[发明专利]全差分放大器及应用其的余量增益电路

说明书

一种全差分放大器，包括第一、第二互补差分输入对，该差分放大器还包括正反馈系统，正反馈系统与第一、第二互补差分输入对连接，用于向第一互补差分输入对和第二互补差分输入对提供正反馈。正反馈系统包括第三互补差分输入对，其包括第一PMOS管和第二PMOS管；第一PMOS管和第二PMOS管的栅极分别与第一互补差分输入对和第二互补差分输入对的输出端连接，第一PMOS管和第二PMOS管的漏极分别与第二互补差分输入对和第一互补差分输入对的输出端连接。基于上述全差分放大器，还提出一种余量增益电路，采用相关电平位移方法。本发明的全差分放大器具有功耗低、速度快、转换速率高且电路结构简单的优点，借助相关电平位移技术能实现高速高精度的余量增益电路。

技术领域

本发明属于模数转换器领域，更具体地涉及一种全差分放大器及应用其的余量增益电路。

背景技术

流水线模数转换器(ADC)是一种能实现高速高精度的模数转换器，被广泛应用于通信系统和互补金属氧化半导体(CMOS)图像传感器中。在传统的流水线ADC设计中，跨导运算放大器(OTA)占了模拟域功耗的主要部分，因此，设计高性能的OTA对整个ADC来说至关重要。

现有的OTA一般分为套筒式OTA、折叠式OTA、两级OTA。如图1(a)所示为套筒式共源共栅(Telescopic Cascode)OTA，其增益较大、速度最快，功耗最低，但其输入输出摆幅最小，接成单位增益时，工作范围很小；图1(b)为折叠式共源共栅(Folded Cascode)OTA，其输入输出摆幅都较大，但其功耗比套筒式共源共栅OTA增加了一倍，噪声性能和增益也比套筒式共源共栅OTA差；图1(c)为两级(Two-Stage)OTA，其增益和输出摆幅都较大，但其频率响应最差，通常需要阻容(RC)补偿网络，且功耗在三种类型的OTA中最大。随着CMOS工艺的不断发展，尤其当电源电压降低到1V以下时，晶体管的本征增益迅速下降，套筒式OTA和折叠式OTA的输入输出摆幅严重受限，它们的增益也大大降低，其性能已经不能满足于低电压设计需求；两级OTA能满足以上需求，但其功耗最大，不符合低功耗的设计理念。通常，解决增益问题的办法是在套筒式OTA和折叠式OTA中的共源共栅管上引入增益增强(gain-boosting)技术，提高OTA的开环增益，但这种技术会引入复杂的频率响应，增加的功耗也较大。

本发明以反相器为基础，提出了一种新型全差分放大器，并采用相关电平位移CLS技术，可以取代传统的OTA余量放大器。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提出一种全差分放大器及应用其的余量增益电路，用于解决以上技术问题的至少之一。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种全差分放大器，包括第一互补差分输入对、第二互补差分输入对，该差分放大器还包括正反馈系统，该正反馈系统与第一互补差分输入对和第二互补差分输入对连接，用于向第一互补差分输入对和第二互补差分输入对提供正反馈。

进一步地，上述正反馈系统包括第三互补差分输入对。

进一步地，上述第三互补差分输入对包括第一PMOS管和第二PMOS管；该第一PMOS管和第二PMOS管的栅极分别与第一互补差分输入对和第二互补差分输入对的输出端连接，该第一PMOS管和第二PMOS管的漏极分别与第二互补差分输入对和第一互补差分输入对的输出端连接。

进一步地，上述正反馈系统还包括第三尾电流源，该第三尾电流源由MOS管组成，其偏置由偏置网络产生，其漏极与第一PMOS管和第二PMOS管的源极均连接，用于确保正反馈系统的对称性。

进一步地，上述全差分放大器还包括与第一互补差分输入对和第二互补差分输入对均连接的第一尾电流源和第二尾电流源，所述第一互补差分输入对、第二互补差分输入对、第一尾电流源和第二尾电流源均由MOS管组成。