Fbdda放大器以及包括fbdda放大器的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開內容涉及完全平衡的微分差分放大器(FDDA或者FBDDA)以及包括FBDDA放大器的設備。
【背景技術】
[0002]已知，各種類型電路被用作用于電容式傳感器的前端讀取電路。特別地，使用FDDA或者FBDDA放大器(完全平衡微分差分放大器)是已知的，其在需要高輸入阻抗、全差分架構以及單位化或單位增益時是更優(yōu)選的。這種類型的FBDDA放大器在圖1中作為示例示出，并且由附圖標記I整體地表示。電容式傳感器2屬于例如陀螺儀、壓力傳感器、加速度計、麥克風等，并且檢測由傳感器自身的移動部分的線性或旋轉移動而生成的電容的變化。FBDDA放大器I檢測由于期望的物理量(例如壓力、旋轉、加速度等)的變換而產生的輸入的變化并且在輸出處生成與所述變化成比例的電壓。
[0003]在圖1的示例中，F(xiàn)BDDA放大器I包括4個輸入端子Ia-1d以及2個輸出端子le、Ifo端子Ia是反相端子，端子Ib是非反相端子。端子Ib上存在輸入信號(電壓)Vin，包括由電容式傳感器2生成的電壓分量以及固定的電壓分量Vqi。通過電阻器3向端子Ib施加的電壓Vqi是根據(jù)固定傳感器2的操作點的需要而選擇的用于偏置傳感器2的電壓(例如在被包括在電源電壓Vdd與例如接地參考等參考節(jié)點的電壓之間的范圍內來選擇Vqi)。電阻器3具有高的電阻值，例如10GQ或更高。電壓Vqi是固定(d.c.)電壓并且被進一步向FBDDA放大器的輸入Ic供應。以這種方式，已知FBDDA放大器I的輸入通常被偏置在公共電壓處。在傳感器2的使用期間，變化的(即a.c.)輸入信號Vin被疊加在電壓Vqi上。
[0004]端子Ia上的信號被傳輸?shù)捷敵龆俗覫e上。換言之，輸出端子Ie被反饋連接到輸入端子la。同樣，端子Id上的信號被傳輸?shù)捷敵龆俗覫f上，使得輸出端子If被反饋連接到輸入端子Id。
[0005]以本身已知的方式，根據(jù)在電壓跟隨器配置中的FBDDA放大器的操作，在輸出Ie上存在信號Vin/2并且在輸出If上存在信號-(Vin/2)。
[0006]圖1的實施例保證信噪比(SNR)方面的良好性能但是關于當信號Vin的電平增加時的總的諧波失真(THD)存在缺陷。這是由于以下事實:運算放大器沒有根據(jù)傳統(tǒng)類型的閉環(huán)配置而連接并且其輸入實際上沒有連接在一起。因此，在存在高的輸入信號Vin的情況下，兩個差分對明顯不平衡，從而引起線性的惡化。
[0007]在本文的上下文中，線性是指通過晶體管獲得的FBDDA放大器的差分輸入對。對于小的輸入信號(例如在_150mV到+150mV之間的范圍內(包括端點值)的a.c.信號)，來自放大器的輸出處的信號基本上是輸入信號的(可能是放大的)副本。相反，對于具有高的峰值的信號(例如具有模量高于大約200mV的峰值的a.c.信號)，兩個差分輸入對的跨導增益開始明顯不同，從而生成輸出電壓信號(或者差分輸出信號)的諧波失真。
[0008]為了克服這一缺點，已知的是使用耦合到每個差分輸入對(即在Ia與Ib之間，以及在Ic與Id之間)的負反饋電阻器4，如圖2中示意性地示出的。這一方式使得能夠以噪聲的代價來改善FBDDA放大器的輸出信號的線性，S卩，噪聲越大則負反饋電阻越大。
[0009]如圖3中示意性地示出的另外的已知的解決方案設想使用動態(tài)偏置電路6，使得用于偏置差分對的電流不固定而是根據(jù)輸入信號Vin變化。在這種情況下，當輸入信號Vin增加超過門限值時，電流被引入到差分對中。雖然這一方法在輸入噪聲和諧波失真方面的具有優(yōu)點，然而其存在需要過多的電流消耗和d.c.操作點的顯著變化的缺點。
【實用新型內容】
[0010]本公開內容的一個目的是提供一種完全平衡的微分差分放大器(FBDDA)以及一種包括FBDDA放大器的設備，其能夠克服現(xiàn)有技術中的不利方面中的至少一些并且擴展其功能。
[0011]根據(jù)本公開內容，提供了一種FBDDA放大器以及一種包括FBDDA放大器的設備。
[0012]根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種FBDDA放大器，包括:
[0013]第一差分輸入級，被配置成接收輸入電壓信號，所述輸入電壓信號包括交流分量和直流分量；
[0014]第二差分輸入級，被配置成接收直流共模電壓信號，所述輸入信號的所述直流分量是所述共模電壓信號；
[0015]第一電阻負反饋組，被耦合到所述第一差分輸入級；
[0016]第二電阻負反饋組，被耦合到所述第二差分輸入級；以及
[0017]差分輸出級，被配置成供應輸出電壓信號，
[0018]第一開關，被并聯(lián)地耦合到所述第一電阻負反饋組；以及
[0019]第二開關，被并聯(lián)地耦合到所述第二電阻負反饋組；
[0020]其中所述第一開關和所述第二開關在其中所述輸入電壓信號具有第一值的第一操作條件期間處于閉合狀態(tài)，從而旁路所述第一電阻負反饋組和所述第二電阻負反饋組并且在其中所述輸入電壓信號具有高于所述第一值的第二值的第二操作條件期間處于打開狀態(tài)，從而減小所述輸出電壓信號的諧波失真。
[0021]優(yōu)選地，所述輸入電壓信號的所述第一值是在大約_150mV到+150mV之間的所述輸入信號的交流分量的值，并且所述輸入電壓信號的所述第二值是模量高于大約200mV的所述輸入信號的交流分量的值。
[0022]優(yōu)選地，所述第一差分輸入級包括第一輸入端子和第二輸入端子，并且所述第二差分輸入級包括第三輸入端子和第四輸入端子，所述第一電阻負反饋組和所述第一開關被彼此并聯(lián)地電連接地電耦合在所述第一輸入端子與所述第二輸入端子之間，并且所述第二電阻負反饋組和所述第二開關被彼此并聯(lián)地電連接地電耦合在所述第三輸入端子與所述第四輸入端子之間。
[0023]優(yōu)選地，所述差分輸出級包括第一輸出端子和第二輸出端子，所述第一輸出端子與所述第一輸入端子負反饋地耦合，并且所述第二輸出端子與所述第四輸入端子負反饋地耦合，所述第二輸入端子被配置成接收所述輸入電壓信號，并且所述第三輸入端子被配置成接收所述共模電壓信號。
[0024]優(yōu)選地，所述FBDDA放大器還包括:第一控制電路，被配置成接收所述輸入電壓信號并且根據(jù)所述輸入電壓信號生成第一控制信號，所述第一控制信號被配置成當所述輸入電壓信號具有所述第一值時閉合所述第一開關并且在所述輸入電壓信號具有所述第二值時打開所述第一開關；以及第二控制電路，被配置成接收所述輸入電壓信號并且根據(jù)所述輸入電壓信號生成第二控制信號，所述第二控制信號被配置成當所述輸入電壓信號具有所述第一值時閉合所述第二開關并且在所述輸入電壓信號具有所述第二值時打開所述第二開關。
[0025]優(yōu)選地，所述第一電阻負反饋組包括第一負反饋電阻器，所述第一負反饋電阻器被串聯(lián)地耦合到第二負反饋電阻器并且在所述第一負反饋電阻器與所述第二負反饋電阻器之間定義第一中間節(jié)點，并且所述第二電阻負反饋組包括第三負反饋電阻器，所述第三負反饋電阻器被串聯(lián)地耦合到第四負反饋電阻器并且在所述第三負反饋電阻器與所述第四負反饋電阻器之間定義第二中間節(jié)點，其中所述第一控制電路被進一步配置成接收存在于所述第一中間節(jié)點處的第一中間電壓信號并且根據(jù)所述輸入電壓信號的值和所述第一中間電壓信號的值生成所述第一控制信號，其中所述第二控制電路被進一步配置成接收存在于所述第二中間節(jié)點處的第二中間電壓信號并且根據(jù)所述輸入電壓信號的值和所述第二中間電壓信號的值生成所述第二控制信號。
[0026]優(yōu)選地，所述第一控制電路包括用于將所述輸入電壓信號變換成控制電流信號的第一子電路，和用于將所述控制電流信號變換成所述第一控制電壓的第二子電路；以及所述第二控制電路包括用于將所述控制電流信號變換成所述第二控制電壓的第三子電路。
[0027]優(yōu)選地，所述第一控制電路包括第一電平移位器，所述第一電平移位器被耦合到所述第一中間節(jié)點以接收所述第一中間電壓信號并且輸出被平移以第一量的第一信號，使得在所述第一操作條件期間所述第一控制信號具有被配置成閉合所述第一開關的值；以及所述第二控制電路包括第二電平移位器，所述第二電平移位器被耦合到所述第二中間節(jié)點以接收所述第二中間電壓信號并且輸出被平移以第二量的第二信號，使得在所述第一操作條件期間所述第二控制信號具有被配置成閉合所述第二開關的值。
[0028]優(yōu)選地，所述第一控制電路包括第一電阻元件，所述第一電阻元件被配置成被所述控制電流穿過并且協(xié)作以在所述第二操作條件期間生成所述第一控制信號，以使得所述第一控制信號具有適于打開所述第一開關的值；以及所述第二控制電路包括第二電阻元件，所述第二電阻元件被配置成被所述控制電流穿過并且協(xié)作以在所述第二操作條件期間生成所述第二控制信號，以使得所述第二控制信號具有適于打開所述第二開關的值。
[0029]優(yōu)選地，所述第一控制信號是由所述第一電阻元件在被所述控制電流穿過時生成的電壓值與第一平移信號的電壓值之和，并且其中所述第二控制信號是由所述第二電阻元件在被所述控制電流穿過時生成的電壓值與第二平移信號的電壓值之和。
[0030]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種電子設備，包括:
[0031 ] 信號處理塊電路裝置，被配置成將電容式傳感器偏置并且獲取由所述電容式傳感器在輸出處生成的輸入電壓信號，所述信號處理電路裝置包括:
[0032]電荷栗，被配置成將所述電容式傳感器偏置；
[0033]FBDDA放大器，被配置成從所述電容式傳感器接收所述輸入電壓信號并且生成作為所述輸入電壓信號的函數(shù)的輸出電壓信號，所述FBDDA放大器包括:
[0034]第一差分輸入級電路，被配置成從所述電容式傳感器接收所述輸入電壓信號，所述輸入電壓信號包括交流分量和直流分量；
[0035]第二差分輸入級電路，被配置成接收直流共模電壓信號，所述輸入電壓信號的直流分量是所述共模電壓信號；
[0036]第一電阻負反饋組電路，被耦合到所述第一差分輸入級；
[0037]第二電阻負反饋組電路，被耦合到所述第二差分輸入級；以及
[0038]差分輸出級電路，被配置成生成輸出電壓信號；
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