第 28 卷 第 1 期2005 年 3 月电 子 器 件Chinese Journal of Electron DevicesVol .28 No .1Mar .2005Analysis and Research of CMOS Chopper Stabilized AmplifiersYANG Yin-tang ,HE Bin ,ZHU Zhang-ming( Microelectronics Institute ,Xidian University ,Xi’an 710071 ,China)Abstract :This paper introduces the differences of several offset canceling techniques .Then modulationprincipal of chopper stabilized amplifiers and the effects on their gains of the chopper frequency and thephase shift are detailed .The values of modulated noise and offset are analyzed and implementation ofthe chopper modulators given .Several techniques to reduce the residual offset are proposed .At last ,some latest research findings and some new products utilizing chopper stabilization technique are giv-en .Also some of the flaws and advantages of chopper stabilization technique and application fields ofchopper stabilized amplifiers are stated .Key words :chopper stabilized ;amplifier ;low-noise ;residual offset ;CMOSEEACC :1220C M OS 斩 波 稳 定 放 大 器 的 分 析 与 研 究杨银堂 ,贺 斌 ,朱樟明(西安电子科技大学微电子研究所 ,西安 710071)收稿日期 :2004-08-12基金项目 :国家科技预先研究基金项目(51408010601DZ01)资助。作者简介 :杨银堂(1962-) ,男 ,研究所所长、教授、博士生导师 ,主要 研究方向为 深亚微 米模拟 集成电 路及 IP 设 计、VLSI技术、新型半导体器件设计 ,ytyang @ xidian .edu .cn ;贺 斌(1979-) ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向为混合信号集成电路设计 ,hbnameapple@ yahoo .com .cn ;朱樟明(1978-) ,男 ,博士研究生 ,讲师 ,主要研究方向为高速 ADC/DAC 设计、低压低功耗模拟电路设计。摘 要 :对几种放大器失调消除技术的分析比较后 ,重点阐 述了 CMOS 斩波稳 定放大 器的调 制方式 ,和放 大器的 增益与斩波频率和相移的关系 ,并分析了斩波调制后的噪声和失调电压的理论大小以及斩波的电路实 现方法。最后 ,提出了几种减小调制后残余失调电压的方法 ,总结了斩波稳定放大器最近的一些研究发现及其在一些新型产 品中的应用 ,并归纳了斩波稳定技术的优缺点和应用范围。关键词 :斩波稳定 ;放大器 ;低噪声 ;残余失调 ;CMOS中图分类号 :TN722 文献标识码 :A 文章编号 :1005-9490(2005)01-0167-05 斩波稳定 (CHS :Chopper stabilization) 技术是 1948 年由 E .A .Goldberg 发现的[ 1 ] 。随着集成电路技术的不断发展 ,很快就应用于芯片集成技术。CHS 是一种完善运算放大器性能的调制技术 ,主要指的是减小噪声 (主要是 1/ f 噪声和热噪声)和输入失调电压对运放的影响。另外还有两种技术 :自调零技术(AZ :Auto - zeroing)和 相 关 双 采 样 技 术 (CDS :Correlated DoubleSampling) , 其中自调零技术是先对失调电压进行采样和保持 ,在从信号中减去这部分失调电压 ;相关双采样技术是自调零技术的一个特殊例子 ,它能实质性的减少低频的 1/ f 噪声 ,但是却会增加放大器的热噪声 ,而且还会残余下由于开关管的时钟馈通效应所引入的失调电压[ 2 ] 。斩波技术则是通过把输入信号和开关型方波信号耦合 ,再经同步解调和低通滤波后得到非线性小的信号 ,它并没有实质性的消除失调 ,而是调制到了高频。在理想情况下 ,斩波稳定运放应该能完全消除直流失调和低频(主要是 1/ f)噪声。1 斩波技术基本原理斩波稳定技术是用一个交流调制信号将低频噪声和失调电压调制到高频处 ,再经滤波处理来消除其影响。斩波放大器的基本原理如图 1(a)所示。Vin 和 Vou t 分别是输入和输出信号电压 ,A是线性放大器的增益。m1 (t) 和 m2 (...
