[发明专利]动态CMOS运算放大器的压摆率增加器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低电源电压CMOS/BiCMOS模拟集成电路中低功耗运算放大器的设计，尤其涉及可增加这种运算放大器的压摆率的压摆率增加器。

背景技术

在许多应用中运算放大器的小信号性能和压摆性能对其工作电流值有不同要求。例如在图1所示的一个高信噪比sigma-delta模数转换器调制器中，第一级积分器有3pF采样电容Cs，在60ns内要求运算放大器(Operational Amplifier)能够转移到积分电容Cc的最大电荷Q为3pFx1V。如果分配30ns给压摆建立时间，分配30ns给线性小信号建立时间，压摆性能需要100uA单边输出级驱动电流Idri，而30MHz单位增益带宽的小信号性能只需要25uA单边输出级偏置电流Idri。(这里采用电流型运算放大器，当受次极点限制时，带宽不与偏置电流值成正比。)

运算放大器的直接作用是通过电流Idri转移Cs上的Q到Cc而使电压Vip＝Vin.如果Vip和Vin之间存在较大的电压差，意味着放大器处于压摆状态。这可以用作增加Idri的判断信号，来缩短压摆建立时间；如果Vip和Vin之间电压差较小，意味着放大器处于小信号状态，Idri处于较低的偏置电流值。

采用以上方法的现有电路有AB类输入级运算放大器(R.Castello and P.R.Gray，“A high-performance micropower switched-capacitor filter，”IEEE J.Solid-State Circuits，vol.20，no.6，pp.1122-1132，Dec.1985)，其半边电路如图2所示，Vin降低两个晶体管(输入MOS管Mni和Mpi)导通电压后得到Vins.

在小信号状态Vip＝Vin，电路偏置在Idri＝MxIi＝MxIqui(静态输入级偏置电流)。在压摆状态，比如Vip＞Vin，Ii(进而Idri)增大很多，以缩短压摆建立时间，同时另半边电路关闭。

然而当电源电压Vpow随着工艺关键尺寸缩小而降低时，因为Vip与Vins 之差接近电源电压值，没有电压空间来导通晶体管Mni和Mpi，所以该电路不再有效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态CMOS运算放大器的压摆率增加器，它可以有效地实现低电源电压低功耗运算放大器的高压摆率。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种动态CMOS运算放大器的压摆率增加器，该压摆率增加器包括一比较单元和一执行单元。比较单元的输入端连接运算放大器的正相输入端和负相输入端，比较单元根据正相输入端电压和负相输入端电压的差值确定一第一状态信号和一第二状态信号，其中，当正相输入端电压和负相输入端电压的差大于一临界电压时，使第一状态信号有效，当负相输入端电压和正相输入端电压的差大于该临界电压时，使第二状态信号有效。执行单元的输入端连接比较单元，输出端连接运算放大器的正相输出端及负相输出端，执行单元接收该第一状态信号和第二状态信号，其中当接收到第一状态信号且第一状态信号有效时，增加对运算放大器的正相输出端的充电电流和对负相输出端的放电电流，当接收到第二状态信号时且第二状态信号有效时，增加对运算放大器的负相输出端的充电电流和对正相输出端的放电电流。

上述动态CMOS运算放大器的压摆率增加器中，比较单元可进一步包括第一比较器和第二比较器。第一比较器具有一正相输入端、一负相输入端及一输出端，该正相输入端连接运算放大器的正相输入端，该负相输入端连接运算放大器的负相输入端，该输出端输出该第一状态信号，且该负相输入端具有一失调电压；第二比较器具有一正相输入端、一负相输入端及一输出端，该正相输入端连接运算放大器的负相输入端，该负相输入端连接运算放大器的正相输入端，该输出端输出该第二状态信号，且该负相输入端具有上述失调电压。