[发明专利]全差分运算放大器和全差分运算放大器电路

说明书

本公开涉及集成电路技术领域，提供了一种全差分运算放大器电路，其包括：差分输入对；第一输出模块，该第一输出模块用于在该全差分运算放大器电路的上电复位期间调节其自身导通状态，将第一输出电压钳位上拉到电源电压；第二输出模块，该第二输出模块用于在该全差分运算放大器电路的上电复位期间调节其自身导通状态，将第二输出电压钳位下拉到地电压。由此可缩短上电复位期间共模电压的建立时间，在提高全差分运算放大器在后续正常工作时的开关频率的同时，不仅有效减小了芯片面积，而且扩展了该全差分运算放大器电路的电源电压范围，以此增强全差分运算放大器在高速高精度ADC中的适用性。

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，具体涉及一种全差分运算放大器和全差分运算放大器电路。

背景技术

模数转换器是实现由模拟信号到数字信号转换的电路，以实现用数字信号处理器处理自然界中的模拟信号。近些年来，模数转换器已经广泛地应用于语音图像处理器、声呐雷达处理系统、传感网络、有线无线通信系统、生物医疗系统、测试测量仪器等电子系统之中，并扮演着不可或缺的角色。但是受限于工艺偏差，温度分布，电路非线性，漏电流等非理想因素，在高性能系统中，高速高精度ADC通常是整个系统性能的瓶颈。随着工艺技术水平的不断发展，流水线型模数转换器以其高速高精度低功耗等特点被广为应用。

流水线型模数转换器中MDAC的运算放大器更是整个系统中的重中之重。全差分开关电容电路由于具有全差分电路的高输出摆幅和对电源等共模噪声的抑制以及开关电容电路的高精度特点而成为常用的电路形式。全差分电路设计的关键和难点是共模反馈电路的设计。缺乏好的共模反馈电路会造成输出共模电压波动，并通过电路的不对称性而将这种波动转化为差分输出，造成差分输出信号破坏。甚至输出共模偏离预定值会导致差分输出摆幅受限，进而造成削顶或削底失真，此时检测出的共模值偏离实际，输出错误的共模值，进而返回错误的控制电压又进一步造成共模电压偏离正常值，严重影响电路性能。因此，现有技术通常会采用共模反馈电路工作在运放保持输出时刻，用于稳定运放的输出共模值。

常见的全差分运算放大器(Fully-Differential，也称为全差分运放)电路多为电流源负载，其静态工作点通常是不稳定的，需要增加单独的共模反馈环路来稳定运放各节点的共模电平。而运放各个节点共模电平之间有一定的耦合关系，因此一般只需要稳定放大器的输出共模电平就可以使得内部所有节点的共模电平都达到稳定。图1是现有技术中一种具有共模反馈环路的全差分运算放大器电路的结构示意图，其中，通过共模检测模块120得到输出电压的平均值Voc，然后利用比较器130将其和共模电压Vcm进行比较后控制全差分运算放大器110的内部节点电压Vcmc，最终目的是使得输出电压的平均值Voc达到Vcm。Vcm也被称为全差分运算放大器110的输出共模电压。

一般的，共模检测模块120可以由电阻，电容等来实现。而开关电容共模反馈结构在开关电容积分器或者斩波运放等非连续性的电路中常用。故从全差分运算放大器输出摆幅限制以及输出电阻负载考虑，采用电容结构比较合适。图2是一个典型的开关电容结构的共模检测模块，其中，Ph1和Ph2是两相不交叠时钟，通过其各自控制的开关多次闭合断开操作后，输出的电压VOUTP和电压VOUTN的和值会稳定在一个固定电压，即2Voc(Voc就是输出电压的平均值)，此时电路稳定，即使ph2控制的开关闭合时，C1也不再给C2充电。因此Ph1和Ph2切换时C1上的电压差应该不再变化。Ph1控制的开关闭合时C1上的压差为2*(Vcm-Vcmbias)，Ph2控制的开关闭合时C1上的电压差为(VOUTP-Vcmc+VOUTN-Vcmc)。而电路中通常会将Vcmbias设置和Vcmc相同。因此最终2Voc＝VOUTP+VOUTN＝2Vcm。所以输出电压的平均值Voc＝Vcm。