[发明专利]适用于噪声整形结构ADC的高速低功耗差分动态运算放大器

说明书

本发明公开了一种应用于噪声整形结构ADC的高速低功耗差分动态运算放大器。该差分动态放大器结构包括动态放大电路和共模电压检测电路。动态放大电路采用PMOS管做输入对管，同时采用PMOS管和NMOS管做分别作为尾电流源和支路电流源，通过尾电流源和支路电流源之间的电流差得到所需要的增益；共模检测电路主要采用两个反相器级联结构实现，通过隔直电容检测输出端共模电压并反馈给反相器，最后由两个反相器的输出电压分别控制动态运算放大器的尾电流源以及支路电流源。当检测到的输出端电压低于共模电压(0.5倍的供电电压)时，提高动态放大电路的电流，从而加快放大速度；当检测到输出端电压达到共模电压时，尾电流源和支路电流源关断，停止放大。

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路设计领域，特别是涉及一种适用于噪声整形结构ADC的高速，低功耗差分动态运算放大器。

背景技术

随着集成电路工艺技术的不断发展，逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC)由于具有简单的电路结构和极高的功耗效率，使其在中低精度应用下备受欢迎。但是当ADC的分辨率超过10位时，SAR ADC对比较器噪声的要求变得十分严苛，而且所需的总电容值随精度呈指数式增长，这会消耗更大的芯片功耗以及芯片面积，带来匹配性难题。而Sigma-Delta ADC是一种传统高精度过采样ADC结构，它在传感器领域和音频领域具有独特的优势和应用前景，能够在低精度量化器的基础上实现高精度信号输出，但其输入带宽十分受限，这是由于Sigma-Delta ADC往往采用较高的过采样比所导致的。结合SAR ADC和Sigma-Delta ADC结构的特点。故噪声整形SAR ADC结构成为一种不错的选择，其保留了SAR ADC的低功耗优势，又结合了Sigma-Delta噪声整形的高精度优势，可以实现在低过采样率的情况下，取得更高的精度，更适用于低功耗应用。

2016年提出了一种采用运算放大器结合FIR-IIR滤波器的噪声整形方式，该结构通过增大运算放大器的增益方式，提高噪声整形效果及整体ADC的精度。然而噪声整形采用的过采样技术，故对运算放大器的建立时间有一定要求。文献Y.Shu,L.Kuo and T.Lo,27.2an oversampling SAR ADC with DAC mismatch error shaping achieving 105dBSFDR and 101dB SNDR over 1kHz BW in 55nm CMOS,2016IEEE International Solid-State Circuits Conference(ISSCC),San Francisco,CA,2016,pp.458-459.中提出了一种动态运算放大器，该运算放大器可以满足上述结构建立时间要求，但是其增益局限在20dB左右，无法满足14位以上ADC的精度要求。因此，在此基础上继续进行高速，低功耗差分动态运算放大器的研究具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种适用噪声整形结构ADC的高速，低功耗差分动态运算放大器，解决在保证高速、低功耗性能的情况下，提高运放的开环增益，进而提高噪声整形效果及整体ADC的精度。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

适用于噪声整形结构ADC的高速低功耗差分动态运算放大器，其特征在于：包括动态放大电路和共模电压检测电路；所述动态放大电路包括PMOS管构成的差分输入对管、由共模电压检测电路控制的尾电流源以及支路电流源、由外部时钟控制的关断电路以及第一复位电路、由共模电压检测电路控制的CMOS传输门、第一和第二负载电容；所述共模电压检测电路包括由两个隔直电容构成的输出端电压检测电路、外部时钟控制的第二复位电路以及由两个反相器级联的反馈电路，反馈电路的输出端控制尾电流源、支路电流源以及CMOS传输门的工作状态；