用于dc耦合的前端電路的共模去除的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容涉及電路，并且更具體地涉及用于從DC耦合的前端電路去除共模電 壓的電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 前端電路通常是指向后端電路提供輸入的電路或者電路裝置。前端電路通常向前 端電路供應(yīng)單端信號或者差分信號。單端信號以共模電壓為參考，因此在單端信號中包含 的信息被表示為在單端信號與共模電壓之間的差值。差分信號包括各自以共模電壓為參考 的兩個輸入。因此，差分信號攜帶的信息被表示為在兩個輸入的電壓之間的差值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在一個示例中，一種方法包括接收包括第一電壓信號和第二電壓信號的第一差分 信號，其中第一差分信號包括第一共模電壓；接收第二共模電壓；通過電路確定包括第三 電壓信號和第四電壓信號的第二差分信號，其中在第三電壓信號與第四電壓信號之間的差 值基于在第一電壓信號與第二電壓信號之間的差值，其中第二差分信號包括第二共模電 壓；以及基本上連續(xù)地輸出第二差分信號。
[0004] 在另一示例中，一種系統(tǒng)包括：第一輸入管腳，配置為接收第一差分電壓信號的第 一電壓信號；第二輸入管腳，配置為接收第一差分電壓信號的第二電壓信號，其中第一差分 電壓信號包括第一共模電壓；第二輸入管腳，配置為接收第二共模電壓；電路，包括多個電 容器和多個開關(guān)，其中電路被配置為基于第一差分電壓信號確定第二差分電壓信號，其中 第二差分電壓信號包括第二共模電壓；第一輸出管腳；以及第二輸出管腳，其中電路被配 置為在第一輸出管腳基本上連續(xù)地輸出第二差分電壓信號的第一電壓信號，以及其中電路 被配置為在第二輸出管腳基本上連續(xù)地輸出第二差分信號的第二電壓信號。
[0005] 在又一示例中，一種裝置包括：用于接收包括第一電壓信號和第二電壓信號的第 一差分信號的部件，其中第一差分信號包括第一共模電壓；用于接收第二共模電壓的部件； 用于通過電路確定包括第三電壓信號和第四電壓信號的第二差分信號的部件，其中在第三 電壓信號與第四電壓信號之間的差值基于在第一電壓信號與第二電壓信號之間的差值，其 中第二差分信號包括第二共模電壓；以及用于基本上連續(xù)地輸出第二差分信號的部件。
[0006] 在附圖和以下描述中闡述一個或者多個示例的細(xì)節(jié)。其它特征、目的和優(yōu)點將從 說明書和附圖以及從權(quán)利要求中變得清楚。
【附圖說明】
[0007] 圖1是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的示例電阻器耦合的放大器電 路的電路圖。
[0008] 圖2是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于AC耦合的放大器的示例 偏置電路的電路圖。
[0009] 圖3是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 不例電路的電路圖。
[0010] 圖4是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 另一不例電路的電路圖。
[0011] 圖5是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 另一不例電路的電路圖。
[0012] 圖6A-6D是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共 模的示例電路的各種信號的圖形。
[0013] 圖7是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 另一不例電路的電路圖。
[0014] 圖8A-8E是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共 模的示例電路的各種信號的圖形。
[0015] 圖9是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的可以用來監(jiān)視電壓電平的輔 助比較器900的一個示例的電路圖。
[0016] 圖10是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的可以用來監(jiān)視電壓電平的輔 助比較器900的示例的進一步細(xì)節(jié)的電路圖。
[0017] 圖11A-11E是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的 共模的示例電路的各種信號的圖形。
[0018] 圖12是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 示例電路1200的電路圖。
[0019] 圖13是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 示例電路1300的電路圖。
[0020] 圖14是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于測量差分信號的共模的 不例電路1400的電路圖。
[0021] 圖15是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于測量差分信號的共模的 示例電路1500的電路圖。
[0022] 圖16是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于處理差分信號的共模的 示例電路1600的電路圖。
[0023] 圖17是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于處理差分信號的共模的 示例電路1700的電路圖。
【具體實施方式】
[0024] 差分信號的分量可以包括共模電壓?？梢远x共模電壓為差分信號的分離分量共 同具有的信號。共?？梢酝耆谼C、完全地AC或者包括AC和DC分量二者。在一些示例 中，差分信號的共?？梢噪S時間可變。在一些示例中，可以希望電路維持輸出共模為恒定， 即使輸入共模正在變化。
[0025] 在一些示例中，采樣系統(tǒng)可以用來獲得具有一致共模的差分信號。在采樣系統(tǒng)中， 可以相對于某個希望的共模對輸入信號進行采樣，并且可以實施前端為切換式電容器電 路。阻塞電容器可以存儲信號并且同時從大DC擺動去耦合前端。
[0026] 然而，作為這一耦合的結(jié)果，輸出差分信號可能相對于時間不連續(xù)。換而言之，輸 出信號可以在去耦合期間不可用。采樣系統(tǒng)的另一缺點是為了實現(xiàn)充分高的時間分辨率而 必需的頻率增加可能造成采樣元件的高功率消耗。采樣系統(tǒng)的另一潛在缺點是存在為了防 止頻率折回而必需的輸入防混疊電路和要求高電壓開關(guān)連接到輸入。
[0027] 在一些示例中，軌到軌架構(gòu)可以用來獲得具有恒定共模的差分信號。在軌到軌架 構(gòu)中，前端包括可以在輸入信號共模電壓的全范圍內(nèi)工作的互補級。然而，軌到軌系統(tǒng)可以 限于相對低的電壓。另一潛在缺點是可能需要專用微調(diào)的、互補輸入的性能（增益和偏移） 差異。
[0028] 在一些示例中，電阻器耦合的放大器電路可以用來獲得具有恒模的差分信號。圖 1是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的示例電阻器耦合的放大器電路1〇〇的電路 圖。電阻器稱合的放大器電路100包括差分輸入101和102、差分輸出103和104、放大器 107、輸入電阻器105A和105B以及反饋電阻器106A和106B。放大器107接收與在輸入 101與輸入102之間的差值對應(yīng)的差分輸入信號（VIN+-VIN_)并且產(chǎn)生與在輸出103與輸出 104之間的差值對應(yīng)的差分輸出信號（Vp-Vj。在理論上完美的系統(tǒng)中，差分輸出信號將 是差分輸入信號的具有增益因子的確切復(fù)制物，這意味著（VIN+_VIN_)將等于kMVp-Vj，其 中k代表放大器電路100的增益因子，其可以基于電阻器105A/105B和106A/106B的值變 化。然而，在現(xiàn)實系統(tǒng)中，差分輸出信號可能由于存在共模電壓而不是差分輸入信號的確切 復(fù)制物。
[0029] 輸入的共模電壓可以由（VIN+_VIN_) /2表達，并且輸出的共模電壓可以由 (Vp-Vj/2表達。因此，輸入共模和輸出共模是不同的。
[0030] 在一些示例中，電阻器耦合的放大器電路100可以提供輸入共?？梢员蝗我獾卦O(shè) 置的單個放大器的優(yōu)點。然而，使用電阻器耦合的放大器電路1〇〇作為前端電路可能導(dǎo)致 一個或者多個缺點。作為一個示例，電阻器耦合的放大器的缺點是在輸入的有限阻抗，這可 能對于一些應(yīng)用是不可接受的。
[0031] 在一些示例中，偏置電路可以用來獲得具有恒定共模的差分信號。圖2是圖示根 據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于AC耦合的放大器的示例偏置電路200的電路圖。 電路200包括輸入202、電容器204、電阻器206、電阻器208和輸出210。輸入202可以接 收輸入信號，并且電容器204可以阻塞輸入信號的任何DC分量被傳輸?shù)捷敵?10。電阻器 206和電阻器208的比值可以用來設(shè)置在輸出210提供的信號的DC分量。在一些示例中， 第一偏置電路200可以被定位于前端系統(tǒng)的第一差分輸入，而第二偏置電路200可以被定 位于前端系統(tǒng)的第二差分輸入。
[0032] 在前端系統(tǒng)的差分輸入使用偏置電路200可能導(dǎo)致一個或者多個缺點。作為一個 示例，偏置電路200可能不僅抑制差分輸入信號的共模而且抑制輸入信號的DC分量。
[0033] 本公開內(nèi)容描述用于從DC耦合的前端電路去除共模電壓的變化的技術(shù)。如以下 將更具體說明的那樣，可以通過將輸出共模電壓向已知、固定電壓移位來去除共模電壓的 變化。本公開內(nèi)容的技術(shù)可以用來設(shè)計如下電路，這些電路可以將可變或者移動的共模電 壓向固定電平移位，從而電路的輸出的共模電壓可以獨立于電路的輸入的共模電壓，因此 使差分輸出可能用某一類增益因子更接近地匹配差分輸入。本公開內(nèi)容還描述用于將前端 電路、比如放大器或者模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)對接到以很大共模為特征的差分輸入信號而保持 DC耦合的技術(shù)。這些技術(shù)可以例如被實施在用于切換調(diào)節(jié)器或者電機驅(qū)動器的電流感測電 路中，其中感測元件共模電壓擺動可能很大，但是主要興趣是具有流入負(fù)載中的DC電流的 正確測量。
[0034] 本公開內(nèi)容的技術(shù)可以例如使電路能夠通過未對輸入信號進行米樣而向前端直 接傳送輸入信號來提供連續(xù)時間讀出。附加地，本公開內(nèi)容的技術(shù)可以產(chǎn)生如下電路，其中 前端的輸入受到減少的擺動，因為輸入共模被采樣并且從輸入信號被減去。另外，擺動可以 通過調(diào)整電路對共模電壓進行采樣的采樣頻率來控制。本公開內(nèi)容的技術(shù)可以允許使用與 軌到軌系統(tǒng)比較的更簡單放大器結(jié)構(gòu)。
[0035] 圖3是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種或者多種技術(shù)的用于控制差分信號的共模的 示例電路300的電路圖。電路300可以例如是DC耦合到輸入信號并且可以執(zhí)行輸入信號的 差分感測的前端系統(tǒng)的部分。電路300包括輸入301 (VIN+)、輸入302 (VIN_)、輸出303 (VQUT+)、 輸出304(VQUT_)、共模輸入307 (V^、電容器310、電容器312、開關(guān)306A-306C(統(tǒng)稱為"開 關(guān)306"）、開關(guān)308A-308C(統(tǒng)稱為"開關(guān)308"）和時鐘314。電路300接收與在輸入301 與輸入302之間的差值對應(yīng)的差分輸入信號（VIN+-VIN_)并且產(chǎn)生與在輸出303與輸出304 之間的差值對應(yīng)的差分輸出信號（VOTT_-VOTT+)。差分輸入信號可以包括輸入共模信號。電 路300可以被配置為從差分輸入信號（VIN+-VIN_)去除共模輸入信號并且輸出差分輸出信 號（VOJT-_VOJT+)，從而它包括在共模輸入307接收的共模。附加地，可以輸出差分輸出信號 ，從而它接近地匹配差分輸入信號（VIN+-VIN_)。
[0036] 時鐘314控制開關(guān)306和308。開關(guān)306和308異相，從而在開關(guān)308關(guān)斷時閉合 開關(guān)306而在閉合開關(guān)308時開關(guān)306關(guān)斷。以這一方式，開關(guān)306和308可以用來創(chuàng)建 乂^路徑和輸出路徑。在閉合開關(guān)306而開關(guān)308關(guān)斷時，電容器310和312然后經(jīng)由輸出 路徑將差分輸入信號（VIN+-VINJ稱合到差分輸出信號（V〇UT--V()UT+)。
[0037] 在第一操作階段期間，開關(guān)306關(guān)斷而閉合開關(guān)308。在第一階段期間，輸入301 經(jīng)由開關(guān)306A連接到電容器310的第一端子，而電容器310的第二端子經(jīng)由開關(guān)306B連 接到輸出303。也在第一階段期間，電容器312的第二端子經(jīng)由開關(guān)306C連接到輸出304。 貫穿兩個操作階段，電容器312的第一端子連接到輸入302。在這一情況下，在輸入302的 輸入電壓VIN_可以視為用于什么關(guān)注輸入共模電壓的參考。
[0038] 在階段1結(jié)束時，在電容器310和312中的每個電容器中存儲的電荷可以由下等 式⑴和⑵表示，其中Q31(l是在電容器310的電荷，Q312是在電容器312的電荷，Va是在 共模輸入307的電壓，并且、^是在階段1結(jié)束時在輸入302的電壓。
[0039] Q3i〇 -C31Q* (Vin-i_VCM) (1)
[0040] Q312-C312* (VlN-l_VCM) (2)
[0041] 在第二階段期間，開關(guān)306關(guān)斷而閉合開關(guān)308。在第二階段期間，輸入302經(jīng)由 開關(guān)308A連接到電容器310的第一端子。也在第二階段期間，電容器310的第二端子和電 容器312的第二端子分別經(jīng)由開關(guān)308B和308C連接到共模輸入307。在第二階段期間，在 輸出303和304的電壓如下：
[0042] V0UT+=VIN+ - (VIN_! -VCM) (3)
[0043] V〇UT_= VlN_-(4)
[0044] 在輸入303與304之間的差分輸出電壓可以由下等式（5)表示，從而可以保留輸 入信號的差分性質(zhì)。
[0045]