[发明专利]一种基于电容充当浮动电压源的动态偏置低功耗积分器

权利要求书

1.一种基于电容充当浮动电压源的动态偏置低功耗积分器，其特征在于，包括：相互连接的两相非交叠时钟产生电路、反相器电路、动态偏置电路、静态偏置电路；

动态偏置电路包括PMOS晶体管M5，NMOS晶体管M6，浮动电压源CI；在CLK1＝1时，M5、M6的栅极和漏极短接形成二极管连接型，此时两个二极管与CI串联，M5漏极电流流过CI给其上极板充电，CI下极板电流流经M6放电；在浮动电压源CI充放电半个时钟周期后，CI上下极板形成稳定的电压差，从而给反相器电路的电容C1、C2提供偏置电压；在CLK2＝1时，电容CI上下极板短接，进行电荷的清零等待下一次的充放电工作；在CLK2＝1时，M5、M6的栅极分别连接至AVDD、VSS，AVDD为积分器的参考电源，VSS为积分器的参考地，这样使得M5、M6截止，其中，输入时钟信号为CLK，产生四路时钟信号，CLK1和CLK2为两相非交叠信号；

反相器电路包括PMOS晶体管M1、M2，NMOS晶体管M3、M4，偏置电容C1、C2；其中M1作为反相器输入管其源极连接到AVDD，栅极连接到C1的右极板，漏极连接到M2的源极；M2作为构成共源共栅结构的开关其栅极在CLK1＝1时连接到AVDD从而截止，在CLK2＝1时连接到偏置电压VP，使得M2导通；M4作为反相器输入晶体管其源极连接到VSS，栅极连接到C2右极板，漏极连接到M3的源极；M3作为构成共源共栅结构开关其栅极在CLK1＝1时连接到VSS截止，在CLK2＝1时连接到电压VN，使得M3导通；在CLK1＝1时，C1、C2的左极板连接在输入共模电压VCM，C1、C2的右极板分别连接在CI的上极板和下极板，C1、C2的右极板被动态偏置电路的浮动电压源CI偏置在某一个电压；

静态偏置电路包括PMOS晶体管M7、M10、M11、M13、M15，NMOS晶体管M8、M9、M12、M14、M16，电阻R1；其中M13、M14、M15、M16，电阻R1构成一个对电源电压AVDD变化不敏感的电流源；M14为电流源的NMOS电流镜晶体管，其栅极连接到M16的栅极，完成电流的按比例复制；M10、M11接成二极管连接型，在M16偏置的一定电流驱动下形成静态偏置电压VP；同理M7为电流源的PMOS电流镜晶体管，其栅极连接到M15的栅极，完成电流的按比例复制；M8、M9接成二极管连接型，在M7偏置的一定电流驱动下形成静态偏置电压VN；电容C3、C4在CLK1＝1时，上下极板短接，分别连接至AVDD和VSS；在CLK2＝1时，C3、C4上极板分别连接至VN和VP,VN和VP为静态偏置电路形成的偏置电压。

2.根据权利要求1的基于电容充当浮动电压源的动态偏置低功耗积分器，其特征在于，两相非交叠时钟产生电路由与非门和非门数字逻辑门电路构成；其中，CLK1＝1时CLK2＝0，CLK1＝0时CLK2＝1；CLK1D、CLK2D分别为其延时某一时间间隔的信号。

3.根据权利要求1的基于电容充当浮动电压源的动态偏置低功耗积分器，其特征在于，所述低功耗的积分器的工作状态在CLK1＝1时：

积分器在CLK1＝1时，动态偏置电路的M5、M6连接成二极管连接型，与浮动电压源CI串联，此时电流流经M5给CI上极板充电，同时CI下极板通过M6放电；在充放电的过程中，M5的栅极电压上升，M6的栅极电压下降，一定时间后，CI形成一定的电压差，从而给反向器电路中的C1、C2提供偏置电压；此时反相器电路中的M2的栅极连接到AVDD，M3的栅极连接到VSS，此时，电容C3、C4的上下极板短接，分别连接至AVDD和VSS，为下一次给反相器电路快速建立偏置电压提供条件。

4.根据权利要求3的基于电容充当浮动电压源的动态偏置低功耗积分器，其特征在于，所述低功耗的积分器的工作状态在CLK2＝1时：

积分器在CLK2＝1时，动态偏置电路给反相器电路提供了偏置电压的条件下，反相器电路中的M1的栅极由C1的右极板电压所偏置，M4的栅极由C2的右极板电压所偏置；此时反相器的输入晶体管M1、M4具备了一定的静态工作点；此时M2的栅极由CLK1＝1时连接到AVDD，切换到连接VP，从而M2源漏导通，与M1晶体管构成共源共栅的放大器结构，M3的栅极由CLK1＝1时连接到VSS，切换到连接VN，从而M3源漏导通，与M4晶体管构成共源共栅的放大器结构。

5.根据权利要求4的基于电容充当浮动电压源的动态偏置低功耗积分器，其特征在于，完整的积分器的工作过程中：

在CLK1＝1时，采样电容CS的右极板连接到输入共模电压VCM，同时输入信号VIN采样到CS的左极板，CS两端形成一定的电压差；此时动态偏置电路在CLK1＝1结束时，给积分器电路中的C1、C2提供偏置电压，为CLK2＝1到来时积分器的积分提供静态偏置条件；此时，电容CF的左极板与C1、C2的左极板断开，CLK2＝1时，采样电容CS的左极板连接到共模电压VCM，同时CS右极板断开与共模电压VCM的连接，电容CF的左极板与C1、C2的左极板连接；此时由于CS电容两端电荷守恒，C1、C2的右极板电压变化，反相器开始工作，从而开始对输出端VOUT积分，其中积分的增益为CS/CF；积分结束时，CS右端的电压回到VCM，从而完成一次积分过程。