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1、10申请公布号CN104170251A43申请公布日20141126CN104170251A21申请号201380014201022申请日2013031461/610,52720120314US13/557,44620120725USH03F3/45200601H03F3/7020060171申请人德克萨斯仪器股份有限公司地址美国德克萨斯州72发明人VV伊娃诺夫BP路舒晨K卡德沃74专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245代理人赵蓉民54发明名称具有低输入泄漏的自动调零放大器57摘要一种装置，包括放大器340，其具有反相输入端和非反相输入端；电容器350，其耦合于放大器的反相输入端；。
2、输入电压输送控制电路309，其具有第一开关310和第二开关315，第一开关耦合于电容器，并且第二开关耦合于放大器的非反相输入端；参考电压输送控制电路318，其具有第三开关333和第四开关335，其中共用节点331耦合于第三开关和第四开关之间，第四开关耦合于放大器的非反相输入端；第五开关370，其耦合于放大器的输出端；泄漏控制电路399，其具有第六开关395和第七开关397，第六开关耦合于反相放大器输入端和第五开关之间，第七开关耦合于第六开关和电容器；以及第一电阻器，反馈电阻器360从放大器的输出端耦合到第一开关。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014091586PCT国际申请的。
3、申请数据PCT/US2013/0311512013031487PCT国际申请的公布数据WO2013/138546EN2013091951INTCL权利要求书3页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书5页附图3页10申请公布号CN104170251ACN104170251A1/3页21一种装置，其包括放大器，其具有反相输入端和非反相输入端；电容器，其耦合于所述放大器的所述反相输入端；输入电压输送控制电路，其具有第一开关和第二开关，所述第一开关耦合于所述电容器，并且所述第二开关耦合于所述放大器的所述非反相输入端；参考电压输送控制电路，其具有第三开关和。
4、第四开关，其中一个共用节点耦合于所述第三开关和所述第四开关之间，所述第四开关耦合于所述放大器的所述非反相输入端；第五开关，其耦合于所述放大器的输出端；泄漏控制电路，其具有第六开关和第七开关，所述第六开关耦合于所述反相放大器输入端和所述第五开关之间，所述第七开关耦合于所述第六开关和所述电容器；和第一电阻器，其从所述放大器的所述输出端耦合到所述第一开关，其中所述第一电阻器是反馈电阻器。2根据权利要求1所述的装置，其中所述输入电压输送控制电路的所述共用节点还耦合于参考电压的正输出端。3根据权利要求1所述的装置，其中所述第六开关是PMOS开关。4根据权利要求1所述的装置，其中所述第六开关在断开时具有基。
5、本上等于所述电容器和所述第七开关的所述闭合开关电压之和的电压。5根据权利要求4所述的装置，其中所述电容器的两端的电压使得与所述第六开关断开时的所述第六开关两端的所述电压成比例的电流流入所述电容器中，其中所述电压基本上等于所述电容器的电压与所述第七开关的所述闭合开关电压总和。6根据权利要求1所述的装置，还包括，其中所述输入电压输送控制电路的所述第一和第二开关与所述参考电压输送控制电路的所述第三和第四开关处于相反的逻辑状态，并且其中所述泄漏控制电路的所述第六开关与所述参考电压输送控制电路处于相同的逻辑状态，并且所述泄漏控制电路的所述第七开关与所述输入电压输送控制电路处于相同的逻辑状态。7根据权利要。
6、求1所述的装置，还包括耦合于所述第一电阻器的第二电阻器，所述第二电阻器还耦合于地。8一种包括具有反相输入端和非反相输入端的自动调零放大器系统的系统，所述系统包括电容器，其耦合于所述自动调零放大器的所述反相输入端；输入电压输送控制电路，其具有第一开关和第二开关，所述第一开关耦合于所述电容器，并且所述第二开关耦合于所述自动调零放大器的所述非反相输入端；参考电压输送控制电路，其具有第三开关和第四开关，其中一个共用节点耦合于所述第三开关和所述第四开关之间，所述第四开关耦合于所述放大器的所述非反相输入端；第五开关，其耦合于所述自动调零放大器的输出端；泄漏控制电路，其包括第六开关和第七开关，所述第六开关耦。
7、合于所述反相自动调零放大器和所述第五开关之间，所述第七开关耦合于所述第六开关和所述电容器；第一电阻器，其从所述自动调零放大器的所述输出端耦合到所述第一开关，其中所述第一电阻器是反馈电阻器；权利要求书CN104170251A2/3页3第二电阻器，其从所述第一电阻器耦合到地；和电压源，其耦合于所述地和所述参考电压输送控制电路之间；其中，所述参考电压输送控制电路的共用节点还耦合于所述参考电压的正输出端。9根据权利要求8所述的系统，还包括，其中所述第三、第四、第五和第六开关同时处于闭合状态，并且所述第一、第二和第七开关在那个同时处于断开状态。10根据权利要求8所述的系统，还包括，其中所述第三、第四、第。
8、五和第六开关同时断开，并且所述第一、第二和第七开关在那个同时处于断开状态。11根据权利要求8所述的自动调零放大器，其中所述第六开关是PMOS开关。12根据权利要求8所述的系统，其中所述第六开关在断开时具有基本上等于所述第七开关的所述闭合开关电压的电压。13根据权利要求13所述的系统，其中所述电容器两端的电压使得与所述第六开关断开时的所述第六开关两端的电压成比例的电流流入所述电容器中，其中那个电压基本上等于所述电容器的电压与所述第七开关的所述闭合开关电压总和。14根据权利要求8所述的系统，其中所述放大器是单端放大器。15一种包括具有反相输入端、非反相输入端和共模电压输入端的自动调零差分放大器的系。
9、统；所述系统包括高侧自动调零电容器，其耦合于所述自动调零放大器的所述反相输入端；低侧自动调零电容器，其耦合于所述自动调零放大器的所述反相输入端；高侧输入电压输送控制电路，其具有高侧第一开关和高侧第二开关，所述高侧第一开关耦合于所述高侧电容器，并且所述高侧第二开关耦合于所述放大器的所述非反相输入端；低侧输入电压输送控制电路，其具有低侧第一开关和低侧第二开关，所述低侧第一开关耦合于所述低侧电容器，并且所述低侧第二开关耦合于所述放大器的所述非反相输入端；高侧参考电压输送控制电路，其具有高侧第三开关和高侧第四开关，其中一个共用节点耦合于所述高侧第三开关和所述高侧第四开关之间，并且所述高侧第四开关耦合于。
10、所述放大器的所述反相输入端；低侧参考电压输送控制电路，其具有低侧第三开关和低侧第四开关，其中一个共用节点耦合于所述低侧第三开关和所述低侧第四开关之间，并且所述第四开关耦合于所述放大器的所述非反相输入端；高侧第五开关，其耦合于所述放大器的正输出端；低侧第五开关，其耦合于所述放大器的负输出端；高侧泄漏控制电路，其具有高侧第六开关和高侧第七开关，所述高侧第六开关耦合于所述反相放大器输入端和所述高侧第五开关之间，所述高侧第七开关耦合于所述第六开关和所述高侧电容器；和低侧泄漏控制电路，其具有低侧第六开关和低侧第七开关，所述低侧第六开关耦合于所述反相放大器输入端和所述低侧第五开关之间，所述低侧第七开关耦合。
11、于所述低侧第六开关和所述低侧电容器。16根据权利要求15所述的系统，还包括，其中第二高侧电容器从所述放大器的所述权利要求书CN104170251A3/3页4高侧输出端耦合到所述第一高侧开关。17根据权利要求15所述的系统，其中所述高侧第六开关和所述低侧第六开关均为PMOS开关。18根据权利要求15所述的系统，还包括高侧第三电容器，其耦合于所述高侧第一开关和高侧输入电压之间；和低侧第三电容器，其耦合于所述低侧第一开关和低侧输入电压之间。19根据权利要求15所述的系统，还包括，其中所述高侧第六开关在断开时具有基本上等于所述高侧第七开关的所述闭合开关电压的电压。20根据权利要求19所述的系统，其中所。
12、述电容器两端的电压使得与所述第六开关断开时的所述第六开关两端的电压成比例的电流流入所述电容器中，电压基本上等于所述第七开关的所述闭合开关电压。权利要求书CN104170251A1/5页5具有低输入泄漏的自动调零放大器技术领域0001本发明一般涉及自动调零放大器，并且更具体地，涉及具有至偏移保持电容器的低泄漏的自动调零放大器。背景技术0002图1示出现有技术的自动调零放大器100。一般地，自动调零放大器常用于减小放大器的电压偏移。0003在自动调零放大器100中，V输入VIN105耦合于开关S2115。开关S2115耦合于节点119，其依次耦合于自动调零放大器“A0”140的非反相输入端。放大器。
13、AO140的V输出VOUT180通过节点181耦合于开关S5170。开关S5170通过节点151耦合到放大器A0140的反相输入端。0004节点181也耦合于电阻器R1160。电阻器R1160耦合于节点111，并且节点111耦合于开关S1110和电阻器R2120。开关S1110耦合于节点117。电阻器R2120耦合于节点121，并且从节点121耦合于地122。节点121也耦合于电压源130的负端，其中电压源130的正端耦合于节点131。节点131依次耦合于开关S3133，并且也耦合于开关S4135。开关S3133通过节点117耦合于开关S1110，并且开关S4135在节点119处耦合于开关S2。
14、115，其依次耦合于放大器A0140的非反相输入端。电容器AZ150耦合于节点117和节点151之间。0005自动调零放大器100可如下工作0006在阶段1期间“F1”，即“自动调零”配置，自动调零放大器100处于“自动偏移”的配置，并且放大器A0140的偏移量通过电容器AZ150被积分。0007在“自动调零”配置的阶段2期间“F2”，即“保持”配置，由于开关S1110闭合，因此电容器AZ150通过R1160是电连接的反馈。当开关S2115闭合，VIN105连接于放大器A0140的非反相输入端。因此，放大器A0140的反相输入端与非反相输入端之间的偏移量通过电容器AZ150被积分。因此，相比于。
15、非偏移补偿的放大器，信号VIN以更高的精确度被放大。0008然而，该自动调零放大器100存在缺点。在自动调零放大器100中，在“F2”期间，存在泄漏电流通过开关S5170，电容器AZ150上有泄漏电流，因此改变其电压，从而有效地改变放大器100的偏移量。当S5170在“F2”期间断开时，其两端的电压等于VIN105和VOUT180之间的差，并且能够相当大，导致大的泄漏电流通过开关S5170。换言之，该放大器操作为“F2”期间的放大器；然而，由这个相当大的电压而导致的通过开关S5170的泄漏是在自动调零时间段“F1”的情况之间的限制操作时间。0009图2示出现有技术的采用/长保持系统。VIN20。
16、5耦合于开关S0210。开关S0210耦合于节点212。开关S1215也耦合于节点212。开关S2220也耦合于节点212，作为其体二极管。开关S1215耦合于节点217，并且节点217耦合于放大器A0230的反相输入端。节点217也耦合于放大器A0230的VOUT235。开关S2220耦合于节点222。节说明书CN104170251A2/5页6点222耦合于电容器C0225和放大器A0230的非反相输入端。电容器C0225还耦合于地227。0010采样/长保持系统200可如下工作0011在“F0”阶段期间，即“采样”配置，开关210和220闭合，其将电压VIN205输送至电容器C0225和放。
17、大器A0230的非反相输入端。由于输出端235被短路到反相输入端217，所以放大器A0230是单位增益放大器。0012在“保持”阶段“F0非”期间，开关215关闭，而开关S0210和S2220断开。开关220两端的电压降等于放大器A0的电压偏移量几毫伏，因此确保小的泄漏通过该开关并长的保持时间。然而，这是采样/保持电路，并且不可以直接用于图1的自动调零放大器。0013该采样和保持电路避免图1的晶体管泄漏问题，因为它不是自动校正电路，然而，因此它不自动校正。0014因此，将图1的自动调零补偿与图2的采样和保持组合，以解决至少一些使用现有技术的顾虑，这是有利的。发明内容0015本发明的第一方面提供。
18、一种装置，其包括放大器，其具有反相输入端和非反相输入端；电容器，其耦合于放大器的反相输入端；输入电压输送控制电路，其具有第一开关和第二开关，第一开关耦合于电容器，并且第二开关耦合于放大器的非反相输入端；参考电压输送控制电路，其具有第三开关和第四开关，其中一个共用节点耦合于第三开关和第四开关之间，第四开关耦合于放大器的非反相输入端；第五开关，其耦合于放大器的输出端；泄漏控制电路，其具有第六开关和第七开关，第六开关耦合于反相放大器输入端和第五开关之间，第七开关耦合于第六开关和电容器；以及第一电阻器，其从放大器的输出端耦合到第一开关。0016本发明的第二方面提供一种包括具有反相输入端和非反相输入端的。
19、自动调零放大器系统的系统，该系统包括电容器，其耦合于自动调零放大器的反相输入端；输入电压输送控制电路，其具有第一开关和第二开关，第一开关耦合于电容器，并且第二开关耦合于自动调零放大器的非反相输入端；参考电压输送控制电路，其具有第三开关和第四开关，其中一个共用节点耦合于第三开关和第四开关之间，第四开关耦合于放大器的非反相输入端；第五开关，其耦合于自动调零放大器的输出端；泄漏控制电路，其包括第六开关和第七开关，第六开关耦合于反相自动调零放大器和第五开关之间，第七开关耦合于第六开关和电容器；第一电阻器，其从自动调零放大器的输出端耦合到第一开关；第二电阻器，其从第一电阻器耦合到地；以及电压源，其耦合于。
20、地和参考电压输送控制电路之间，其中，参考电压输送控制电路的共用节点还耦合于参考电压的正输出端。0017本发明的第三方面提供一种包括具有反相输入端、非反相输入端和共模电压输入端的自动调零差分放大器的系统；该系统包括高侧自动调零电容器，其耦合于自动调零放大器的反相输入端；低侧自动调零电容器，其耦合于自动调零放大器的反相输入端；高侧输入电压输送控制电路，其具有高侧第一开关和高侧第二开关，高侧第一开关耦合于高侧电容器，并且高侧第二开关耦合于放大器的非反相输入端；低侧输入电压输送控制电路，说明书CN104170251A3/5页7其具有低侧第一开关和低侧第二开关，低侧第一开关耦合于低侧电容器，并且低侧第二。
21、开关耦合于放大器的非反相输入端；高侧参考电压输送控制电路，其具有高侧第三开关和高侧第四开关，其中一个共用节点耦合于高侧第三开关和高侧第四开关之间，高侧第四开关耦合于放大器的反相输入端；低侧参考电压输送控制电路，其具有低侧第三开关和低侧第四开关，其中一个共用节点耦合于低侧第三开关和低侧第四开关之间，第四开关耦合于放大器的非反相输入端；高侧第五开关，其耦合于放大器的正输出端；低侧第五开关，其耦合于放大器的负输出端；高侧泄漏控制电路，其具有高侧第六开关和高侧第七开关，高侧第六开关耦合于反相放大器输入端和高侧第五开关之间，高侧第七开关耦合于第六开关和高侧电容器；以及低侧泄漏控制电路，其具有低侧第六开关。
22、和低侧第七开关，低侧第六开关耦合于反相放大器输入端和低侧第五开关之间，低侧第七开关耦合于低侧第六开关和低侧电容器。附图说明0018图1示出现有技术的自动调零放大器100；0019图2示出现有技术的采样和保持放大器200；0020图3示出根据本发明的原理构造的具有低泄漏电流300的自动调零放大器；以及0021图4示出根据本发明的原理构造的具有低泄漏电流400的差分自动调零放大器。具体实施方式0022转到图3，其示出根据本申请的原理构造的具有低泄漏电流300的自动调零放大器的一方面。0023一般地，在自动调零放大器300中，如下面将要讨论的，泄漏控制电路399的开关S7397两端的电压是在泄漏控制。
23、电路399的耦合开关S6395在反相阶段“F2”、“F1”中启用和停用的，从而将开关S6395两端的电压限制为电容器AZ350两端的电压，从而大幅度地降低开关S6395在断开时两端的最大电压。在“F0”阶段期间大幅度地降低开关S6395在断开时两端的最大电压，从而大幅度地减小至电容器AZ350的泄漏电流，从而大幅度地增大F0运转时间的运转参数。0024相比于现有技术的放大器100和200，自动调零放大器300，即带隙放大器，允许“F0”的时长显著增加，其从10微秒到10毫秒。0025在自动调零放大器300中，VIN305耦合于开关S2315。开关S2315耦合于节点319，其依次耦合于自动调零。
24、放大器340的非反相输入端。自动调零放大器380的VOUT380通过节点381耦合于开关S5370。开关S5370耦合于泄漏控制电路399。自动调零放大器300的各个开关可以是，例如，PMOS开关。0026泄漏控制电路399包括节点358，其耦合于开关S5370。节点358还耦合于泄漏控制电路399内的开关S7397。开关S7397耦合于节点317。同样在泄漏控制电路399内的开关S6395耦合于节点356。节点317和356耦合于电容器AZ350，其用于在F0期间对放大器300的偏移量进行积分。0027节点381还耦合于反馈电阻器R1360。反馈电阻器R1360耦合于节点311，节点311耦。
25、合于输入电压输送控制电路309的开关S1310和电阻器R2320。开关S1310耦合说明书CN104170251A4/5页8于节点317。电阻器R2320耦合于节点321，并且从节点321耦合到地322。节点321还耦合于电压源330的负端，其中电压源330的正端耦合于参考电压控制电路318的节点331。节点331依次耦合于开关S3333，并且还耦合于开关S4335，同样是在参考电压控制电路318中。开关S333耦合于节点317，并且开关S4335耦合于节点319。0028一般地，电容器AZ350两端的电压基本上等于放大器A0的偏移量。因此，开关S6395两端的电压也基本上等于AZ的偏移量，从。
26、而减少通过开关S6395的泄漏，并因此大幅度地增加自动调零时期之间的保持时间。偏移量可以为05MV。0029自动调零放大器300可如下工作0030在阶段1“F1”期间，自动调零放大器300处于“自动调零”的配置，并且放大器A0340的偏移量被电容器AZ150积分。开关S3333和S4335闭合，并因此分别输送参考电压330至节点317和319。放大器A0340的偏移量被电容器AZ350积分。开关S5370和开关S6395闭合，从而使输出端VOUT380的值反相为基本上单位增益的单一反馈。0031在阶段2“F2”期间，即“低泄漏保持阶段”配置，由于开关S2315闭合，因此电容器AZ350与反相输。
27、入端串联连接，而由于开关S2315闭合，因此VIN305连接于放大器A0340的非反相输入端。放大器A0340的反相和非反相输入端之间的偏移量因此被电容器AZ350积分。0032另外，在自动调零放大器300中，在“F2”期间，即“低泄漏保持阶段”配置，开关S7397也闭合。由于开关S7397在“F2”期间闭合，因此在“F2”期间，闭合的开关S7397两端的电压与电容器AZ350和断开的开关S6395并行耦合，因此对断开的开关S6395施加一个低电压上限限制。因此，在“F2”期间，一般仅几毫伏或微伏的电压被施加在开关S6395两端，与现有技术的自动调零放大器100的开关相反，其中开关两端的差为放。
28、大器A0140的输出端与放大器A0140的反相输入端节点之间的差，相比于现有技术的S6170同样在“F2”阶段期间断开两端的电压，从而显著降低了断开的开关S6395两端的电压。0033这样反而允许至电容器AZ350的显著降低的泄漏电流，从而增加使用时间。有利地，限制该电路中开关S6370在断开时的两端的电压变化以限制其泄漏电流，从而改进自动调零放大器300的功能。0034图4示出差分自动调零放大器400。自动调零放大器400与自动调零放大器300具有类似的构造和运行原理，除了自动调零放大器300是单端放大器，而自动调零放大器400是差分放大器。如图所示，负差分侧403反映出正差分侧401。正差。
29、分侧401的“F1”和“F2”阶段可类似负差分侧403进行应用。0035在阶段“F1”期间，即差分自动调零放大器400的“差分自动调零”配置，电容器AZ450、451通过差分电压参考输送电路414的第三高侧开关S3415和第三低侧开关418电连接于输入共模电压或地或参考VCM和放大器A0440OUT以及放大器A0440OUT之间。在自动调零放大器400中，输送的参考电压是共模电压。放大器A0440的反相和非反相输入端的偏移量在电容器AZ450、451和C2、C2之间积分。小的芯片区域可具有几PF值。0036在“F2”阶段期间，即差分自动调零放大器400的“差分保持”配置，上侧泄漏控制电路499的断开开关S6495两端的电压并行短路，从而限制在这些断开开关S6495和S6两端的电压，对于有源阶段，从而降低至电容器AZ450和电容器AZ451的泄漏电流。说明书CN104170251A5/5页9开关根据阶段被示为闭合/断开。0037本申请所涉及的本领域的技术人员应当理解，在要求保护的本发明的范围之内，许多其它实施例和变体是可能的。说明书CN104170251A1/3页10图1现有技术图2现有技术说明书附图CN104170251A102/3页11图3说明书附图CN104170251A113/3页12图4说明书附图CN104170251A12。