應(yīng)該保證沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，輸出為零，去除放大器offset和1/f低頻噪聲。

信號(hào)開(kāi)關(guān)S用于控制放大前的電壓信號(hào)的通斷。第一輸入端VIN1和第二輸入端VIN2輸入放大前的電壓信號(hào)，第一輸出端VO1連接第三輸入端VIN3，第二輸出端VO2連接第四輸入端VIN4，第三輸出端VO3連接第五輸入端VIN5，第四輸出端VO4連接第六輸入端VIN6，第五輸出端VO5和第六輸出端VO6輸出放大后的電壓信號(hào)。具體為，傳感器400通過(guò)信號(hào)開(kāi)關(guān)S接地，傳感器400還連接低通濾波電路100的第一輸入端VIN1和第二輸入端VIN2并利用自身電阻變化輸出差動(dòng)輸出電壓作為放大前的電壓信號(hào)。在本實(shí)施例中，傳感器400是由采用壓敏電阻元件的惠斯通電橋電路構(gòu)成的加速度傳感器。

上述信號(hào)放大電路可以應(yīng)用到智能數(shù)碼設(shè)備中，例如手機(jī)或平板電腦等。

上述信號(hào)放大電路，可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)信號(hào)、第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉將電路的工作狀態(tài)分割，既節(jié)省了功耗又實(shí)現(xiàn)了在同樣大小的電阻和電容情況下得到很低帶寬，不僅帶寬靈活可控，同時(shí)節(jié)省面積和功耗，而且噪聲抑制更好。選擇可調(diào)電阻加大帶寬可調(diào)范圍，使得對(duì)于不同量程的小信號(hào)也擁有足夠的分辨率。第一電容、第二電容極性相反的分別連接于第一輸出端和第二輸出端之間，能有效抑制版圖設(shè)計(jì)中引入的噪聲。

由兩個(gè)運(yùn)算放大器(第一運(yùn)放和第二運(yùn)放)構(gòu)成差分緩沖電路，保證后級(jí)放大電路采樣多次也不影響濾波電容上存儲(chǔ)的電荷。緩沖電路的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用斬波技術(shù)(chopping)，通過(guò)控制緩沖電路中開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉可以去除1/f噪聲和輸入偏移電壓(offset)。而且避免了使用電容，減小芯片面積，噪聲更小。

開(kāi)關(guān)電容積分電路，通過(guò)控制電路中的開(kāi)關(guān)的閉合，主要采用斬波技術(shù)(chopping)和自動(dòng)歸零技術(shù)(Auto-Zero)去除放大器輸入偏移電壓(offset)和減小1/f噪聲，同時(shí)除了可以改變積分周期實(shí)現(xiàn)增益變化，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸 入輸出電容比實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)，對(duì)微弱信號(hào)的噪聲抑制更好。輸入電容和輸出電容比增加，放大倍數(shù)增加，不受工藝變化的影響也不受工作電壓和溫度的影響，解決不同量程需要不同放大倍數(shù)問(wèn)題，提高微弱信號(hào)的分辨率。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。