[發明專利]一種全差分運算跨導放大器

有效

• 申請號: 201310029877.9
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103095234A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 李福樂;李瑋韜;楊昌宜;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 權鮮枝;齊輝

技術領域

本發明涉及電路開發技術領域，特別涉及一種全差分運算跨導放大器。

背景技術

隨著CMOS工藝的發展，電源電壓和晶體管本征增益逐漸降低，對于基于開關電容電路的離散時間信號處理電路來說，其性能提高的主要瓶頸之一就是高性能的運算跨導放大器（OTA）。OTA的設計最重要的指標是電壓增益（A_V）和增益帶寬積（GBW）。其中電壓增益A_V為跨導（G_m）與輸出電阻（R_O）的乘積，表示為：A_V=G_mR_O，增益帶寬積GBW為跨導（G_m）與輸出電容（C_O）之比，表示為：GBW=G_m/C_O。現有的OTA結構有多種，單級OTA主要包括套筒式共源共柵（Telescopic?Cascode）結構以及折疊式共源共柵（folded?Cascode）結構等。

在開關電容等電路的設計中，OTA的有限增益會導致電荷轉移不完全，使得輸出出現有限增益誤差，故盡量提高OTA的增益是設計的努力方向之一。在一定的功耗（即跨導G_m）下，如何提高輸出電阻R_O以提高增益，成為設計優化的關鍵之一。此外，在開關電容電路設計中，OTA的增益帶寬積GBW決定了閉環帶寬，即電路的工作速度，故盡量提高OTA的GBW也是設計的一個方向。在相同跨導條件下，OTA的增益帶寬積GBW反比于輸出電容負載C_O.OTA的電容負載C_O由有效負載C_L和寄生電容C_p并聯而成，所以如何盡量減小輸出節點的寄生電容C_p成為設計優化的重要內容。

圖1是現有的套筒式共源共柵結構運算跨導放大器（OTA）的電路圖，輸入是差分信號Vin和Vip,輸出是差分信號Von和Vop，負載電容是CL.。MOS管M11和M12是輸入管，MOS管M13和M14是電流源管。輸出是共源共柵結構，共源共柵結構由MOS管M11，M12，M15-M110組成，可以提供較大的輸出電阻以提高增益。Vop和Von通過共模反饋模塊，輸出V_cmfb信號，并通過MOS管M14來控制輸出共模電平。流過單端支路的偏置電流記為I.該OTA的增益可以表示為：

A_V1=G_m11(R_ds11G_m15R_ds15//R_ds19G_m17R_ds17).

假設有：

Rds11Gm15Rds15≅Rds19Gm17Rds17=RO,]]>

則增益可以表示為：

A_V1=G_m11R_O/2.

輸出節點的負載電容為CL，寄生電容記為C_p1，則該OTA的增益帶寬積為：