[发明专利]连续时间共模反馈放大器

说明书

本发明涉及电子电路，具体涉及差动运算放大器电路。

在高速全差动切换（switched）电容滤波器结构中，一个主差动放大器环路通常包括在该主差动回路放大器内的一个高速共模回路放大器。图1示出具有共模反馈的全差动运算放大器的方框图。放大器100包括主差动放大器102和共模放大器104，它们由电压信号V_cc和V_ee供电。主差动放大器102具有用于接收反向和正向输入（即差动输入）V_in-和V_in+的输入端，用于接收偏置电流Idm的偏置端口ibias，以及用于接收共模控制信号或共模反馈信号的输入端口V_cmin。主差动放大器102的输出信号是差动输出V₀₊和V_0-。

共模放大器104接收主差动放大器102的差动输出V₀₊和V_0-，并且将它们分别馈送到输入端口V_cmp和V_cmn，该共模放大器104具有用于接收电流源I_cm的偏置端口icmbias，用于接收基准输入电压的基准端口V_ag，以及控制输出端口Vcontrol，与主差动放大器102的Vcmin端口相耦合。

虽然运算放大器100的共模输出信号由（V₀₊+V_0-）/2确定，但这个共模输出信号可能是不定的，会使该运算放大器的输出从高增益区漂移到低增益区。为了避免发生该情况，采用共模反馈形式来限定和稳定该共模输出信号。再则，希望共模放大器104的稳定时间响应快得足以避免主差动放大器102的稳定时间响应不致变慢。全差动运算放大器100的输出电压摆动Vd由差动输出电压确定，这里V_d＝V₀₊-V_0-。差动运算放大器100的共模电压V_cm由差动输出电压的平均值来确定，相对于基准电压V_ag，V_cm＝（V₀₊+V_0-）/2。如果共模电压V_cm连续地与一个诸如V_ag＝模拟“地”之类的恒定的基准电压相比较，则该共模反馈电路称为“连续时间共模反馈电路（CTCMFB）”。

图2示出具有CTCMFB的一个典型的全差动CMOS运算放大器作为全差动运算放大器200。全差动运算放大器200由FET晶体管构成，并由电源输入V_cc和V_ee供电，设有差动输入端V_in+和V_in-。该主差动放大器由标号206所示的这部分来表示，它由用标号202所示那部分中的电流源Idm来偏置。该共模放大器由晶体管M3、M4、M5、M6、M7和M10构成，而且与包括M5、M6、M7、M8、M9和M10的主差动放大器206的一部分重叠。因此共模放大器204是主差动放大器206的一部分。

共模反馈操作是通过将晶体管M5和M6的栅极电压固定为偏压V_b1并建立流过门M5及M6的相同电流I+I₀/2从而建立稳定的源电压来实现的。一旦M5和M6的源电压稳定了，晶体管M3和M4的漏一源电压V_ds3和V_ds4就固定了。选择V_b1的值使得晶体管M3和M4工作在它们的线性区。选择晶体管M3和M4的沟道宽度与沟道长度之比的宽高比（W/L）3＝（W/L）4使得该共模电压V_cm有一个预定的值，例如地电位。如果共模电压变化，则晶体管M3和M4的电阻将随之变化，并因该电路的负反馈特性而迫使V_cm回到其预定值。图2所示的共模反馈方案的输出电压摆动是由输出晶体管M9/M10和M7/M8的过饱和电压Vds_sat确定的，而且是过程很敏感的。与典型的共模反馈相关的缺点包括在无严格限制运算放大器的输出电压摆动（V₀₊-V_0-）的情况下不能在单一低电压电源环境中使用它们。