[发明专利]改进开关电容放大器中的速度和功率的系统和方法

说明书

通过改善反馈因子而降低MDAC的功耗至少2.3倍的乘法模数转换器（“DAC”）。放大器包括前馈方法，其中输入电容（也称为“采样电容器”）通过从全局反馈损失去除输入和寄生电容而由共同栅极放大器缓冲，以提高带宽。放大器也可使用局部补偿的替换形式，例如共源共栅补偿。放大器可进一步包括替换方式以使用缓冲器降低寄生电容。

技术领域

本发明涉及一种放大器，更具体地说，它涉及改进开关电容放大器中的速度和功率，诸如乘法的数字-模拟转换器（MDAC）。

背景技术

模拟-数字转换器（ADC）可用于电子设备，以将模拟信号转换为数字信号。ADC可被设计成许多不同的架构。一个长棍的ADC架构是流水线ADC。如图1A所示，流水线ADC对离散时间信号进行操作，因此可以在单一的开关式电容电路（诸如MDAC）进行数学运算、采样和保持、DAC、增益。MDAC是采用电容反馈的高增益和高带宽的放大器。

在模拟设计中，理想的是减少电力消耗并最大限度地提高速度。然而，在现代高速开关电容的CMOS流水线ADC中，MDAC是功耗和时钟速率限制的主要贡献者。不论单级或多级，MDAC放大器的当前架构本质上具有有限的效率，因为环路增益由反馈中的显著损耗削弱，部分由于求和节点（诸如，图1C的节点N3）上的显著寄生电容。如果环路增益可以随着寄生电容的拓扑变化或减少而增加，则可构造更有效的放大器，其中减小（增加带宽）稳定时间被并最小化功率。

传统技术由于非主导极点具有稳定响应的限制。此外，这些非主导极点通常在具有采样电容器和反馈电容的全局反馈环路内，从而大大提高了系统的灵敏度和控制该系统的难度。因此，还需要例如通过从反馈环路内消除磁极，以减少该系统的灵敏度和提高系统的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种MDAC，通过消除全局反馈和改善局部反馈因子而降低MDAC的功耗至少2.3倍。在第一实施例中，放大器包括前馈方法，其中输入电容（也称为“采样电容器”）通过从全局反馈损失去除输入和寄生电容而由共同栅极放大器缓冲，以提高带宽。在第二实施例中，其可包括与第一实施例中的相同特征，本地补偿由共源共栅补偿来实现。在第三个实施例中，其可包括与第一和第二实施例的相同特征，带宽通过使用缓冲器降低寄生电容进行改善。

附图说明

图1A示出了常规的流水线ADC。

图1B是可用于图1A的流水线ADC的常规MDAC的框图。

图1C是常规MDAC的电路图。

图2是根据本发明实施例的MDAC的简化电路图。

图3A是根据本发明实施例的具有缓冲输入电容器的MDAC的简化电路图。

图3B是根据本发明实施例的差分MDAC的简化电路图。

图4是根据本发明实施例的具有共源共栅补偿的MDAC的简化电路图。

图5是根据本发明实施例的具有共源共栅补偿和第二级缓冲器的MDAC的简化电路图。

图6A是MDAC的增强放大器的根据本发明的一个实施例的简化电路图。

图6B是根据本发明实施例的MDAC的增强放大器的简化电路图。

图6C是根据本发明实施例的MDAC的增强放大器的简化电路图。

图7A是根据本发明实施例可用作MDAC中二级缓冲器的NMOS跟随器的电路图。

图7B是根据本发明实施例的MDAC中的二级缓冲器的简化电路图。

图8是根据本发明实施例的MDAC中的二级放大器的简化电路图。

具体实施方式