本發(fā)明涉及開關(guān)電容輸入電路，特別涉及接收大信號單端輸入并進(jìn)行低電源電壓動作的開關(guān)電容輸入電路和使用了該輸入電路的開關(guān)電容放大器。

背景技術(shù)：

作為接收大信號的單端輸入并進(jìn)行動作的開關(guān)電容放大器的輸入電路，已知有圖6所示的雙采樣型的開關(guān)電容輸入電路。開關(guān)電容輸入電路的一個目的在于，通過將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為同相電壓恒定的差動輸入信號，使得容易進(jìn)行向全差動放大器的輸入。

圖6的開關(guān)電容輸入電路40由用于交替輸入輸入信號vin、vr的開關(guān)、和對信號進(jìn)行采樣的一組電容器csa構(gòu)成，并以基準(zhǔn)電壓vr為基準(zhǔn)，相對于期望的基準(zhǔn)電壓vcm對輸入信號vin進(jìn)行采樣。在開關(guān)電容輸入電路40中，雖然大信號的單端輸入的同相電壓取決于輸入信號而發(fā)生較大變動，但進(jìn)行雙采樣，將在采樣后輸出的差動信號vop、von的同相電壓保持為恒定。

首先，向上側(cè)的電容器csa輸入輸入vin，向下側(cè)的電容器csa輸入vr，輸出vop、von被偏置為基準(zhǔn)電壓vcm。接著，輸出vop、von從基準(zhǔn)電壓vcm斷開，向上側(cè)的電容器csa輸入vr，向下側(cè)的電容器csa輸入vin。由此，在輸出中輸出有vin與vr的差電壓的2倍，輸出同相電壓成為基準(zhǔn)電壓vcm，并被保持為恒定。

圖7是示出以往的開關(guān)電容放大器的電路圖。以往的開關(guān)電容放大器是如下結(jié)構(gòu)：在開關(guān)電容輸入電路40上連接有在輸入輸出之間具有反饋電容器的全差動放大器20。開關(guān)電容放大器的增益為2×csa/cfb，成為不使用雙采樣方式的通常的開關(guān)電容放大器增益的2倍，在以放大微小信號為目的的情況下，這種開關(guān)電容放大器是優(yōu)選的方法。

專利文獻(xiàn)1：美國專利第6909388號說明書

但是，在大信號輸入且放大器的工作電源電壓較小的情況下，相反需要使信號衰減。雖然通過使放大器的反饋電容器比輸入電容器csa大，能夠?qū)崿F(xiàn)衰減，但在采取雙采樣方法的情況下，由于放大到2倍，所以反饋電容器需要進(jìn)一步增大。因此，存在電路規(guī)模增大的課題。此外，增大反饋電容器cfb導(dǎo)致增大放大器的負(fù)載，其結(jié)果，還產(chǎn)生工作電流增大的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的雙采樣型的開關(guān)電容輸入電路的目的在于，針對大信號的單端輸入，以更小的電路規(guī)模實現(xiàn)后級的電路。

為了解決這些課題，本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路具有：雙采樣方式的開關(guān)電容輸入電路40；以及雙采樣方式的開關(guān)電容輸入電路90，其與開關(guān)電容輸入電路40反相地進(jìn)行動作。設(shè)開關(guān)電容輸入電路40的雙采樣用的電容器csa、和開關(guān)電容輸入電路90的雙采樣用的電容器csb為不同的值。而且，調(diào)整電容器csb的值，使得信號衰減，即使得增益為1以下。

根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路，在構(gòu)成開關(guān)電容放大器的情況下，由于能夠在不增大反饋電容器的情況下實現(xiàn)信號衰減，所以與以往的開關(guān)電容放大器的情況相比，能夠減小放大器的反饋電容器。因此，開關(guān)電容放大器具有如下效果：電路規(guī)模變小，且放大器的負(fù)載被抑制，耗電減小。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路的電路圖。

圖2是示出使用了本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路的開關(guān)電容放大器的電路圖。

圖3是示出使用了本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路的開關(guān)電容放大器的另一例的電路圖。

圖4是示出使用了本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路的開關(guān)電容放大器的另一例的電路圖。

圖5是示出使用了本發(fā)明的開關(guān)電容輸入電路的電壓比較器的電路圖。

圖6是示出以往的開關(guān)電容輸入電路的電路圖。

圖7是示出使用了以往的開關(guān)電容輸入電路的開關(guān)電容放大器的電路圖。

標(biāo)號說明

10、40、90：開關(guān)電容輸入電路；20：全差動放大器；30：電壓比較放大器；50：開關(guān)電容放大器；60、70、80：開關(guān)電容電路；

具體實施方式

圖1是實施方式的開關(guān)電容輸入電路。

開關(guān)電容輸入電路10具有：輸入輸入信號vin和基準(zhǔn)電壓vr的一對輸入端子；，輸出輸出電壓vop和von的一對輸出端子；對各輸出端子施加基準(zhǔn)電壓vcm的基準(zhǔn)電壓端子；連接在各基準(zhǔn)電壓端子與各輸出端子之間的開關(guān)；雙采樣方式的開關(guān)電容輸入電路40，其連接在一對輸入端子與一對輸出端子之間；以及雙采樣方式的開關(guān)電容輸入電路90，其連接在一對輸入端子與一對輸出端子之間。

設(shè)開關(guān)電容輸入電路40的采樣用的電容器csa、和開關(guān)電容輸入電路90的采樣用的電容器csb為不同的值。此外，相同符號的開關(guān)同時進(jìn)行接通/斷開動作，不同符號的開關(guān)的接通/斷開為相反動作。另外，使得進(jìn)行相反動作的一對開關(guān)不會同時接通。

在以基準(zhǔn)電壓vr為基準(zhǔn)的輸入信號vin的采樣時，在上側(cè)的采樣電容器csa、csb相對于基準(zhǔn)電壓vcm分別對vin、vr進(jìn)行采樣，另一方面，在下側(cè)的采樣電容器csa、csb分別對vr、vin進(jìn)行采樣。在保持時，將輸出端與基準(zhǔn)電壓vcm連接的開關(guān)斷開，向上側(cè)的采樣電容器csa、csb分別輸入vr、vin，向下側(cè)的采樣電容器csa、csb分別輸入vin、vr。

輸出端的差電壓為：

vop－von＝－2{(1－α)/(1+α)}(vin－vr)…(1)，

α≡csb/csa≥0。

在設(shè)為csb＝0的情況下，按照以往的開關(guān)電容輸入電路特性，增益成為－2倍，但通過調(diào)整csb使得0<α<1，即通過設(shè)為0<csb<csa，能夠使增益為－2<增益<0，能夠使信號比以往電路衰減。

圖2是使用了開關(guān)電容輸入電路10的開關(guān)電容放大器的一例。

開關(guān)電容放大器50具有開關(guān)電容輸入電路10、全差動放大器20、和連接在全差動放大器20的各輸入輸出之間的反饋電容器cfb。

開關(guān)電容放大器50的輸出差電壓vop和von為：

vop－von＝2(1－α)(csa/cfb)(vin－vr)…(2)，

α≡csb/csa≥0。

在設(shè)為α＝0的情況下，成為不具有采樣電容器csb的以往的開關(guān)電容放大器，增益gain為gain＝2(csa/cfb)，通過雙采樣而成為輸入電容器和反饋電容器之比的2倍。

在式2中，在設(shè)為0<α<1的情況下，成為0<1－α<1，能夠減小增益，能夠使信號衰減。例如，在設(shè)為α＝1/2的情況下，能夠設(shè)為增益gain＝csa/cfb，能夠設(shè)為以往的開關(guān)電容放大器的增益的一半。因此，在設(shè)為1倍增益的情況下，在α＝1/2、即csb＝csa/2時，能夠設(shè)為cfb＝csa。因此，在以往的放大器中，整個電容器相當(dāng)于6·csa，在本實施方式的情況下，相當(dāng)于5·csa，從而變小。在想要獲得更大的衰減的情況下，能夠進(jìn)一步減小。根據(jù)本實施方式，由于能夠減小開關(guān)電容放大器的反饋電容器，所以放大器的負(fù)載也被減輕，并能夠減少耗電。此外，還能夠減小所需的電容器，對減小電路規(guī)模有效。

圖3是示出開關(guān)電容放大器的另一例的電路圖。本實施方式的開關(guān)電容放大器的目的還在于，使地基準(zhǔn)的輸入信號vin電平轉(zhuǎn)換期望的偏移量。本實施方式的開關(guān)電容放大器具有：開關(guān)電容放大器50；以及期望電壓vos的開關(guān)電容電路60，其用于對開關(guān)電容放大器50加上偏移。開關(guān)電容電路60具有一對采樣用的電容器cos。

本實施方式的開關(guān)電容放大器的輸出差電壓vop和von為：

vop－von＝2(csa/cfb){(1－α)vin－βvos}…(3)，

α≡csb/csa>0、β≡cos/csa。

例如，在設(shè)增益為1倍、且設(shè)偏移相加相同的情況下進(jìn)行比較。在將α＝1/2的情況與α＝0即以往的情況進(jìn)行比較時，對于偏移電壓采樣用電容器cos，在設(shè)為α＝1/2的情況下，cos成為以往的情況的1/2，也能夠使偏移采樣用電容器cos比以往的情況小。

圖4是示出開關(guān)電容放大器的另一例的電路圖。本實施方式的開關(guān)電容放大器具有：開關(guān)電容放大器50；以及1比特的電容器型的實現(xiàn)了數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換功能的開關(guān)電容電路70，其由開關(guān)和電容器構(gòu)成。開關(guān)電容電路70具有一對采樣用的電容器cda。

本實施方式的開關(guān)電容放大器的輸出差電壓vop和von為：

vop－von＝2(csa/cfb){(1－α)vin－βddavrf}…(4)，

α≡csb/csa>0、β≡cda/csa，

在為“高”的情況下，dda＝1，

在為“低”的情況下，dda＝－1。

通過設(shè)為0<α<1，能夠設(shè)為可實現(xiàn)信號衰減、且使cda為比以往小的電容器。

另外，可知組合了偏移相加和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換功能的雙方的開關(guān)電容放大器能夠通過組合圖3和圖4所示的偏移相加用的開關(guān)電容電路60和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換功能用的開關(guān)電容電路70的雙方而較容易地實現(xiàn)。

圖5是示出本實施方式的電壓比較器的電路圖。本實施方式的電壓比較器是判定輸入電壓vin和基準(zhǔn)電壓vrf的大小的開關(guān)電容型電壓比較器。

本實施方式的電壓比較器具有：開關(guān)電容輸入電路10；輸入基準(zhǔn)電壓vrf/2的輸入端子；輸入基準(zhǔn)電壓－vrf/2的輸入端子；輸入基準(zhǔn)電壓vrf/2和－vrf/2的開關(guān)電容電路80；以及電壓比較放大器30，其將輸入電壓vin與基準(zhǔn)電壓vrf的合成電壓作為輸入，根據(jù)該電壓的正負(fù)進(jìn)行“0”、“1”判定。

電壓比較放大器30的輸入差電壓δvin為：

δvin＝{2(1－α)vin+βvrf}/(1+α+β)…(5)，

α≡csb/csa、β≡crf/csa。

式5通過分子的正負(fù)，判定電壓的大小。

在將輸入信號vin與基準(zhǔn)電壓vrf的大小進(jìn)行比較時，以往的開關(guān)電容輸入電路40為crf＝2*csa。另一方面，根據(jù)開關(guān)電容輸入電路10，例如，在設(shè)為csb＝csa/2時，成為α＝1/2，能夠使得crf＝csa。

由此，通過設(shè)為0<α<1，能夠進(jìn)行信號衰減，并能夠減小電容器crf。

根據(jù)以上所述的實施方式的開關(guān)電容輸入電路，在開關(guān)電容輸入電路的后級電路或附屬電路中，能夠減小使大信號的輸入信號衰減所需的電容器。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)電容輸入電路的后級電路或附屬電路的電路規(guī)模的減小。此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)電容輸入電路的后級的放大器的負(fù)載減小，對耗電的減少有效。

另外，雖然說明為開關(guān)電容輸入電路10的一對輸入端子輸入輸入信號vin和基準(zhǔn)電壓vr，但是基準(zhǔn)電壓vr也可以是輸入信號。即，開關(guān)電容輸入電路10的一對輸入端子也可以輸入第一輸入信號vin1和第二輸入信號vin2。

此外，雖然說明為開關(guān)電容輸入電路10的一對輸出端子輸入基準(zhǔn)電壓vcm，但是也可以分別輸入全差動放大器的輸出端子的信號。