[发明专利]基于电荷泵结构的低功耗残差放大器

摘要

本发明提供一种基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其第一开关的一端作为第一输入端，连接第一差分输入信号，另一端连接第一电容的上极板；第二开关的一端连接第一电容的上极板，另一端连接第二电容的上极板；第三开关的一端作为第二输入端，连接第二差分输入信号，另一端连接第一电容的下极板；第四开关的一端作为第三输入端，连接第二差分输入信号，另一端连接第二电容的下极板；第五开关的一端作为第四输入端，连接第一差分输入信号，另一端连接第一电容的下极板；第六开关的一端连接第一电容的上极板，另一端连接第二电容的下极板；第二开关与第二电容上极板的连接节点作为输出端。本发明可以在降低功耗的同时降低模数转换器设计难度。

主权项

1.一种基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，包括电荷泵放大电路，所述电荷泵放大电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一电容和第二电容，所述第一开关的一端作为所述电荷泵放大电路的第一输入端，连接第一差分输入信号，另一端连接第一电容的上极板；所述第二开关的一端连接第一电容的上极板，另一端连接第二电容的上极板；所述第三开关的一端作为所述电荷泵放大电路的第二输入端，连接第二差分输入信号，另一端连接第一电容的下极板；所述第四开关的一端作为所述电荷泵放大电路的第三输入端，连接第二差分输入信号，另一端连接第二电容的下极板；所述第五开关的一端作为所述电荷泵放大电路的第四输入端，连接第一差分输入信号，另一端连接第一电容的下极板；所述第六开关的一端连接第一电容的上极板，另一端连接第二电容的下极板；所述第二开关与第二电容上极板的连接节点作为所述电荷泵放大电路的输出端；其中，所述第一开关至第四开关由第一控制信号控制其通断，所述第五开关和第六开关由第二控制信号控制其通断，所述第一控制信号和第二控制信号为相位相反的两个脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，在采样阶段，所述第一控制信号为高电平，所述第二控制信号为低电平，所述第一开关至第四开关导通，第五开关和第六开关关断，第一电容和第二电容处于并联状态，两者上下极板的电压差均为第一差分输入信号的2倍，此时对第一差分输入信号和第二差分输入信号进行采样和保持；在放大阶段，所述第一控制信号为低电平，所述第二控制信号为高电平，所述第一开关至第四开关关断，第五开关和第六开关导通，第一电容和第二电容处于串联状态，此时第二电容的上极板和第一电容的下极板之间的电压差为第一差分输入信号的5倍，从而实现对第一差分输入信号的放大。

3.根据权利要求1所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，所述电荷泵放大电路设置在两级模数转换器之间，其中所述电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端连接上一级模数转换器的第一差分输出端，第二输入端和第三输入端连接上一级模数转换器的第二差分输出端，所述电荷泵放大电路的输出端连接下一级模数转换器的对应输入端。

4.根据权利要求1所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，所述电荷泵放大电路为多级串联，针对除最后一级外的其他级电荷泵放大电路，其都对应设置有结构相同但差分输入信号连接相反的匹配电荷泵放大电路，其中所述匹配电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端连接该级对应的第二差分输入信号，第二输入端和第三输入端连接该级对应的第一差分输入信号，对于同一级的电荷泵放大电路和匹配电荷泵放大电路，其第一控制信号和第二控制信号对应相同，对于不同级的电荷泵放大电路以及不同级的匹配电荷放大电路，上一级的第一控制信号与下一级的第一控制信号的相位相反，并且上一级的第二控制信号与下一级的第二控制信号的相位相反。

5.根据权利要求4所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，针对相邻两个电荷泵放大电路，上一级电荷泵放大电路的输出端连接下一级电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端，上一级匹配电荷泵放大电路的输出端连接所述下一级电荷泵放大电路的第二输入端和第三输入端；

针对相邻两个匹配电荷泵放大电路，上一级匹配电荷泵放大电路的输出端连接下一级匹配电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端，上一级电荷泵放大电路的输出端连接所述下一级匹配电荷泵放大电路的第二输入端和第三输入端。

6.根据权利要求5所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，相邻电荷泵放大电路之间设置有第一单位增益缓冲器，其中上一级电荷泵放大电路的输出端与所述第一单位增益缓冲器的输入端连接，所述第一单位增益缓冲器的输出端连接下一级电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端，以及下一级匹配电荷泵放大电路的第二输入端和第三输入端；

相邻匹配电荷泵放大电路之间设置有第二单位增益缓冲器，其中上一级匹配电荷泵放大电路的输出端与所述第二单位增益缓冲器的输入端连接，所述第二单位增益缓冲器的输出端连接下一级匹配电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端，以及下一级电荷泵放大电路的第二输入端和第三输入端。

7.根据权利要求6所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，所述第一单位增益缓冲器和第二单位增益缓冲器都包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管和复位开关，其中所述第一NMOS管的栅极作为所述第一单位增益缓冲器或第二单位增益缓冲器的输入端，源极通过所述复位开关连接所述第三NMOS管的漏极，漏极连接所述第一PMOS管M3的漏极；所述第二NMOS管的栅极连接其漏极，源极通过所述复位开关连接所述第三NMOS管的漏极，漏极分别连接所述第二PMOS管的漏极，并作为所述第一单位增益缓冲器或第二单位增益缓冲器的输出端，所述第三NMOS管的栅极连接偏置电压，源极接地；所述第一PMOS管的漏极连接其栅极，源极接电源；第二PMOS管的栅极与第一PMOS管的栅极连接，源极接电源。

8.根据权利要求4至7中任意一项所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，多级串联的电荷泵放大电路设置于两级模数转换器之间，其第一级电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端以及第一级匹配电荷泵放大电路的第二输入端和第三输入端连接上一级模数转换器的第一差分输出端，第一级电荷泵放大电路的第二输入端和第三输入端以及第一级匹配电荷泵放大电路的第一输入端和第四输入端连接上一级模数转换器的第二差分输出端，最后一级电荷泵放大电路的输出端连接下一级模数转换器的输入端。

9.根据权利要求3所述的基于电荷泵结构的低功耗残差放大器，其特征在于，通过对所述下一级模数转换器的总电容和/或参考电压进行调节，来对所述电荷泵放大电路的放大倍数进行补偿。