[发明专利]运算放大器电路、模数转换器及物联网芯片

说明书

本发明公开一种运算放大器电路、模数转换器及物联网芯片，其中运算放大器电路，包括：放大器模块和电平移位模块，电平移位模块包括电平移位电容和时钟控制器，通过时钟控制器控制电平移位电容在放大器模块在第一次放大的第一放大时间内跨接在放大器模块差分输出端，以对放大器模块的输出电压进行采样，并在第二次放大的第二放大时间内串接在放大器模块的输出端和负载电容之间以进行电平移位后进行二次放大；且在放大器模块完全放大建立前断开放大器模块的第一次放大，以使第一放大时间小于放大器模块完全放大建立所需的时间。本发明的电路在保证较高的增益的同时，提升了速度并降低了功耗。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种运算放大器电路、模数转换器及物联网芯片。

背景技术

模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)是连接外界物理信息和内部数字处理单元的桥梁，是所有传感器和物联网系统的前端接口。低功耗高精度的ADC电路是提高物联网电路集成度和小型化的重要基础。ADC具有逐次逼近型(SAR)，Delta-Sigma结构(DSM)和流水线型(Pipeline)三种主要结构。其中，流水线型ADC具有精度高，速度快的特点，称为目前模数转换器的主流结构。但是流水线型ADC的能效主要受到级间余量放大器的增益和带宽的限制。同时，随着工艺节点的不断推进，晶体管本征增益的降低，放大器的设计难度在增大。

现有技术中，通常采用相关电平移位技术(Correlated Level Shifting,CLS)以提升放大器的增益，图1a-1b为放大器电路中采用相关电平移位的电路示意图，图1c为图1a-1b中放大器的输出电压示意图，如图1a-1c所示，相关电平移位技术分为两个阶段：第一放大阶段和第二放大阶段(电平移位阶段)，在第一放大阶段通过放大器对输入信号进行粗放大，输出电压通过与负载电容并联的电平移位电容进行采样保存；在第二放大阶段，电平移位电容串联在放大器的输出端和反馈回路之间，放大器进行二次放大，得到更接近理想值的输出，实现放大器的等效增益增强的效果。但是，这种CLS放大器的等效增益大小与电平移位电容的电容值正相关，而增大电平移位电容，会降低放大器的带宽，放大器的响应时间增大，而且功耗也相对较大。

发明内容

本发明提供一种运算放大器电路、模数转换器及物联网芯片，可以克服上述技术问题，使得电路保证较高的增益的同时，提升了速度并降低了功耗。

本发明提供一种运算放大器电路，包括：放大器模块和电平移位模块，所述电平移位模块包括电平移位电容和时钟控制器，通过时钟控制器控制电平移位电容在放大器模块在第一次放大的第一放大时间内跨接在放大器模块差分输出端，以对放大器模块的输出电压进行采样，并在第二次放大的第二放大时间内串接在放大器模块的输出端和负载电容之间以进行电平移位后进行二次放大；且在放大器模块完全放大建立前断开放大器模块的第一次放大，以使第一放大时间小于放大器模块完全放大建立所需的时间。

本发明还提供一种模数转换器，包括：第一级ADC、第二级ADC和级间的余量放大器，余量放大器采用上述的运算放大器电路。

本发明还提供一种物联网芯片，包括上述的模数转换器。

本发明实施例通过使第一放大时间小于放大器模块完全放大建立所需的时间，在保证增益不降低的情况下，缩短放大器的放大时间，提升了速度，并降低了放大器的功耗；同时，采用校准环路自适应精确确定第一次放大所需时间，降低功耗，并能得到无穷的等效开环增益，且避免了手动调整，在不同温度、电压和工艺下均能够自动调整并保持充分的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的模数转换器采样电路的简化结构示意图；