前置放大器转让专利
申请号 : CN202010947650.2
文献号 : CN111969963B
文献日 : 2021-04-09
发明人 : 陈奇辉 , 盛云 , 黄家赓
申请人 : 苏州纳芯微电子股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种前置放大器,用于将单端输入信号转换为第一模拟信号和第二模拟信号,其特征在于:所述前置放大器包括:
第一放大器,所述单端输入信号接入第一放大器的输入端,所述第一放大器输出第一模拟信号;
第二放大器,外接信号源接入第二放大器的正输入端,所述第二放大器输出第二模拟信号;
第一电容和第二电容,所述第一电容连接于第一放大器的输出端和第二放大器的负输入端之间,第二电容连接于第二放大器的负输入端和输出端之间;
直流反馈支路,所述直流反馈支路包括减法器和第一反馈电阻;第二模拟信号接入所述减法器的第一输入端,第一模拟信号接入所述减法器的第二输入端;所述第一反馈电阻连接于第二放大器的负输入端和减法器的输出端之间。
2.根据权利要求1所述的前置放大器,其特征在于,所述第二放大器的正输入端接地,外接信号源为0。
3.根据权利要求1所述的前置放大器,其特征在于,所述减法器包括第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关以及第一控制信号和第二控制信号;
所述第三电容连接于第二放大器的输出端和第一反馈电阻之间,所述第四电容的一端通过第一开关接第一放大器的输出端,另一端通过第二开关接地;
所述第三开关连接于第四电容的一端和第三电容的一端之间,第四开关连接第四电容的另一端和第三电容的另一端之间;
所述第一控制信号控制第一开关和第二开关的通断,第二控制信号控制第三开关和第四开关的通断。
4.根据权利要求1所述的前置放大器,其特征在于,所述第一反馈电阻包括第五电容、第六电容、第五开关和第六开关以及分别控制第五开关和第六开关通断的第三控制信号和第四控制信号;
所述第五电容一端接地、另一端接第五开关的一端,所述第六电容一端接地,所述第六开关连接于第五电容的另一端和第六电容的另一端之间;所述第五开关的另一端和第六电容的另一端接入所述直流反馈支路中。
5.根据权利要求4所述的前置放大器,其特征在于,所述第三控制信号和第四控制信号为非交叠时钟信号,且第三控制信号和第四控制信号为高电平时,第五开关和第六开关导通;第三控制信号和第四控制信号为低电平时,第五开关和第六开关断开;所述第三控制信号和第四控制信号的低电平不大于第一反馈电阻的输入端电压。
6.根据权利要求1所述的前置放大器,其特征在于,所述直流反馈支路还包括连接于减法器和第一反馈电阻之间的加法器,所述加法器的第一输入端连接于减法器的输出端、第二输入端连接于外接信号源、输出端连接于第一反馈电阻;
所述外接信号源输出正电压VCM,且VN‑VP+VCM>0,其中,VP为第一模拟信号的电压,VN为第二模拟信号的电压。
7.根据权利要求6所述的前置放大器,其特征在于,所述减法器和加法器包括第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关以及第一控制信号和第二控制信号;
所述第三电容连接于第二放大器的输出端和第一反馈电阻之间,所述第四电容的一端通过第一开关接第一放大器的输出端,另一端通过第二开关接外接信号源;
所述第三开关连接于第四电容的一端和第三电容的一端之间,第四开关连接于第四电容的另一端和第三电容的另一端之间;
所述第一控制信号控制第一开关和第二开关的通断,第二控制信号控制第三开关和第四开关的通断。
8.根据权利要求1所述的前置放大器,其特征在于,所述直流反馈支路还包括连接于减法器和第一反馈电阻之间的加法器,所述加法器的第一输入端连接于减法器的输出端、第二输入端连接于外接信号源、输出端连接于第一反馈电阻;
所述直流反馈支路还包括连接于减法器的第一输入端和第二放大器的输出端之间的第一乘法器和连接于减法器的第二输入端和第一放大器的输出端之间的第二乘法器,所述第一乘法器和第二乘法器的放大倍数均为a;
所述外接信号源输出正电压VCM,且aVN‑aVP+VCM>0,其中,VP为第一模拟信号,VN为第二模拟信号;
其中,a<1。
9.根据权利要求8所述的前置放大器,其特征在于,所述减法器和加法器包括第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关以及第一控制信号和第二控制信号;
所述第三电容连接于第一乘法器的输出端和第一反馈电阻之间,所述第四电容的一端通过第一开关接第二乘法器的输出端,另一端通过第二开关接外接信号源;
第三开关连接于第四电容的一端和第三电容的一端之间,第四开关连接于第四电容的另一端和第三电容的另一端之间;
所述第一控制信号控制第一开关和第二开关的通断,第二控制信号控制第三开关和第四开关的通断。
10.根据权利要求1所述的前置放大器,其特征在于,所述直流反馈支路还包括第二反馈电阻和第七电容,所述第二反馈电阻连接于第一反馈电阻和第二放大器的负输入端之间,第七电容一端连接于第一反馈电阻和第二反馈电阻之间,另一端接地。
说明书 :
前置放大器
技术领域
背景技术
器,可以将声音信号放大并量化成离散的PDM数字信号输出,前置放大器输出第一模拟信号
和第二模拟信号,输入至模数转换器内。相对于模拟麦克风的模拟电压信号输出,PDM数字
信号具有抗干扰、走线长的优点,且降低了后级音频处理器的要求,不需要后级的音频处理
器集成模数转换器。但是,为了提高动态范围,通常模拟麦克风的模拟电压输出可以通过在
应用系统中增加隔直电容去除直流失调,而PDM数字信号输出不可以通过增加隔直电容的
方法去除直流失调。因此,必须采用一定的措施来减小数字麦克风调理芯片自身的失调电
压。
流电平作为第二模拟信号的直流偏置,使得第一模拟信号和第二模拟信号的直流电平相
同,从而消除了第一模拟信号和第二模拟信号的直流失调。
发明内容
直流反馈支路包括减法器和第一反馈电阻;第二模拟信号接入所述减法器的第一输入端,
第一模拟信号接入所述减法器的第二输入端;所述第一反馈电阻连接于第二放大器的负输
入端和减法器的输出端之间。
六电容的另一端接入所述直流反馈支路中。
和第四控制信号为低电平时,第五开关和第六开关断开;所述第三控制信号和第四控制信
号的低电平不大于第一反馈电阻的输入端电压。
接信号源、输出端连接于第一反馈电阻;
于第二放大器的输出端和第一反馈电阻之间,所述第四电容的一端通过第一开关接第一放
大器的输出端,另一端通过第二开关接外接信号源;
接信号源、输出端连接于第一反馈电阻;
所述第一乘法器和第二乘法器的放大倍数均为a;
于第一乘法器的输出端和第一反馈电阻之间,所述第四电容的一端通过第一开关接第二乘
法器的输出端,另一端通过第二开关接外接信号源;
于第一反馈电阻和第二反馈电阻之间,另一端接地。
和第二模拟信号的相位相反,从而第一模拟信号和第二模拟信号可以构成一对差分模拟信
号并作为后级模数转换器的输出。并且,本发明中采用的直流反馈支路由减法器和第一反
馈电阻构成,由于第二放大器的“虚短”效果,第二模拟信号减去第一模拟信号的直流值等
于第二放大器正输入端接入的外接信号源,从而可通过调整外接信号源的大小来减少或消
除直流失调。另外,第一反馈电阻和第一电容、第二电容构成低通滤波器,可以进一步滤除
第二模拟信号减去第一模拟信号的交流值。该第一反馈电阻处于负反馈路径,其噪声放大
倍数小,因而也可以减小噪声来源。
附图说明
例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护
的范围。
芯片即包括前置放大器和模数转换器,用于将声音信号放大并量化成离散的PDM数字信号
输出,其中,PDM是指脉冲密度调制(Pulse Density Modulation),简称PDM,是一种使用二
进制数0和1来表示模拟信号的调制方式。其中,所述第一模拟信号VP和第二模拟信号VN是
一对差分模拟信号,用于作为模数转换器的输入。
间;
端;所述第一反馈电阻R1连接于第二放大器AMP2的负输入端和减法器SUB的输出端之间。
模拟信号VP和第二模拟信号VN的相位相反,从而第一模拟信号VP和第二模拟信号VN可以构
成一对差分模拟信号并作为后级模数转换器的输出。并且,本发明中采用的直流反馈支路
由减法器SUB和第一反馈电阻R1构成,由于第二放大器AMP2的“虚短”效果,第二模拟信号VN
减去第一模拟信号VP的直流值等于第二放大器AMP2正输入端接入的外接信号源,从而可通
过调整外接信号源的大小来减少或消除直流失调。另外,第一反馈电阻R1和第一电容C1、第
二电容C2构成低通滤波器,可以进一步滤除第二模拟信号VN减去第一模拟信号VP的交流
值。该第一反馈电阻R1处于负反馈路径,其噪声放大倍数小,因而也可以减小噪声来源。
相位相反,因此第一模拟信号VP和第二模拟信号VN可构成一对差分模拟信号,并用于后续
的模数转换器中。
AMP2的正输入端接地,因而,通过减法器SUB,导致VN‑VP的直流值等于第二放大器AMP2正输
入端所接的外接信号源,因而,在仅考虑直流的情况下,VNDC‑VPDC=0,从而本发明的前置放
大器可以起到减小直流失调的效果。
路,因此功耗低、噪声小。不同的,所述第二放大器AMP2为差分输入单端输出的放大器,因而
需要第一电容C1和第二电容C2构成放大支路,也需要直流反馈支路。
二控制信号CK2;
地;
VSUB;而第一放大器AMP1的输出端即为第一模拟信号VP,因而所述第四电容C4两端即为第
一模拟信号VP和接地端。如图2(b)所示,所述第一控制信号CK1和第二控制信号CK2为非交
叠时钟;即第一控制信号CK1为高电平时,第二控制信号CK2为低电平;第一控制信号CK1为
低电平时,第二控制信号CK2为高电平。且在本具体实施方式中,所述第一控制信号CK1为高
电平时,第一开关S1和第二开关S2导通;第一控制信号CK1为低电平时,第一开关S1和第二
开关S2断开;第二控制信号CK2为高电平时,第三开关S3和第四开关S4导通;第二控制信号
CK2为低电平时,第三开关S3和第四开关S4断开。
四开关S4断开,第四电容C4采样第一模拟信号VP的电压;进而,在第一控制信号CK1为低电
平、第二控制信号CK2为高电平时,第一开关S1和第二开关S2断开、第三开关S3和第四开关
S4导通,使得第三电容C3和第四电容C4并联,第四电容C4上的电压传递到第三电容C3上。从
而,经过多次第四电容C4的电压采样和电压传递,第三电容C3两端的电压差为第一模拟信
号VP的电压。而又由于第三电容C3一端接入第二模拟信号VN,因而第三电容C3的另一端、即
该减法器SUB的输出端VSUB的电压即为第二模拟信号VN的电压减去第一模拟信号VP,即
VSUB=VN‑VP。从而,可通过上述结构来实现减法的功能。
控制第五开关S5和第六开关S6通断的第三控制信号CK3和第四控制信号CK4;
关S5的另一端和第六电容C6的另一端接入所述直流反馈支路中。
端。第三控制信号CK3和第四控制信号CK4对第五开关S5和第六开关S6分别进行控制。
通;第三控制信号CK3和第四控制信号CK4为低电平时,第五开关S5和第六开关S6断开;所述
第三控制信号CK3和第四控制信号CK4的低电平不大于第一反馈电阻R1的输入端电压。
压为所述第一反馈电阻R1上所传递的电压信号。当VN<VP时,第一反馈电阻R1上所传递的
电压信号即为负电压。由于,对于开关来说,控制开关的控制信号的低电平不可以高于该开
关传递的电压,否则该开关无法完全断开。因而,在本实施方式中,当VN<VP时,该开关传递
的电压为负电压,则如图3(b)所示,第三控制信号CK3和第四控制信号CK4的低电平必须为
负电压,且必须小于VSUB。该负电压的驱动可通过电荷泵产生。
的输出端、第二输入端连接于外接信号源、输出端连接于第一反馈电阻R1;
第二放大器AMP2的正输入端也接该外接信号源,而所述外接信号源输出正电压VCM,因此,
通过直流反馈,使得VNDC‑VPDC+VCM=VCM,则同样可以得到VNDC=VPDC,从而该第二种实施方
式中,也同样可以起到减小或消除直流失调的效果。
输出端电压VSUM,而VSUM=VN‑VP+VCM。从而,可以通过调整VCM的大小使得VSUM>0,第一反
馈电阻R1上传递的电压为正电压。如上述所述,所述第三控制信号CK3和第四控制信号CK4
的低电平不大于第一反馈电阻R1的输入端电压,从而上述第五开关S5和第六开关S6的第三
控制信号CK3和第四控制信号CK4的低电平可以为零电平,不需要为特意为负电压。
可以用过上述方式对外接信号源输出的正电压VCM进行调整。
SUB和加法器ADD包括第三电容C3、第四电容C4、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第
四开关S4以及第一控制信号CK1和第二控制信号CK2;
接信号源;
VSUM;而第一放大器AMP1的输出端即为第一模拟信号VP,外接信号源输出正电压VCM,因而
所述第四电容C4两端即为第一模拟信号VP和正电压VCM。
号CK2为高电平。且在本具体实施方式中,所述第一控制信号CK1为高电平时,第一开关S1和
第二开关S2导通;第一控制信号CK1为低电平时,第一开关S1和第二开关S2断开;第二控制
信号CK2为高电平时,第三开关S3和第四开关S4导通;第二控制信号CK2为低电平时,第三开
关S3和第四开关S4断开。
开关S3和第四开关S4断开,第四电容C4采样VP‑VCM的电压;进而,在第一控制信号CK1低电
平、第二控制信号CK2为高电平时,第一开关S1和第二开关S2断开、第三开关S3和第四开关
S4导通,使得第三电容C3和第四电容C4并联,第四电容C4上的电压传递到第三电容C3上。从
而,经过多次第四电容C4的电压采样和电压传递,第三电容C3两端的电压差为VP‑VCM。而又
由于第三电容C3一端接入第二模拟信号VN,因而第三电容C3的另一端、即该加法器ADD的输
出端VSUM的电压即为VN‑(VP‑VCM)=VN‑VP+VCM。从而,可通过上述结构来实现减法和加法
的功能。
信号源、输出端连接于第一反馈电阻R1;
之间的第二乘法器MUL2,所述第一乘法器MUL1和第二乘法器MUL2的放大倍数均为a;
正电压VCM相加,加法器ADD的输出端电压VSUM=aVN‑aVP+VCM。同样的,由于直流反馈,
aVNDC‑aVPDC+VCM=VCM,则同样可以得到VNDC=VPDC,从而该第二种实施方式中,也同样可以
起到减小或消除直流失调的效果。
上传递的电压为正电压。如上述所述,所述第三控制信号CK3和第四控制信号CK4的低电平
不大于第一反馈电阻R1的输入端电压,从而上述第五开关S5和第六开关S6的第三控制信号
CK3和第四控制信号CK4的低电平可以为零电平,不需要为特意为负电压。
CK1和第二控制信号CK2;
接信号源;
SUB的第一输入端;第二乘法器MUL2的IN端接第一放大器AMP1的输出端,第二乘法器MUL2的
OUT端接减法器SUB的第二输入端。系数a=N/(M+N)。
端之间,第七电容C7一端连接于第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2之间,另一端接地。
者为工作在亚阈值区的MOS管,以实现比第一反馈电阻R1更高的阻值。并且,由于第一反馈
电阻R1和第七电容C7可以滤除交流信号,从而用二极管或者工作在亚阈值区的MOS管不会
增加非线性。因而,本第四种实施方式中,直流反馈支路的阻抗可以更高、带宽可以更窄,第
二反馈电阻R2和第一反馈电阻R1上的噪声也相应的可以被滤除的更小。
施方式的基础上进行更改,均可达到本发明的目的。
大,且第一模拟信号VP和第二模拟信号VN的相位相反,从而第一模拟信号VP和第二模拟信
号VN可以构成一对差分模拟信号并作为后级模数转换器的输出。并且,本发明中采用的直
流反馈支路由减法器SUB和第一反馈电阻R1构成,由于第二放大器AMP2的“虚短”效果,第二
模拟信号VN减去第一模拟信号VP的直流值等于第二放大器AMP2正输入端接入的外接信号
源,从而可通过调整外接信号源的大小来减少或消除直流失调。另外,第一反馈电阻R1和第
一电容C1、第二电容C2构成低通滤波器,可以进一步滤除第二模拟信号VN减去第一模拟信
号VP的交流值。该第一反馈电阻R1处于负反馈路径,其噪声放大倍数小,因而也可以减小噪
声来源。
将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人
员可以理解的其他实施方式。
更均应包含在本发明的保护范围之内。