多級系統中的放大器偏移及噪聲減少的製作方法

2023-07-08 09:28:26

專利名稱：多級系統中的放大器偏移及噪聲減少的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及多級放大器系統，且更特定來說，涉及具有減少的噪聲及偏移的多級放大器系統。
背景技術：
圖I展示常規二級放大器系統100。系統100大體上包含第一級102及第二級104 (其各自一般為反相放大器)。如可見，電阻器網絡(電阻器R1/R2及電阻器R3/R4)分別耦合在運算放大器106及108的負輸入端子與輸出端子之 間，使得級102可接收輸入信號VIN且使得級104可接收輸出信號VOUTl。此外，偏移電壓源110及112分別將偏移電壓VOSl及V0S2提供到運算放大器106及108。電壓源110及112 (其包括放大器106及108的內部偏移)中的每一者還耦合到供電軌114 (其一般位於接地處)。因為系統100的配置，來自電壓源110的偏移及噪聲貢獻可顯著地影響輸出信號V0UT2。對於放大器級102，輸出信號VOUTl可如下表示
-Rl(I) VOini- msi)+ms'i此外,對於放大器級104,輸出信號V0UT2可如下表不(2) VOUil = 二^(VOUTl- VS2) + VOS2現在，將等式(I)代入到等式(2)中，輸出信號V0UT2變為
—M -R2(3) VOl Τ2 =-(-{VIN — iYAS'I) + iTAS'l - VOS2) + I.VS2
R3 Rl
R4 * IO -RA IO=-- VIN +-((— + \)VS\ — VS2) + VOS 2
7i3RiR3 Rl等式(3)還可表達為偏移電壓VOSl的函數(其中偏移電壓V0S2約為O)
R4 ■ R2 - R4 R2(4) VOIJT2 = -— ViN +-(― + l)im I
v }Kb-MR3 R\當電阻器Rl耦合到阻塞電容器(AC耦合)時，輸入信號VIN等於偏移電壓V0S1，從而將等式(3)簡化為如下(5) VOUT2 = —^(VS\ - VOS2) + VOS2
R3
R4IM=(1+ —WOS2 ——f-TAVl
R3IO所以，可分別從等式(3)到(5)的DC耦合及AC耦合情形清楚地看出，輸出電壓V0UT2中的來自偏移電壓VOSl的噪聲及偏移貢獻可為顯著的。因此，系統100可能需要使用配平電路或更好的裝置匹配來減少來自偏移電壓VOSl的噪聲及偏移貢獻。一些其它常規設計描述於以下文件中 第3，899，743號美國專利；第5，257，285號美國專利；第6，642，783號美國專利；第7，132，882號美國專利；及第2006/0279344號美國專利公開案。

發明內容
本發明的實例實施例提供一種設備，其包含第一放大器級，其具有輸入端子及輸出端子，其中所述第一放大器在其輸入端子處接收輸入信號，且其中所述第一放大器級包括第一偏移電壓源，所述第一偏移電壓源將第一偏移電壓提供到所述第一放大器級且所述第一偏移電壓源耦合到供電軌；及第二放大器級，其具有輸入端子及輸出端子，其中所述第二放大器級的所述輸入端子耦合到所述第一放大器級的所述輸出端子，且其中所述第二放大器級包括第二偏移電壓源，所述第二偏移電壓源將第二偏移電壓提供到所述第二放大器級，且其中所述第二偏移電壓源耦合到所述第一放大器級，以便大體上減少來自所述第一偏移電壓的噪聲貢獻。根據本發明的實例實施例，所述第一及第二放大器級分別進一步包含第一反相放大器及第二反相放大器。根據本發明的實例實施例，所述第一反相放大器進一步包含運算放大器，其具有 第一輸入端子、第二輸入端子及輸出端子，其中所述第二偏移電壓源耦合到所述運算放大器的第一輸入端子，且其中所述第一電壓偏移源耦合到所述運算放大器的第二輸入端子；及電阻器網絡，其耦合到所述第一反相放大器的輸入端子、所述運算放大器的第一輸入端子及所述運算放大器的輸出端子。根據本發明的實例實施例，所述電阻器網絡進一步包含彼此串聯耦合的多個電阻器。根據本發明的實例實施例，所述運算放大器的第一輸入端子為負輸入端子，且其中所述運算放大器的第二輸入端子為正輸入端子。根據本發明的實例實施例，所述第二反相放大器進一步包含運算放大器，其具有第一輸入端子、第二輸入端子及輸出端子，其中所述第二電壓偏移源耦合到所述運算放大器的第二輸入端子；及電阻器網絡，其耦合到所述第一反相放大器的輸出端子、所述運算放大器的第一輸入端子及所述運算放大器的輸出端子。根據本發明的實例實施例，所述運算放大器的第一輸入端子為負輸入端子，且其中所述運算放大器的第二輸入端子為正輸入端子。根據本發明的實例實施例，提供一種設備。所述設備包含第一反相放大器，其具有第一電阻器，其接收輸入信號；第一運算放大器，其具有正輸入端子、負輸入端子及輸出端子，其中所述負輸入端子耦合到所述第一電阻器；第二電阻器，其耦合在所述第一運算放大器的輸出端子與所述第一運算放大器的負輸入端子之間；及第一偏移電壓源，其耦合在所述第一運算放大器的正輸入端子與接地之間；及第二反相放大器，其具有第三電阻器，其耦合到所述第一運算放大器的輸出端子；第二運算放大器，其具有負輸入端子、正輸入端子及輸出端子，其中所述第二運算放大器的負輸入端子耦合到所述第三電阻器；第四電阻器，其耦合在所述第二運算放大器的輸出端子與第二運算放大器的負輸入端子之間；及第二偏移電壓源，其耦合在所述第二運算放大器的正輸入端子與所述第一運算放大器的負輸入端子之間。


參考附圖描述實例實施例，其中圖I為常規多級系統的實例；以及圖2為根據本發明的實例實施例的多級系統的實例。
具體實施例方式圖2說明根據本發明的實例實施例的多級系統200。系統200大體上包含放大器級202及204 (其一般均為反相放大器)。當與系統100比較時，系統200具有相同的一般組件。然而，一個差別是，電壓源112耦合到運算放大器106的負輸入端子而不是供電軌114。通過做出這個改變，將輸出電壓VOUTl表示如下(6) VOim 二二^(TC兒7.1 - [VS\ + VOS2)) + (VOS\ + IVS2)
R3 如果將等式⑴代入到等式(6)中，那麼其變為VOUT 2 =
-R4 - Rr)(-^ii7^ -1 vs\) + ,αν卜(ravi + vosi)) + ( 'ανι + vS2)
(7)- RA -RO、 =-(~-(VlN - J7OVl) - ^2) + (^1Vl + VOSI)
R3 ' Rl '
JM ■ R7 - RA=-- ViN + ——(—VOSI - I VS2) + (VOSI + I VS 2)
R3.K\R3 m等式(7)還可表達為偏移電壓VOS I的函數(其中偏移電壓V0S2約為O)
/M · R2 - RA P2
voiiri = --ViN+-(― m.vi)+m.vi
Γ ,。、R3 ■ R\R3 m(8)
R4 R2^ R2
=-viN - - i--) ,ανι
Λ'3 _ R\R3 ■ Rl此外，當電阻器Rl耦合到阻塞電容器(AC耦合)時，輸入信號VIN等於偏移電壓VOSl，從而將等式(7)簡化為如下
DAI Λ(9) VOUT2 = B VOS2 + (麗I + VOS2 ) = (^-+]) VOS2 + VOSl如通過比較等式(5)與等式(9)及等式(4)與等式(8)可清楚地看出，可顯著地減少輸出信號V0UT2中的來自偏移電壓VOSl的偏移貢獻。此外，對於噪聲貢獻來說，相同的分析將適用於噪聲分析，從而導致系統200中的噪聲與系統100相比而減少。作為實例，這些類型的級聯布置通常用於單端/差動轉換，其中差動輸出電壓
Voutdiff 為:(IO)Vouimff = V0UT1-V0UT2可將等式⑴及(2)(對於常規系統100)代入到等式(10)中以得出差動輸出電
壓VoUTDiff，其變為:
v0,..rni . = νοιπΛ - voin i = νουι+—{voun -vosd- vosi(H)]M/M尬
= (1 + —)VUT\ - (I -r—)VOS2 R3IB
權利要求
1.一種設備，其包含 第一放大器級，其具有輸入端子及輸出端子，其中所述第一放大器在其輸入端子處接收輸入信號，且其中所述第一放大器級包括第一偏移電壓源，所述第一偏移電壓源將第一偏移電壓提供到所述第一放大器級且所述第一偏移電壓源耦合到供電軌；及 第二放大器級，其具有輸入端子及輸出端子，其中所述第二放大器級的所述輸入端子耦合到所述第一放大器級的所述輸出端子，且其中所述第二放大器級包括第二偏移電壓源，所述第二偏移電壓源將第二偏移電壓提供到所述第二放大器級，且其中所述第二偏移電壓源耦合到所述第一放大器級以便大體上減少來自所述第一偏移電壓的噪聲貢獻。
2.根據權利要求I所述的設備，其中所述第一及第ニ放大器級分別進ー步包含第一反相放大器及第ニ反相放大器。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述第一反相放大器進ー步包含 運算放大器，其具有第一輸入端子、第二輸入端子及輸出端子，其中所述第二偏移電壓源耦合到所述運算放大器的所述第一輸入端子，且其中所述第一電壓偏移源耦合到所述運算放大器的所述第二輸入端子；及 電阻器網絡，其耦合到所述第一反相放大器的輸入端子、所述運算放大器的所述第一輸入端子及所述運算放大器的所述輸出端子。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述電阻器網絡進一歩包含彼此串聯耦合的多個電阻器。
5.根據權利要求4所述的設備，其中所述運算放大器的所述第一輸入端子為負輸入端子，且其中所述運算放大器的所述第二輸入端子為正輸入端子。
6.根據權利要求2所述的設備，其中所述第二反相放大器進ー步包含 運算放大器，其具有第一輸入端子、第二輸入端子及輸出端子，其中所述第二電壓偏移源耦合到所述運算放大器的所述第二輸入端子；及 電阻器網絡，其耦合到所述第一反相放大器的輸出端子、所述運算放大器的所述第一輸入端子及所述運算放大器的所述輸出端子。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述電阻器網絡進一歩包含彼此串聯耦合的多個電阻器。
8.根據權利要求7所述的設備，其中所述運算放大器的所述第一輸入端子為負輸入端子，且其中所述運算放大器的所述第二輸入端子為正輸入端子。
9.一種設備,其包含 第一反相放大器，其具有 第一電阻器，其接收輸入信號； 第一運算放大器，其具有正輸入端子、負輸入端子及輸出端子，其中所述負輸入端子耦合到所述第一電阻器； 第二電阻器，其耦合在所述第一運算放大器的所述輸出端子與所述第一運算放大器的所述負輸入端子之間 '及 第一偏移電壓源，其耦合在所述第一運算放大器的所述正輸入端子與接地之間；及 第二反相放大器，其具有 第三電阻器，其耦合到所述第一運算放大器的所述輸出端子；第二運算放大器，其具有負輸入端子、正輸入端子及輸出端子，其中所述第二運算放大器的所述負輸入端子耦合到所述第三電阻器； 第四電阻器，其耦合在所述第二運算放大器的所述輸出端子與第二運算放大器的所述負輸入端子之間；及 第二偏移電壓源，其耦合在所述第二運算放大器的所述正輸入端子與所述第一運算放大器的所述負輸入端子之間。
全文摘要
本發明涉及一種多級放大器系統(200)，其在較少需要較好的匹配組件及/或配平電路的情況下提供噪聲及偏移貢獻。第一放大器級(202)具有用以接收輸入(VIN)且提供輸出(VOUT1)的第一放大器(106)，所述第一放大器級(202)包括第一偏移電壓源(110)，所述第一偏移電壓源(110)將第一偏移電壓(VOS1)提供到所述第一放大器級且所述第一偏移電壓源(110)耦合到供電軌(114)。具有用以接收所述輸出(VOUT1)作為輸入且提供輸出(VOUT2)的第二放大器(108)的第二放大器級(204)包括第二偏移電壓源(112)，所述第二偏移電壓源(112)將第二偏移電壓(VOS2)提供到所述第二放大器級。所述第二偏移電壓源耦合到所述第一放大器級以減少來自所述第一偏移電壓的噪聲貢獻。
文檔編號H03F1/22GK102783016SQ201080064868
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年3月5日
發明者亞當·L·舒克 申請人:德州儀器公司