一种单端放大器及其噪声消除方法

申请号 CN201410495486.0 申请日 2014-09-24 公开(公告)号 CN104333333B 公开(公告)日 2017-09-01
申请人 晨星半导体股份有限公司; 发明人 南超州; 邓俊雄;
摘要 本 发明 公开了一种单端 放大器 及其噪声消除方法。单端放大器包括噪声去除 电路 ,连接于电源,用于接收电源 信号 并去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号;放大电路用于在放大电路的第一端接收初始信号,并将初始信号放大后在第二端产生第一信号,第一传输电路接收电源信号,在放大电路第二端产生第二信号,第一信号和第二信号矢量 叠加 后输出以去除电源信号中的大部分纹波和噪声;其中,噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,第一电容的一端连接电源信号,另一端耦接放大电路的第一端,并通过第一扼流圈接地。通过上述方式,本发明能够大大减少电源信号中的纹波和噪声,并且电路结构简单,不会增加额外的功率损耗,可以应用于不同的电路。
权利要求

1.一种单端放大器,其特征在于,所述单端放大器包括:
噪声去除电路,连接于电源,用于接收电源信号并去除所述电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号;
放大电路,包括第一端和第二端,第一端耦接于所述噪声去除电路,以接收所述初始信号,并将所述初始信号放大后在第二端产生一第一信号;
第一传输电路,耦接于所述电源和所述放大电路的第二端之间,用于接收所述电源信号,并在所述放大电路的第二端产生一第二信号;
其中,所述噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,所述第一电容的一端耦接所述电源信号,另一端耦接所述放大电路的第一端,并通过所述第一扼流圈接地,所述第一信号和所述第二信号在输出端矢量叠加后自所述放大电路的第二端输出以去除所述电源信号中的大部分纹波和噪声。
2.根据权利要求1所述的单端放大器,其特征在于,所述放大电路包括第一晶体管和第二扼流圈,所述第一晶体管的第一端接所述第一电容,所述第一晶体管的第二端连接所述电源信号,所述第一晶体管的第三端通过所述第二扼流圈接地,所述第一晶体管的第二端为所述放大电路的第二端。
3.根据权利要求1所述的单端放大器,其特征在于,所述单端放大器还包括低压差线性稳压电路,所述电源信号通过低压差线性稳压电路稳压后输出;其中,所述低压差线性稳压电路包括第二晶体管、比较器、第一电阻以及第二电阻,所述第二晶体管的第一端耦接所述比较器的输出端,所述第二晶体管的第二端耦接所述第一电容的一端以及所述第一电阻的一端,所述第二晶体管的第三端耦接所述电源信号,所述第一电阻的另一端耦接所述比较器的负输入端和所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端耦接所述第一电容的另一端,所述比较器的正输入端连接第一参考电压
4.根据权利要求2所述的单端放大器,其特征在于,所述第一传输电路包括第三晶体管、第三电阻以及第三扼流圈,所述第一电容的一端通过所述第三电阻耦接所述第三晶体管的第一端,所述第一电容的一端还通过所述第三扼流圈耦接所述第三晶体管的第二端,所述第三晶体管的第三端耦接所述第一晶体管的第二端。
5.根据权利要求4所述的单端放大器,其特征在于,所述单端放大器还包括第二传输电路,所述电源信号通过所述第一电容和所述第二传输电路在所述第一晶体管的第一端产生第三信号;所述第二传输电路包括第四晶体管、第四电阻以及第二电容,所述第四晶体管的第一端通过所述第二电容耦接所述第一电容的另一端,并通过所述第四电阻耦接所述第一晶体管的第一端,所述第四晶体管的第三端耦接所述第一电容的另一端。
6.根据权利要求5所述的单端放大器,其特征在于,所述噪声去除电路还包括第三电容,所述第三电容的一端耦接所述电源信号,另一端耦接在所述第一晶体管和所述第二扼流圈之间,以在所述第一晶体管的第三端产生第四信号;所述第三信号和所述第四信号通过矢量叠加得到所述第一晶体管第一端和第三端的电压差,所述电压差经所述第一晶体管放大后在第二端输出所述第一信号,所述第一信号与所述第二信号进行矢量叠加产生输出信号
7.根据权利要求6所述的单端放大器,其特征在于,所述第三信号和所述第四信号包含的噪声部分的相位相反、信号强度相当。
8.根据权利要求7所述的单端放大器,其特征在于,所述第一晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管为PMOS,所述第一端为栅极,所述第二端为漏极,所述第三端为源极。
9.一种单端放大器的噪声消除方法,其特征在于,所述单端放大器包括噪声去除电路和放大电路,所述方法包括:
通过所述噪声去除电路去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号;
在所述放大电路的第一端接收所述初始信号,并将所述初始信号放大后在所述放大电路的第二端产生一第一信号;
接收所述电源信号并传输至所述放大电路的第二端以产生一第二信号;
将所述第一信号和所述第二信号在所述放大电路的第二端矢量叠加后自所述放大电路的第二端输出以去除所述电源信号中的大部分纹波和噪声;
其中,所述噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,所述第一电容的一端耦接所述电源信号,另一端耦接所述放大电路的第一端,并通过所述第一扼流圈接地,所述放大电路的第二端为所述单端放大器的输出端。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述放大电路包括第一晶体管,所述噪声去除电路还包括第三电容,所述在所述放大电路的第一端接收所述初始信号,并将所述初始信号放大后在所述放大电路的第二端产生一第一信号的步骤包括:
通过第一电容在所述第一晶体管的第一端产生第三信号;
通过第三电容在所述第一晶体管的第三端产生第四信号;
所述第三信号和所述第四信号通过矢量叠加并放大在所述第一晶体管的第二端输出第一信号;
其中,所述第三信号和所述第四信号包含的噪声部分的相位相反、信号强度相当。

说明书全文

一种单端放大器及其噪声消除方法

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路领域,特别是涉及一种单端放大器及其噪声消除方法。

背景技术

[0002] 在集成电路中,输入电源上的纹波和噪声会影响电路的性能,所以在一些对纹波和噪声敏感的电路中,首先进行纹波和噪声的消除,用此新产生的输入电源再给电路供电,以确保电路的性能。
[0003] 在实际电路,尤其是在单端放大电路中,往往利用电源管理芯片(Power Management Integrated Circuit,PMIC)和低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO),来减少纹波和噪声。但是,由于焊接电容和片上电容间的共振,还是会有一些纹波和噪声尖峰存在于带宽中,会显著地降低电路的性能。现有技术中,通常是增加负反馈环路或者增加滤波电容以进一步抑制纹波和噪声,电路结构复杂,往往需针对特定的电路设计,同时会增加额外的功率损耗。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题是提供一种单端放大器及其噪声消除方法,能够减少纹波和噪声,电路结构简单,可以应用于不同的电路,同时不会增加额外的功率损耗。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种单端放大器,包括;
[0006] 噪声去除电路,连接于电源,用于接收电源信号并去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号;
[0007] 放大电路,包括第一端和第二端,第一端耦接于噪声去除电路,以接收初始信号,并将初始信号放大后在第二端产生一第一信号;
[0008] 第一传输电路,耦接于该电源和放大电路的第二端之间,用于接收电源信号,并在放大电路的第二端产生一第二信号;
[0009] 其中,噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,第一电容的一端耦接电源信号,另一端耦接放大电路的第一端,并通过第一扼流圈接地,第一信号和第二信号在输出端矢量叠加后自放大电路的第二端输出以去除电源信号中的大部分纹波和噪声。
[0010] 为解决上述技术问题,本发明实施例还提供了一种单端放大器的噪声消除方法,包括:
[0011] 通过噪声去除电路去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号;
[0012] 在放大电路的第一端接收初始信号,并将初始信号放大后在放大电路的第二端产生一第一信号;
[0013] 接收电源信号并传输至放大电路的第二端以产生一第二信号;
[0014] 将第一信号和第二信号在放大电路的第二端矢量叠加后自放大电路的第二端输出以去除电源信号中的大部分纹波和噪声;
[0015] 其中,噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,第一电容的一端耦接电源信号,另一端耦接放大电路的第一端,并通过第一扼流圈接地,放大电路的第二端连接电源信号,放大电路的第二端为单端放大器的输出端。
[0016] 通过上述方案,本发明的有益效果是:通过噪声去除电路去除电源信号中的部分纹波和噪声,并且经过处理后的第一信号和第二信号在放大电路的第二端矢量叠加后输出能够大大减少电源信号中的纹波和噪声,并且电路结构简单,不会增加额外的功率损耗,可以应用于不同的电路。附图说明
[0017] 图1是本发明第一实施例的单端放大器的结构示意图;
[0018] 图2是本发明第一实施例的单端放大器的电路示意图;
[0019] 图3是本发明第二实施例的单端放大器的结构示意图;
[0020] 图4是本发明第二实施例的单端放大器的电路示意图;
[0021] 图5是本发明各实施例的单端放大器与常规单端放大器PSRR性能对比的仿真结果示意图;
[0022] 图6是本发明第三实施例的单端放大器的噪声消除方法的流程示意图。

具体实施方式

[0023] 请参阅图1,图1是本发明第一实施例的单端放大器的结构示意图。单端放大器10包括噪声去除电路11、放大电路12以及第一传输电路13。噪声去除电路11耦接于电源,用于接收电源信号并去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号。放大电路12包括第一端和第二端,第一端耦接于噪声去除电路11,以接收初始信号,并将初始信号放大后在第二端产生一第一信号。第一传输电路13耦接于电源和放大电路12的第二端之间,用于接收电源信号,并在放大电路12的第二端产生一第二信号。第一信号和第二信号在放大电路12的第二端矢量叠加后自放大电路12的第二端输出以去除电源信号VCC中的部分纹波和噪声。
[0024] 图2是本发明第一实施例的单端放大器的电路示意图。如图2所示,单端放大器10还包括LDO电路14和第二传输电路15。电源信号VCC包括噪声Noise,包括纹波和噪声。电源信号VCC在LDO电路14输出后分成两路信号,一路通过噪声去除电路11和第二传输电路15传输到放大电路12的第一端,并通过放大电路12放大后送至放大电路12的第二端,产生第一信号。另一路通过第一传输电路13传输到放大电路12的第二端,产生第二信号。第一信号和第二信号在放大电路15的第二端进行矢量叠加后自放大电路12的第二端输出以去除电源信号VCC中的大部分纹波和噪声。
[0025] 在本发明实施例中,噪声去除电路11包括第一电容CP和第一扼流圈DB1,第一电容CP的一端经过LDO电路14连接电源信号VCC,另一端耦接放大电路12的第一端,并通过第一扼流圈DB1接地,放大电路12的第二端经第一传输电路13和LDO电路14接电源信号VCC,放大电路12的第二端为单端放大器10的输出端。其中,第一电容CP通过第一扼流圈DB1接地,可以减少电源信号VCC上的波纹和噪声。而放大电路12包括第一晶体管Q1和第二扼流圈DB2。第一晶体管Q1的第一端接第一电容CP,第一晶体管Q1的第二端连接VCC电源信号,所述第一晶体管Q1的第三端通过第二扼流圈DB2接地,第一晶体管Q1的第二端为输出端。其中,第一晶体管Q1优选为PMOS管,第一晶体管Q1的第一端为栅极,第二端为漏极,第三端为源极。电源信号VCC经LDO电路14后分成的两路信号,一路通过第一电容CP和第二传输电路15传输到第一晶体管Q1的栅极,并通过第一晶体管Q1放大后送至第一晶体管Q1的漏极,产生第一信号。另一路通过第一传输电路13传输到第一晶体管Q1的漏极,产生第二信号。第一信号和第二信号在第一晶体管Q1的漏极进行矢量叠加后自放大电路12的第二端输出以去除电源信号VCC中的大部分纹波和噪声。
[0026] 在本实施例中,LDO电路14包括第二晶体管Q2、比较器L1、第一电阻R1以及第二电阻R2。第二晶体管Q2的第一端耦接比较器L1的输出端,第二晶体管Q2的第二端耦接第一电容CP的一端以及第一电阻R1的一端,第二晶体管Q2的第三端耦接电源信号VCC,第一电阻R1的另一端耦接比较器L1的负输入端和第二电阻R2的一端,第二电阻R2的另一端耦接第一电容CP的另一端,比较器L1的正输入端连接第一参考电压Vref。其中,第二晶体管Q2优选为NMOS管,第二晶体管Q2的第一端为NMOS管的栅极,第二端为NMOS管的漏极,第三端为NMOS管的源极。
[0027] 在本实施例中,第一传输电路13包括第三晶体管Q3、第三电阻R3以及第三扼流圈DB3,第一电容CP的一端通过第三电阻R3耦接第三晶体管Q3的第一端,第一电容CP的一端还通过第三扼流圈DB3耦接第三晶体管Q3的第二端,第三晶体管Q3的第三端耦接第一晶体管Q1的第二端。其中,第三晶体管Q3优选为PMOS管,第三晶体管Q2的第一端为PMOS管的栅极,第二端为PMOS管的漏极,第三端为PMOS管的源极。
[0028] 在本实施例中,第二传输电路15包括第四晶体管Q4、第四电阻R4以及第二电容C2,第四晶体管Q4的第一端通过第二电容C2耦接第一电容CP的另一端,并通过第四电阻R4耦接第一晶体管Q1的第一端,第四晶体管Q4的第三端耦接第一电容CP的另一端。其中,第四晶体管Q4优选为PMOS管,第四晶体管Q4的第一端为PMOS管的栅极,第二端为PMOS管的漏极,第三端为PMOS管的源极。
[0029] 在本实施例中,第一电容CP、第一扼流圈DB1以及第二扼流圈DB2的设置能够减少电源信号中的纹波和噪声,且不会增加额外的功率损耗,可以应用于不同的电路。
[0030] 请参阅图3,图3是本发明第二实施例的单端放大器的电路结构示意图。单端放大器20包括LDO电路21、第一传输电路22以及第二传输电路23、噪声消除电路24以及放大电路25。其中,噪声消除电路24包括第一电容C1,第三电容C3和第一扼流圈DB1,第一晶体管为PMOS管。电源信号VCC在LDO电路21输出后分成两路信号,一路通过噪声去除电路24和第二传输电路23传输到放大电路25的第一端,并通过放大电路25放大后送至放大电路25的第二端以产生第一信号。另一路通过第一传输电路22传输到放大电路25的第二端产生第二信号。第一信号和第二信号在放大电路25的第二端进行矢量叠加后自放大电路25的第二端输出以去除电源信号VCC中的大部分纹波和噪声。
[0031] 在本发明实施例中,噪声去除电路24包括第一电容C1,第三电容C3和第一扼流圈DB1,第一电容C1的一端经过LDO电路21连接电源信号VCC,另一端耦接放大电路25的第一端,并通过第一扼流圈DB1接地,放大电路25的第二端经第一传输电路22和LDO电路21连接电源信号VCC,放大电路25的第二端为输出端。其中,第一电容C1通过第一扼流圈DB1接地,可以减少电源信号VCC上的波纹和噪声。而放大电路25包括第一晶体管Q1和第二扼流圈DB2。第一晶体管Q1的栅极接第一电容C1,第一晶体管Q1的漏极连接VCC电源信号,所述第一晶体管Q1的源极通过第二扼流圈DB2接地,第一晶体管Q1的漏极为输出端。
[0032] 图4是本发明第二实施例的单端放大器的电路示意图,在本实施例中,如图4所示,LDO电路21、第一传输电路22以及第二传输电路23的内部具体电路与图2中的相同。单端放大器20与图2中的单端放大器10的区别在于:单端放大器10的噪声去除电路11中有第一电容CP,而单端放大器20的噪声去除电路24有第一电容C1和第三电容C3,第一电容C1的连接方式与第一电容CP相同,即通过第二传输电路23耦接第一晶体管Q1的栅极,并通过第一扼流圈DB1接地,在此处均用第一电容来标识仅因为它们在各自单端放大器中连接方式相同,起的作用也相似,便于说明理解。而第三电容C3一端耦接第二晶体管Q2的漏极,另一端耦接于第一晶体管Q1的源极和第二扼流圈DB2之间。
[0033] 在本实施例中,如图3所示,电源信号VCC通过第一传输电路22在第一晶体管Q1的漏极产生第二信号N2。电源信号VCC通过第一电容在第一晶体管的第一端产生第三信号,通过第三电容在第一晶体管的第三端产生第四信号,第三信号和第四信号通过矢量叠加并放大在所述第一晶体管的第二端输出第一信号。具体地,通过第一电容C1和第二传输电路23在第一晶体管Q1的栅极产生第三信号N3;通过第三电容C3在第一晶体管Q1的源极产生第四信号N4。其中,电源信号通过第一电容C1和第二传输电路23时,信号部分进行了放大,而噪声部分没有放大,保持原来的大小。因此,第三信号N3和第四信号N4包含的噪声部分的相位相反、信号强度相当。
[0034] 第三信号N3和第四信号N4通过矢量叠加即得到第一晶体管Q1的栅极和源极的电压差vgs:
[0035]
[0036] 电压差vgs经第一晶体管Q1放大Av倍数后输出第一信号N1:
[0037]
[0038] 第一信号N1与第二信号N2进行矢量叠加产生输出信号output:
[0039]
[0040] 在本实施例中,由于第三信号N3和第四信号N4包含的噪声部分的相位相反、信号强度相当,第三信号N3和第四信号N4进行矢量叠加后能大大减少电源信号VCC中的纹波和噪声,即显著提高单端放大器的电源抑制比性能(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)。
[0041] 图5是本发明各实施例的单端放大器与常规单端放大器PSRR性能对比的仿真结果示意图。其中,横坐标为频率值,纵坐标为PSRR值。如图5所示,实线1为常规单端放大器,即没有加第一扼流圈DB1和第二扼流圈DB2时的电路的PSRR值,长虚线2为图2所示的电路的PSRR值,短虚线3为图3和图4所示的电路的PSRR值。可知,图3和图4所示的电路的PSRR最好,为23.8dB,即能最大限度地减少电源信号VCC中的纹波和噪声。
[0042] 在本实施例中,单端放大器20不用增加复杂的负反馈环路就可以大大减少纹波和噪声,并且电路结构简单,也不会增加额外的功率损耗,可以应用于不同的电路。
[0043] 请参阅图6,图6是本发明第三实施例的单端放大器的噪声消除方法的流程示意图。单端放大器包括噪声去除电路和放大电路。其中,噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,第一电容的一端耦接电源信号,另一端耦接放大电路的第一端,并通过第一扼流圈接地,放大电路的第二端连接电源信号,放大电路的第二端为单端放大器的输出端。如图6所示,单端放大器的噪声消除方法包括以下步骤:
[0044] 步骤S101:通过噪声去除电路去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号。
[0045] 在步骤S101中,电源信号通过低压差线性稳压电路稳压后再输出。噪声去除电路中的第一电容通过第一扼流圈DB1接地,可以减少电源信号VCC上的波纹和噪声。
[0046] 步骤S102:在放大电路的第一端接收初始信号,并将初始信号放大后在放大电路的第二端产生一第一信号。
[0047] 步骤S103:接收电源信号并传输至放大电路的第二端以产生一第二信号。
[0048] 步骤S104:将第一信号和第二信号在放大电路的第二端矢量叠加后自放大电路的第二端输出以去除电源信号中的大部分纹波和噪声。
[0049] 在本发明另一实施例中,放大电路包括第一晶体管。电源信号通过第一电容在第一晶体管的第一端产生第三信号,通过第三电容在第一晶体管的第三端产生第四信号,第三信号和第四信号通过矢量叠加并放大在第一晶体管的第二端输出第一信号。具体地,单端放大器还包括第一传输电路和第二传输电路。电源信号通过第一电容和第二传输电路在第一晶体管的栅极产生第三信号;通过第三电容在第一晶体管的源极产生第四信号。其中,电源信号通过第一电容和第二传输电路时,信号部分进行了放大,而噪声部分没有放大,保持原来的大小。第三信号和第四信号包含的噪声部分的相位相反、信号强度相当。由于第三信号和第四信号的噪声部分的相位相反、信号强度相当,第三信号和第四信号进行矢量叠加后,可以大大减少电源信号中的纹波和噪声。第三信号和第四信号通过矢量叠加即得到第一晶体管的栅极和源极的电压差,该电压差经第一晶体管放大后输出第一信号。产生第一信号时,放大电源信号的信号部分,而噪声部分保持不变。
[0050] 在本实施例中,不需要增加复杂的负反馈环路就可以大大减少电源信号中的纹波和噪声,并且电路结构简单,也不会增加额外的功率损耗,可以应用于不同的电路。
[0051] 综上所述,本发明通过噪声去除电路接收电源信号并去除电源信号中的部分纹波和噪声,产生一初始信号,在放大电路的第一端接收初始信号,并将初始信号放大后在第二端产生一第一信号,第一传输电路接收电源信号,并在放大电路的第二端产生一第二信号,放大电路的第二端为单端放大器的输出端,第一信号和第二信号在输出端矢量叠加后自放大电路的第二端输出以去除电源信号中的大部分纹波和噪声;其中,噪声去除电路包括第一电容和第一扼流圈,第一电容的一端耦接电源信号,另一端耦接放大电路的第一端,并通过第一扼流圈接地,能够大大减少电源信号中的纹波和噪声,并且电路结构简单,不会增加额外的功率损耗,可以应用于不同的电路。
[0052] 以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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