用于运行传感器的差分放大器的制作方法

本发明涉及一种用于运行传感器的差分放大器。特别是，本发明涉及一种用于差分放大器、特别是用于运行传感器的差分放大器的空间高效的并且噪声少的架构。

背景技术：

1、电容式mems传感器被用于领域如用户终端、导航系统、汽车安全系统和用于摄像机和摄录机的稳定系统中。越来越多的模拟功能与数字模块一起被移置到集成电路中。因此，半导体的衬底被时钟信号和逻辑噪声污染。在这种混合信号环境中，所有模拟电路必须完全地差分地工作。以这种方式能够在共模中以功耗为代价抑制噪声。在共模反馈电路中，具有连续时基的完全差分的放大器通常具有高欧姆的电阻。

2、grey等人的《analysis and design of analog integrated circuits》和willysansen的《analog design essentials》示出相应的架构方案和电路。

3、美国专利4,742,308，03.05.1988：《balanced output analog differentialamplifier circuit》和us 35 4,518,870，21.05.1985：《common mode signal detector》示出这种类型的差分放大器。

4、该差分放大器例如嵌入到电荷到电压转换器中。

5、为了不向主信号放大器充电，共模传感器电阻必须具有至少达到几百万欧姆的大小，这作为无源组件以可接受的硅量不可实现。

6、为节省空间和体积，高欧姆电阻也可以通过基于多个晶体管借助电阻t网络通过有源架构来实现。然而，在这些实现方式的情况下，噪声水平显著比借助简单的电阻的情况更高。

7、因此，已将mos双极设备用于在带通滤波器的反馈网络中的、高增量电阻的实现。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是，一方面降低消耗的电功率，另一方面减少对于半导体元件所要求的面积，而不影响模拟信号处理的可靠性。因此，在本发明的范畴内提出，提供一种具有准无穷的共模传感器电阻的差分放大器，其基于反并联地通过二极管连接的晶体管，用于嵌入到例如传感器放大器中、特别是电荷传感器放大器中。

2、总之，本发明提出，通过使用基于反并联地借助二极管连接的放大器的、具有包含高欧姆电阻的共模反馈电路的差分运算放大器，减少电荷到电压(charge-to-voltage，c/v)转换器半导体面积并且改善噪声特性。通过二极管连接的放大器的反并联连接使得高欧姆的无源和有源电阻的使用变得多余，这些电阻要么由于所要求的半导体面积而较昂贵，要么在其噪声倾向方面是不利的。欧姆式共模放大器不限制输入部的工作范围，由此可以实现所谓的轨到轨(rail-to-rail)工作方式，这种工作方式提高电荷到电压转换器的信号处理的可靠性。通过反并联二极管进行的连接不对差分增益级充电，并且因此有助于保护其dm增益。所提出的差分放大器还可以用于在其他的信号处理电路/架构中使用。

3、换言之，为解决先前提及的任务，提出一种用于运行传感器、特别是mems传感器的差分放大器。电容式mems传感器(例如加速度传感器、陀螺仪、压力传感器、麦克风)使在差分电容器上的随时间改变的机械位置松散。通过电荷到电压转换器(c/v)将差分电容变化变换成电压。

4、差分放大器包括在该差分放大器的主放大器与副放大器之间的反馈路径中的第一双端口(zweipol)和第二双端口。第一双端口具有第一端子和第二端子，其中，第一端子与差分放大器的主放大器的电流源的漏极端子连接(特别是直接地连接在那里)，并且第一双端口的第二端子与第二双端口的第一端子连接。第二双端口的第二端子与主放大器的输入晶体管的漏极端子连接。换言之，第二双端口的第二端子与主放大器的电流源的另一晶体管的第二漏极端子连接。第一双端口具有反并联地相互连接的第一和第二半导体开关，该半导体开关可以构型为mosfet。第二双端口具有反并联地相互连接的第三和第四半导体开关。换言之，第一半导体开关的源极端子与第二半导体开关的漏极端子连接(反之亦然)。相应情况适用于第三和第四半导体开关。通过使用这两个双端口能够实现高电阻，而没有在现有技术中常见的噪声倾向。此外，所需要的半导体面积(硅体积)保持较小。

5、说明书示出本发明的优选扩展方案。

6、第一双端口优选具有第一阻抗，该第一阻抗与第一和第二半导体开关并联连接。换言之，第一阻抗在第一半导体开关的源极端子处并且在第一半导体开关的漏极端子处连接。该阻抗可以构型为欧姆阻抗和/或复阻抗。第二双端口可以具有第二阻抗，该第二阻抗与第三和第四半导体开关并联连接。第二阻抗可以相应于第一阻抗来连接和确定大小。特别是，对于高于10hz的运行频率可以设置第一阻抗和/或第二阻抗。以这种方式能够实现最佳的频率补偿。可以根据差分放大器的运行频率来进行对第一或第二阻抗确定大小。

7、第一双端口的第二端子可以连接在差分放大器的共模放大器的晶体管的栅极端子上。该共模放大器可以是该差分放大器的副放大器。相应情况当然适用于第二双端口的第一端子，因为该第一端子如上文中阐述的那样与第一双端口的第二端子耦合。通过该副放大器的输入晶体管能够设定由第一和第二双端口形成的反馈路径的电压位置(spannungslage)。

8、副放大器的输入晶体管可以从另一电路获得基准电压。该基准电压可以通过镜像的晶体管设定，该晶体管的栅极从该另一电路获得电压。

9、在电流源的漏极端子与栅极端子之间可以连接有第三阻抗。该第三阻抗同样可以根据频率来选择。该第三阻抗由此能够影响电流源的特别是高于10hz的频率行为。

10、可以在一方面电流源的另一漏极端子与另一方面该栅极端子以及电流源的另一栅极端子之间连接有第四阻抗。也能够通过与频率相关地设置的或者说确定大小的该阻抗来设定电流源在所述频率以上的行为。第三和第四阻抗也可以分别构型为欧姆阻抗和/或复阻抗。

11、第二双端口的第二端子优选附加地可以与主放大器的电流源的第二漏极端子连接。第二双端口的第二端子在此优选不同于第一双端口的第一端子地与主放大器的另一半导体开关连接。这两个半导体开关的栅极端子优选位于相同的电位上或者说彼此电(galvanisch)耦合。

12、主放大器可以具有另外的两个半导体开关，这些半导体开关也称为输入晶体管。它们的源极端子可以彼此电耦合并且通过可以通过电流镜在它们的工作范围方面来设定。先前提及的输入晶体管的第一半导体开关可以与第一双端口的第一端子彼此电连接，并且第二输入晶体管的第二漏极可以与第二双端口的第二端子电连接。电流源和输入晶体管表示差分放大器的主放大器，该主放大器通过根据本发明构型的双端口被反馈。

13、为了在反馈路径中或者说在第一/第二双端口中产生特别大的电阻，可以将衬底置于差分放大器的运行电压或者说供给电压的电位上。以这种方式关断第一和第二双端口的半导体开关固有的二极管。因此，固有二极管不能够导通并且不能够非期望地降低电阻。