斩波器稳定放大器以及滤波器的制造方法_3

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分58的两条电阻器通路的中间连接(例如,节点67和68)连接至电容器69,同时将电容器通路的中间连接(例如,节点77和78)连接至电阻器62。
[0039]电阻器62-64和72_73的值可以基本上相等。而且,电容器65_66、69和74-75的值也可以基本上相等,且在一个实施例中,其还可以基本上等于电容器44-45、48和52-53的值。
[0040]放大器10还可以包括前馈通路,该前馈通路包括放大器86和放大器87。在一些实施例中,可以将放大器87配置为运算放大器。可以将放大器10的输入12连接至放大器86的倒相输入,可以将放大器86的非倒相输入连接至放大器10的输入11。放大器86的输出90可以公共地连接至放大器87的倒相输入、放大器83的输出以及补偿电容器91的第一端子,所述补偿电容器91的另一端子可以连接至输出95。可以将放大器87的非倒相输入接地。可以将放大器87的输出连接至输出95。放大器85和83的跨导分别为gml和gm2o放大器87和86的跨导分别为gm3和gm4。
[0041]如前文所表述的,可以将滤波器40的实施例配置为具有两个截止频率。在实施例中,第一截止频率可以是用于操作电路25的斩波频率(或者可替代地用于操作电路15的频率),且第二截止频率可以是所述斩波频率的谐波。在实施例中,所述第二截止频率可以是所述斩波频率的三次谐波。例如,可以将滤波器40的实施例配置为不仅过滤用于操作电路25的斩波频率的一次谐波(或者替代地用于操作电路15的频率)(例如,信号Cl和C2的频率),而且还过滤用于操作电路25的斩波频率的至少另一其它谐波。本领域技术人员将认识到,可以将滤波器40的第二截止频率形成为三次谐波以外的其他谐波。第二陷波频率可以是除了偶次谐波以外的其他奇次谐波,因为所述的奇次谐波被认为运载着大部分能量。例如,第二陷波频率可以是五次谐波。不过,在其他实施例中,所述截止频率的至少其中之一可以是偶次谐波。可以将滤波器40的截止频率(f;ut()ff)的公式表达为:
[0042]fcutoff= I/(2 JT RC) ο
[0043]在实施例中,第一部分57中的电阻器和电容器的值被选择以形成第一截止频率,且滤波器40的第二部分58的电阻器和电容器的值被选择以形成第二截止频率。
[0044]一个非限制性的示例实施例可以包括,信号Cl和C2的频率(因而斩波频率)可以大约为一百二十五千赫(125kHz)。本领域的技术人员将理解,对这125kHz的斩波频率的该示例实施例的说明是作为解释放大器10的某些方面和优点的工具而予以解释的。但是,在其他实施例中,所述斩波频率可以具有其他值或者可以是其他频率。例如,更高的频率可能更易于滤波,而更低的频率可能提供某些改善的性能。在一些实施例中,斩波频率可以处于大约十(10)kHz到其它实施例的大约一(I)MHz之间。滤波器40的截止频率的实际值会根据为斩波频率所选择的频率而变化。
[0045]对于125kHz的斩波频率的示例实施例而言,第一截止频率为约125kHz或者斩波频率其本身。在该实施例中,滤波器40内的所有电容器的值可以被选择为约五(5)皮法。该值可以是足够高的以最小化寄生电容的影响,该值又要足够小以易于被集成为形成于半导体衬底上的半导体器件的一部分。电容器91的值可以具有大约五(5)皮法的值,电容器92可以具有大约六(6)皮法的值,且电容器39可以具有大约十八(18)皮法的值。针对高幅度正弦信号的处理中的对称误差,可以对比91对电容器92的值进行优化。电容器38和37可以各自具有大约十八(18)皮法的值。本领域技术人员将认识到,在其他实施例中电容器的值可以是不同的。
[0046]对于该非限制性示例实施例,第一部分57中使用的电阻器41_43、50和51的值被计算为每个约254.65千欧,以在大约125kHz的斩波频率fs处形成第一截止频率。为了在三次谐波处形成第二截止频率或第二陷波,电阻器62-64、72和73的值被计算为约84.88千欧。一旦计算出了滤波器40内的无源器件的值,就可以使用仿真或者其他方法估算出滤波器40的差分传递函数的幅度与频率的关系,在一个实施例中可以以dB或分贝为单位将其表不为:
[0047]I H40 I [dB] =20 (log | (V80-V81)) / (V35-V36) | )
[0048]其中
[0049]I H40 I是滤波器40的差分传递函数的幅度,
[0050]V35-V36是输入35和36之间的至滤波器40的差分输入电压,并且
[0051]V80-V81是输出80和81之间的滤波器40的差分输出电压。
[0052]在一个示例实施例中,所获得的仿真截止频率可以并非刚好是针对用于电阻器和电容器的值的预期截止频率。例如,在上述非限制性示例实施例中,由仿真获得的第一截止频率可以为约123.14kHz,第二截止频率可以是较高的381.42kHz。因而,滤波器40的两个串联连接的部分57和58的实际截止频率可能分别受到了大约-1.49%和大约+1.71%的误差的影响。认为这些误差可能是相互作用的结果。
[0053]在另一个非限制性示例实施例中,可以将电阻器41_43、50和51的值改为约为250.85千欧的值,同时可以将电阻器62-64、72和73的值改为约为86.33千欧的值。使用这些改变后的值所做的仿真示出了差动输入信号的衰减。
[0054]图3是具有曲线图93的图示,曲线图93以概要方式说明了滤波器40的传递函数(H40)的示例,以及由所述非限制性示例实施例的改变后的值所形成的截止频率或陷波。横坐标表示频率,纵坐标以db为单位示出了传递函数H40的幅度的值的一个非限制性例子。在滤波器40的实施例中,滤波器40的差分传递函数的幅度在低频率处可以基本上接近OdB或1,这意味着具有这样的频率的信号将基本上没有任何改变地通过。对于滤波器40的实施例而言,滤波器40的差分传递函数在较高频率处的幅度,例如,在非限制性示例实施例中在接近以及大于斩波频率的频率处的幅度可以首先降低,且尔后其可能遵循特定的对称双陷波形状。在非限制性示例实施例中,滤波器40可以在基本上接近125kHz的频率处提供大约59.2dB的衰减,同时在基本上接近375kHz处的衰减可以约为61.5dB。在实施例中并且考虑围绕斩波频率的频域的情况下,参考曲线图93,其可以表明如果斩波频率由于某些原因发生了移位(shift),那么能够在113.6kHz和140kHz之间获得40dB的最小衰减。对于334.2kHz和412.9kHz之间频域而言,能够获得围绕斩波频率的三次谐波的(例如,大约375kHz)的约为40dB的另一衰减。两个截止频率之间的(例如,大约125kHz和375kHz之间的频率)可以发生超过大约31.4dB的衰减,在大约215.18kHz附近可以产生最小值。斩波频率的第五谐波的例子(例如,大约625kHz)可以仅发生23.2dB的衰减。但是,由于这些谐波处的纹波分量比前两个奇次谐波的纹波分量小得多,因而这意味着使用改变后的值的滤波器具有良好的总性能。
[0055]在滤波器40的非限制性示例实施例中,滤波器40的差分传递函数的幅度可以在高频处升高到基本上接近Odb或I的值。
[0056]认为可以将滤波器40形成为针对斩波频率的一次和三次谐波两者都提供大约60dB(或者1000:1)的衰减。也可以将滤波器40形成为在对斩波频率修改±10%的情况下提供可接受的性能水平。在实施例中,可接受的性能可以是为大约40dB的衰减。本领域技术人员将认识到,可以在放大器10内形成某一跟踪行为。例如,振荡器22(图2)可以包括电流发生器或者电流源,所述电流发生器或者电流源被形成为包括电阻器,所述电阻器由与用于形成滤波器40的电阻器相同类型的材料或者相同类型的结构来形成。例如,振荡器22的电阻器和滤波器40的电阻器可以由多晶硅电阻器形成,所述多晶硅电阻器具有大约相同的电阻率或者大约相同的截面积。因此,如果振荡器22的电阻器的值发生变化(例如,因温度变化或者在半导体晶片上的布局或者过程参数变化),那么滤波器40的电阻器的值也可以发生变化,并且在截止频率与时钟信号Cl和C2的频率之间提供跟踪。因而,在实施例中,某些跟踪行为可以被内置到放大器10内。在实施例中,斩波频率与对称无源RC陷波滤波器的截止频率可以是很好地相关的,如Monte-Carlo仿真已经确认的,而且认为在实施例中,斩波频率与对称无源RC陷波滤波器的截止频率可以是很好地相关的。
[0057]形成有两个截止频率或陷波的滤波器40可以在斩波电路25的输出35和36与滤波器40的输出80-81之间引入某些串联电阻。但是,从总的等效输入(input-referred)噪声的角度来看,由这些串联电阻生成的噪声要除以放大器85的电压增益,这意味着由具有两个截止频率的滤波器40引入的任何噪声劣化都是相当低的。在实施例中,放大器85的电压增益的值根据条件在一个非限制性示例实施例中可以处于大约66dB和大约74dB之间。
[0058]图4是具有曲线图94的图示,曲线图94以概要方式示出了在滤波器40的输入35-36之间接收到的信号的非限制性示例实施例的实施例的例子。横坐标表示时间,纵坐标表示所示出的信号的增加的值。曲线图102以概要方式示出了输出信号Vout的非限制性示例实施例的例子。横坐标表示时间,纵坐标表示所示出的信号的增加的值。曲线图94示出,滤波器40接收到的输入信号可以具有高幅度纹波噪声。曲线图102示出,放大器10的输出上的输出信号Vout具有最小化的纹波噪声。在放大器10和滤波器40的一个非限制性示例实施例中,对于由曲线图94和102所示的信号的非限制性例子而言,可以将放大器85配置为具有固有的十毫伏(1mV)的偏移电压,同时放大器10的非限制性示例实施例的闭环增益可以约为十(10)。对于所述非限制性示例实施例而言,所述纹波噪声可以具有大约十四毫伏(14mV)的峰峰(peak-to-peak)振幅,同时曲线图102的示例实施例中所示的输出纹波噪声可以具有大约一百四十(140)微伏的峰峰振幅。纹波噪声频率可以是大约125kHz的斩波频率。
[0059]认为,考虑类似或者不同的闭环和负载条件的情况下,相较于现有技术中的斩波器稳定运算放大器(例如,相较于对放大器使用两个以上的多相时钟信号的现有技术的斩波器稳定运算放大器),滤波器40为放大器10提供了减少的纹波。
[0060]图5是具有曲线图96和曲线图97的图示,曲线图96以概要方式示出了在现有技术的斩波器稳定运算放大器的输出中发现的毛刺,且曲线图9
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