[发明专利]一种低功耗高摆率高增益带宽积的全差分运算放大器

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种低功耗高摆率高增益带宽积的全差分运算放大器。

背景技术

现在各式各样便携式电子设备正走向千家万户和各个工业应用领域。数据转换器作为模拟信号和数字信号之间的接口，需求量越来越大。Δ-Σ调制器可以实现独有的高精度，应用非常广泛。在Δ-Σ调制器中，积分器中运放的设计至关重要，尤其是前级的运放，其产生的噪声对调制器输出总噪声的贡献最大。

运放应用在Δ-Σ调制器中，作为第一级积分器工作。积分器中运放的有限DC增益引起静态误差，有限GBW(增益带宽积)和SR(压摆率)引起动态误差，这些误差均是指积分器时域响应稳定后的值与理想值之间的偏差，可以积分成噪声，这些噪声都产生于积分器的输出端。

从图1可以看出，第一级积分器的静态动态噪声到调制器输出端的噪声传递函数最接近于直通1，越到后级，静态动态噪声被整形得越厉害。因此，也是第一级积分器的噪声对调制器输出性能影响最大，相应的设计参数也会最为苛刻。从一些积分器非理想因素理论计算结果可以分析得出，第一级积分器中的运放摆率和增益带宽积指标要求很高，这也是较高电压较快时钟频率的调制器设计上的主要挑战。

目前常用的运算放大器有两类：单级运算放大器(如图2所示)和两级米勒补偿运算放大器(如图3所示)。单级运算放大器结构最为简单，但是要实现高增益和高摆率必须有很大的尾电流，低功耗的情况下不能提供高增益和高摆率，因此很少有人用。两级米勒补偿的运算放大器较为常用，设计较简单，且增益很高，相位裕度也充分，然而其稳定性要求较大的尾电流以及输出级电流，这将增大功耗；一旦要求很高的输出摆率，那么需要的电流只会更大。在这一点上不符合Δ-Σ调制器的要求。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种低功耗高摆率高增益带宽积的全差分运算放大器，通过电流抽取技术，提高了增益带宽积，同时降低了功耗，并利用摆率增强电路来增大摆率，使得Δ-Σ调制器性能大步提升，有效降低了系统功耗。

一种低功耗高摆率高增益带宽积的全差分运算放大器，包括：

主运算放大单元；

摆率增强单元，用于提高主运算放大器输出差分信号的摆率；

共模反馈单元，用于对所述的输出差分信号进行平均放大，以向主运算放大器提供两路共模电压反馈信号cmfb1～cmfb2；

所述的主运算放大器根据两路共模电压反馈信号cmfb1～cmfb2，应用电流抽取技术在低功耗的环境下对输入差分信号进行增益放大，得到所述的输出差分信号。