一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路制造技术

本发明专利技术属于模拟集成电路技术领域，特别涉及一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路，可应用在量化传感器信号和生物电信号采集。本发明专利技术采用全差分结构，通过逐次逼近控制逻辑模块，辅以N位二进制正反馈电容阵列C

【技术实现步骤摘要】
一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路


[0001]本专利技术属于模拟集成电路
，特别涉及一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路，可应用在量化传感器信号和生物电信号采集。

技术介绍

[0002]生物电信号具有幅度小，频率低的特点，因此在生物电信号采集电路中需要模拟前端有足够大的输入阻抗以获得足够高的信号强度，供后续电路放大和处理。同时，高的输入阻抗还可以提升采集电路的共模抑制比，提升电路抑制干扰的能力。然而，由于模拟前端输入节点包含众多的对地寄生电容，大大降低了模拟前端电路的输入阻抗，使得采集电路无法有效提取生物电信号。
[0003]针对模拟前端因寄生电容降低输入阻抗的问题，有文献提出一种采用正反馈环路的方式补偿部分对地寄生电容的方法，该方法有效的解决了由于输入电容带来的阻抗降低现象，但由于输入节点还包含其他对地电容包括ESD对地寄生电容、PAD对地电容等，该方法只能将输入阻抗提升数倍。在采用正反馈环路的方式补偿部分对地寄生电容的方法的基础上，有文献提出将正反馈电容做成电容阵列的形式，通过检测模拟前端电路稳定性，采用计数器计数的方式补偿模拟前端输入电容。然而将正反馈电容做成电容阵列形式的方法收敛时间随着电容阵列位数的增加而增加，输入电容的补偿精度比较受限。

技术实现思路

[0004]针对上述存在问题或不足，为了补偿模拟前端寄生电容，提升生物电信号采集电路的输入阻抗，本专利技术提供了一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路，可以大范围、快速的补偿输入节点的寄生电容，从而大幅提升采集电路输入阻抗。
[0005]一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路，为全差分结构，包括校正信号产生模块100、校正电容C
CAL
、输入对地寄生电容(C
PAD
，C
BUF
，C
ESD
，C
P
)、输入电容C
IN
、全差分运放102、负反馈电容C
FB
、直流偏置电阻R
FB
、正反馈电容C
PF
和逐次逼近控制逻辑模块101，如附图1所示。
[0006]所述校正信号产生模块100产生校正信号V
CAL
并输出至校正电容C
CAL
的下极板。
[0007]所述校正电容C
CAL
包括校正电容C
CAL1
和校正电容C
CAL2
，校正电容C
CAL1
的上极板连接开关S1的一端，校正电容C
CAL2
的上极板连接开关S2的一端。
[0008]开关S1的另一端接输入对地寄生电容C
ESD1
和C
P1
的上极板、输入电容C
IN1
的下极板以及正反馈电容C
PF2
的上极板；开关S1的另一端还经开关S3连接输入对地寄生电容C
PAD1
与C
BUF1
的上极板。
[0009]开关S2的另一端接输入对地寄生电容C
ESD2
和C
P2
的上极板、输入电容C
IN2
的下极板以及正反馈电容C
PF1
的上极板；开关S2的另一端还经开关S4连接输入对地寄生电容C
PAD2
与C
BUF2
的上极板。
[0010]输入对地寄生C
PAD
、C
BUF
、C
ESD
和C
P
的下极板均接到地电位。
[0011]所述输入电容C
IN
包括C
IN1
和C
IN2
；C
IN1
的上极板连接全差分运放102的负输入端、负反馈电容C
FB1
的上极板以及直流偏置电阻R
FB1
的输入端；C
IN2
的上极板连接全差分运放102的正输入端、负反馈电容C
FB2
的上极板以及直流偏置电阻R
FB2
的输入端。
[0012]所述全差分运放102的负输出端连接负反馈电容C
FB2
的下极板、直流偏置电阻R
FB2
的输出端、正反馈电容C
PF2
的下极板以及逐次逼近控制逻辑模块101的正输入端；全差分运放102的正输出端连接负反馈电容C
FB1
的下极板、直流偏置电阻R
FB1
的输出端、正反馈电容C
PF1
的下极板以及逐次逼近控制逻辑模块101的负输入端。
[0013]所述逐次逼近控制逻辑模块101的输出端分别连接正反馈电容阵列C
PF
的控制端。
[0014]所述正反馈电容C
PF
包括C
PF1
和C
PF2
，均为相同的N位二进制正反馈电容阵列，其单位电容均为C
U
。对于N位二进制正反馈电容阵列C
PF
有(如附图2所示)：由二进制电容C
PF 1
到C
PF_N
以及一一对应的控制开关Q1到QN组成，各路对应控制信号为Q_1到Q_N，C
PF_N
的容值为2
N
‑1C
U
，即C
PF_N
‑1的二倍；最低位电容C
PF_1
与控制开关Q_1连通，次低位电容C
PF_2
与控制开关Q_2连通，以此类推；电容C
PF_1
到C
PF_N
的上极板接在一起作为正反馈电容C
PF
的输入端，电容C
PF_1
到C
PF_N
的下极板一一对应接控制开关Q1到QN，所有控制开关Q1到QN的另一端接在一起；控制信号Q_1到Q_N分为逻辑高电平与逻辑低电平两种信号，当控制信号为逻辑高电平时，对应的控制开关闭合，使得接入模拟前端电路中的正反馈电容C
PF
容值改变。
[0015]整个模拟前端电路分为工作模式与补偿模式，当开关S1与S2闭合且S3与S4断开时，此时电路处于补偿模式，开始对运放输入节点的寄生电容进行逐次逼近式补偿；补偿结束后开关S3与S4闭合且S1与S2断开，电路切换到工作模式。
[0016]上述逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路以逐次逼近的方式，根据模拟前端电路的稳定性，快速补偿模拟前端对地寄生电容，其稳定性如附图3所示，当给模拟前端电路施加校正信号时，由于正反馈电容C
PF
的弥勒效应，模拟前端电路根据接入正反馈电容C
PF
的容值大小判定处于稳定或不稳定的状态；从而通过检测模拟前端电路的稳定性，判断接入的正反馈电容是否合适。当模拟前端电路处于稳定状态(标记为0)时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逐次逼近式补偿模拟前端寄生电容的电路，其特征在于：为全差分结构，包括校正信号产生模块100、校正电容C
CAL
、输入对地寄生电容、输入电容C
IN
、全差分运放102、负反馈电容C
FB
、直流偏置电阻R
FB
、正反馈电容C
PF
和逐次逼近控制逻辑模块101；其中，输入对地寄生电容包括C
PAD
，C
BUF
，C
ESD
和C
P
；所述校正信号产生模块100产生校正信号V
CAL
，并输出至校正电容C
CAL
的下极板；所述校正电容C
CAL
包括校正电容C
CAL1
和校正电容C
CAL2
，校正电容C
CAL1
的上极板连接开关S1的一端，校正电容C
CAL2
的上极板连接开关S2的一端；开关S1的另一端接输入对地寄生电容C
ESD1
和C
P1
的上极板、输入电容C
IN1
的下极板以及正反馈电容C
PF2
的上极板；开关S1的另一端还经开关S3连接输入对地寄生电容C
PAD1
与C
BUF1
的上极板；开关S2的另一端接输入对地寄生电容C
ESD2
和C
P2
的上极板、输入电容C
IN2
的下极板以及正反馈电容C
PF1
的上极板；开关S2的另一端还经开关S4连接输入对地寄生电容C
PAD2
与C
BUF2
的上极板；输入对地寄生C
PAD
、C
BUF
、C
ESD
和C
P
的下极板均接到地电位；所述输入电容C
IN
包括C
IN1
和C
IN2
；C
IN1
的上极板连接全差分运放102的负输入端、负反馈电容C
FB1
的上极板以及直流偏置电阻R
FB1
的输入端；C
IN2
的上极板连接全差分运放102的正输入端、负反馈电容C
FB2
的上极板以及直流偏置电阻R
FB2
的输入端；所述全差分运放102的负输出端连接负反馈电容C
FB2
的下极板、直流偏置电阻R
FB2
的输出端、正反馈电容C
PF2
的下极板以及逐次逼近控制逻辑模块101的正输入端；全差分运放102的正输出端连接负反馈电容C
FB1
的下极板、直流偏置电阻R
FB1
的输出端、正反馈电容C
PF1
的下极板以及逐次逼近控制逻辑模块101的负输入端；所述逐次逼近控制逻辑模块101的输出端分别连接正反馈电容阵列C
PF
的控制端；所述正反馈电容C
PF
包括C
PF1
和C
PF2
，均为相同的N位二进制正反馈电容阵列，其单位电容均为C
U
；对于N位二进制正反馈电容阵列C
PF
有：由二进制电容C
PF_1
到C
PF_N
以及一一对应的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中，程名，明平文，吴克军，宁宁，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：