[发明专利]一种高增益高线性度的动态残差放大器电路

说明书

一种高增益高线性度的动态残差放大器电路，属于模拟集成电路技术领域。包括电压自举模块、残差放大器主体模块和共模电压检测模块，电压自举模块用于将电源电压抬升为自举电压；残差放大器主体模块在复位时接收自举电压，使残差放大器的差分输出信号充电到自举电压，在放大相时，输入对管对差分输出信号放电，由于放电电流大小不同而实现电压放大；共模电压检测模块用于检测残差放大器主体模块的输出共模电压，并与标准共模信号比较，当输出共模电压放电到标准共模信号时关断放大器放电通路，从而稳定放大器输出，实现输出电压的放大。本发明提出的动态残差放大器在低电源电压供电条件下，增大了输出信号摆幅，实现了放大器的高增益和高线性度。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，特别涉及一种高增益高线性度的动态残差放大器电路。

背景技术

随着工艺尺寸的不断缩小和对功率消耗的要求不断降低，电源电压也随之不断降低，从而给模拟电路的设计带来了巨大挑战。电源电压下降带来最直接的影响就是电路内部信号摆幅的下降，在模拟电路中，信号的摆幅决定了电路的动态范围。流水线A/D转换器(pipelined ADC)由于其在速度、面积、功耗和精度方面具有较好的折衷，在设计时留给设计师较大的优化空间，所以是实现高精度、低功耗和高速ADC的较好架构选择，但是高性能的流水线A/D转换器需要高增益、高带宽和高线性度的运算放大器。电源电压的下降，使实现高增益高线性度的放大器变得非常困难。

目前常见的残差放大器电路如附图1所示，其中MN1和MN2为放大器的输入对管，MN3和MN4为偏置电流管，C_LP和C_LN为放大器的负载，MP1和MP2为复位管。由于电源电压的减小，放大器的输出信号摆幅减小，为了实现放大器的高增益，放大器的差分输出电压会很大，从而使输入对管MN1和MN2工作在线性区。

不妨设通过MN1的放电电流为I_p，通过MN2的放电电流为I_n，放电时间为t，负载电容C_LP＝C_LN＝C，忽略输出V_outp和V_outn之间的寄生电容。复位时，放大器输出V_outp和V_outn充电到电源电压V_DD。则在放大状态，可以得到：

差分输出

将上式两边同时对输入信号Vin求微分，可以得到小信号增益：

其中g_mp为MN1的跨导，g_mn为MN2的跨导，工作在MOS管线性区的跨导为：

其中μ_n为电子迁移率，C_ox为单位面积的栅氧化层电容，为MOS管的宽长比，令则放大器增益：

假设放大器的差分输出电压很大时，输入对管MN1和MN2工作在饱和区，不妨设输入信号的共模为Vicm，差分输入信号为ΔVin，

差分输出

整理得到：

I_p-I_n＝β(V_icm-V_th)*ΔVin

所以增益