[發明專利]一種開關電容共模反饋結構

有效

• 申請號: 201210271855.9
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102751956A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 寧寧;朱波;宋文青;倪春曉;陳華;徐雙恒;眭志凌;楊暢;鄭杰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 盛明潔

技術領域

本發明屬于模擬集成電路技術領域，特別涉及一種采用開關電容和運算放大器實現的共模反饋結構。

背景技術

由于工藝的改進和設計水平的不斷提高，集成電路開發朝著高速高精度和低功耗的方向發展。在模擬電路設計中，帶有共模反饋結構的全差分運算放大器是普遍運用的基本電路單元。

具有高輸出擺幅、快速穩定、高精度和低功耗的全差分運算放大器對模擬電路的設計尤為重要，而共模反饋結構直接影響到全差分運算放大器的各項性能。共模反饋結構可以分為連續時間共模反饋結構和開關電容共模反饋結構。連續時間共模反饋結構主要應用于連續時間電路中，其具有限制運放輸出擺幅，增大輸出電阻負載，增加靜態功耗等缺點。開關電容共模反饋結構在這幾方面具有優勢，但其共模電壓建立時間較慢，且共模穩定電壓波動較大，限制了全差分運算放大器的速度和精度。

為了增大運放輸出擺幅，避免運放的輸出電阻負載，降低靜態功耗，全差分運算放大器經常采用開關電容共模反饋結構，傳統的開關電容共模反饋結構如圖1所示。在圖1中，開關電容共模反饋包括開關S₁~S₆和電容C₁-C₂。開關由兩相非交疊時鐘φ₁和φ₂控制，V_op和V_on分別為全差分運算放大器雙端輸出電壓，V_cmfb為共模反饋電流源偏置電壓，V_cm是理想共模電壓，V_bias為直流偏置電壓。

當S₁~S₃閉合、S₄~S₆斷開時，根據電荷分配原理，所有電容上存儲的總電荷為：

Q₁=2C₁·（V_cm-V_bias）+（V_op-V_cmfb)·C₂+(V_on-V_cmfb)·C₂????????????????(式1)

當S₁~S₃斷開、S₄~S₆閉合時，根據電荷分配原理，所有電容上存儲的總電荷為：

Q₂=（V_op-V_cmfb)·（C₁+C₂）+(V_on-V_cmfb)·（C₁+C₂）?????????????????????(式2)

由電荷守恒Q₁=Q₂，可得：

Vcmfb=(Vop+Von2-Vcm)+Vbias]]>(式3)

由式3式可知，開關電容共模反饋首先檢測輸出共模電壓，再與理想共模電壓比較，最后疊加一個直流偏置電壓來調節共模反饋電流源偏置電壓V_cmtb。