一种双输入运算放大器共享的余量增益放大电路制造技术

本发明专利技术属于集成电路设计中的数据转换器技术领域，具体为一种双输入运算放大器共享的余量增益放大电路。该放大电路包含一个双输入运算放大器，时钟产生电路，子数模转换器，子模数转换器，电容，开关等。本发明专利技术采用两组输入差分对的运算放大器，以双向交叠时钟控制的嵌入在运算放大器内部的开关控制两组差分输入对管，在时钟两个相位交替使用，同时输入差分对交替复位至共模输入电压，完全消除了传统电路中存在的记忆效应和级间馈通的影响，在保持相同面积，功耗，电路复杂度的情况下，可以提高信号建立精度，从而提高模数转换的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路设计中的数据转换器
，具体涉及一种双输入运算放 大器共享的余量增益放大电路。
技术介绍
模数转换器是通信电路中的重要模块，实现从模拟信号到数字信号的转换。对于 功能越来越丰富的移动手持终端而言，由于受到重量和体积的限制，仅能通过有限的电池 提供能量，所以迫切需要电子器件低功耗技术。在低功耗技术上的优势意味着在这个快速 成长的市场上将占有更大的份额，获得更高的利润。此外，功耗的增加会引起芯片发热，从而降低电路的可靠性和使用寿命。芯片升温 将引发硅片连线故障、封装故障、电学参数漂移、电迁移等一系列的故障机制。一般，温度每 升高10°C，器件的故障率就要提高2倍。功耗的急剧增加，需要昂贵的封装以及热沉布置， 提高了芯片的成本，还会因为冷却设备而增加额外开支，对面向商用的产品而言，降低了产 品的市场竞争力。提高单位能量的处理效率可以减缓这个问题。实现低功耗的主要方法就是在相邻两级余量增益放大电路共享使用一个运算放 大器，这是因为运算放大器仅在保持时段工作，而在采样时段不工作。这样可以将整个模数 转换器的功耗降低一半左右。目前广泛使用的运算放大器共享余量增益放大电路，其系统 结构如图1所示，包括运算放大器130，子模数转换器110、140，子数模转换器120、150，运 算放大器共享开关 118,122,电容 113、114、124、125，控制开关 111、112、113、115、117、118、 119、126、126、127。电路通过控制运算放大器共享开关118、122来在第一级和第二级之间 切换使用。随之而来的问题是运算放大器共享开关118、122存在的寄生电容118、122会 使得第一级和第二级之间有一个信号通路。当第一级在采样的时候，后级正在保持，这时， 任何在第一级输入端101变化的信号(可能是输入信号101，也可能是比较器子模数转换 器110、140的回馈噪声等)都会通过寄生通道到运算放大器的输入而影响第二级的保持信 号。同样，当第一级级在保持，第二级在采样时，也会产生这样的影响。此外，由于输入管栅 电容仍保留着前一次工作时残留的电荷，在参与下一次保持工作时就会对信号的精准度产 生影响，这称为记忆效应。记忆效应是与信号相关的，会降低模数转换器的精度。
技术实现思路
为解决上述运算放大器共享余量增益放大电路记忆效应和级间馈通的问题，本发 明提供一种双输入运算放大器共享的余量增益放大电路。本专利技术提供双输入运算放大器共享的余量增益放大电路，包括开关内置的双差 分输入对运算放大器电路，该放大器电路被两个相邻两级余量增益放大电路共享使用，用 于放大并保持输入信号，供量化和采样；外部控制时钟，包括双相交叠时钟，双相非交叠时 钟，以及各时钟的延时时钟，控制整个电路中各个开关的导通和关断。本专利技术将传统的运算放大器外的开关内置到运算放大器当中，通过切换运算放大器中的开关来分别在共享运算放大器的两级余量增益放大电路之间切换使用。本专利技术提供的双输入运算放大器共享的余量增益放大电路300，其具体构成为开关内置的双差分输入对运算放大器电路400。用于将采样电容上保存的电压信 号，放大至两倍增益，并供下一级或后续电路进行采样和量化。子模数转换电路110。用于将第一级的输入差分信号211、212进行量化，并将量化 结果经处理后传递给子数模混合电路120。子模数转换电路140。用于将第一级的输出差分信号205、206进行量化，并将量化 结果经处理后传递给子数模混合电路150。子数模混合电路120。用于接收子模数转换电路110的控制信号，产生不同的电压 信号施加在第一电容261、第二电容262相应端口，完成加法或减法或保持不变的操作。子数模混合电路140。用于接收子模数转换电路140的控制信号，产生不同的电压 信号施加在第五电容265、第六电容266相应端口，完成加法或减法或保持不变的操作。第一电容261、第二电容262、第三电容263、第四电容264组成第一级采样和反馈 电容。第五电容265、第六电容266，第七电容267、第八电容268组成第二级采样和反馈电 容。第一级采样和反馈电容用于对第一级的输入差分信号211、212进行采样和放大，供第 二级的采样和反馈电容进行采样。第二级采样和反馈电容。用于对第一级输出差分信号205、206进行采样和放大， 供后续电路进行采样。第一-第十六开关231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、241、242、234、 244、245、246，分别由相应的时钟控制信号①1、①2、①1D、①2D控制，当时钟控制信号为 高电平时，第一-第十六开关 231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、241、242、234、 244、245、246导通，当时钟控制信号为低电平时，第一-第十六开关231、232、233、234、235、 236、237、238、239、240、241、242、234、244、245、246 关断，完成信号的传递。共模输入电压215，用于在两对运算放大器差分输入对管401、402和403、404非使 能状态下栅极电压的复位。上述方案中，所述开关内置的双差分输入对运算放大器电路400包括两对运算放大器差分输入对管401、402和403、404，运算放大器共享开关405、 406、407、408，由NM0S管构成。两对运算放大器差分输入对管401、402和403、404，分别串 联运算放大器共享开关开关405、406、407、408。两对运算放大器差分输入对管401、402和 403,404的栅极分别连接输入信号Vinp,a，Vinn,a，Vinp,b，Vim,b。运算放大器共享开关405、406 由时钟信号OlDn控制，当时钟信号OlDn为高电平时，运算放大器共享开关405、406导 通，输入对管401、402进入使能状态。当时钟信号OlDn为低电平时，运算放大器共享开关 405、406关断，输入对管401、402进入非使能状态。运算放大器共享开关407、408由时钟信 号0 2Dn控制，当时钟信号0 2Dn为高电平时，运算放大器共享开关407、408导通，输入对 管403、404进入使能状态。当时钟信号0 2Dn为低电平时，运算放大器共享开关407、408 关断，输入对管403、404进入非使能状态。辅助增益自举运算放大器410和辅助增益自举运算放大器420，用于增大运算放 大器的直流增益。M0S管421、422、423、424、425、426、427、428用于参与开关内置的双差分输入对运算放大器电路400工作，实现信号的放大和传递。共模反馈电路430，用于稳定开关内置的双差分输入对运算放大器电路400的共 模输出电压。偏置信号451、452。用于保持运算放大器工作在正常状态。电源电压457、458。用于提供电路的电源。本专利技术的有益效果本专利技术提供的双输入运算放大器共享的余量增益放大电路300，通过将运算放大 器共享开关内置到双差分输入对运算放大器电路400内部，切断级间寄生电容产生的馈通 通路。通过将两对差分对管401、402和403、404的栅极交替复位至共模输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双输入运算放大器共享的余量增益放大电路，其特征在于，包括：开关内置的双差分输入对运算放大器电路，被两个相邻两级余量增益放大电路共享使用，用于放大并保持输入信号，供量化和采样；外部控制时钟，包括双相交叠时钟，双相非交叠时钟，以及各时钟的延时时钟，控制整个电路中各个开关的导通和关断。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹睿，唐长文，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]