[發(fā)明專利]一種能夠提升增益的高線性度動(dòng)態(tài)殘差放大器電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010101533.4
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111200402B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靖;葉思遠(yuǎn);羅建;胡宇峰;孫廳;寧寧
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F3/45
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種能夠提升增益的高線性度動(dòng)態(tài)殘差放大器電路，利用殘差放大器主體模塊結(jié)合增益提升模塊實(shí)現(xiàn)共模穩(wěn)定的放大信號，增益提升模塊引入共柵管，復(fù)位時(shí)使殘差放大器輸出端以及共柵管源端充電到電源電壓，共柵管襯底端復(fù)位到地；在放大期間，輸入對作為跨導(dǎo)級產(chǎn)生與輸入相關(guān)的放電電流并對共柵管源端電容放電，另外本發(fā)明還優(yōu)選使用襯底電位偏壓模塊，在放電過程中通過電容使共柵管的襯底跟隨源端電壓變化，維持源襯電壓，利用襯偏效應(yīng)提高閾值電壓；由于兩條支路電流大小不同，電容放電速度不同，共柵管開啟時(shí)刻不同，當(dāng)共柵管開啟后，開始對輸出端放電，產(chǎn)生放大信號。本發(fā)明在提升電路整體增益的同時(shí)還具有高線性度的特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種能夠提升增益的高線性度動(dòng)態(tài)殘差放大器電路。

背景技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展和信息處理技術(shù)的進(jìn)步，整機(jī)系統(tǒng)對作為模擬和數(shù)字接口的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在速度和精度上的要求越來越高。為了適應(yīng)工藝的演進(jìn)，提出了新的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的流水線逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Pipelined?SAR?ADC)，結(jié)合數(shù)字化程度較高的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR?ADC)和多級流水工作的流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Pipeline?ADC)的特性，這種新型混合型ADC(即流水線逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器)可以在較低的功耗下實(shí)現(xiàn)高速高精度的性能。由于新型混合型ADC內(nèi)部采用的單級ADC的精度較高，所以需要高速、高增益和高線性度的殘差放大器產(chǎn)生中間級放大殘差信號給下一級的ADC進(jìn)行量化。然而隨著工藝尺寸和電源電壓的下降，器件的二階效應(yīng)變得更加明顯，動(dòng)態(tài)范圍下降，這使得傳統(tǒng)的基于運(yùn)放的閉環(huán)殘差放大器的設(shè)計(jì)難度越來越大，同時(shí)功耗的效用率也越來越低，動(dòng)態(tài)殘差放大器的研究成為熱點(diǎn)課題。為了減小后一級ADC設(shè)計(jì)難度，基于共模檢測的殘差放大器電路成為主流的動(dòng)態(tài)殘差放大器。

目前常見的基于共模檢測的動(dòng)態(tài)殘差放大器電路如附圖1所示，其中NMOS管M1和M2作為放大器的輸入對管，產(chǎn)生與輸入相關(guān)的電流；PMOS管MP5和MP6作為復(fù)位管，在復(fù)位相將輸出端電壓充電至電源電壓。共模電壓檢測模塊用于檢測輸出端的共模電平，當(dāng)輸出端的共模電壓達(dá)到檢測點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生控制信號關(guān)斷輸出端的開關(guān)和放電通路，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)放大的功能，其工作過程如附圖2所示。正常工作條件下，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，圖1所示的基于共模檢測的動(dòng)態(tài)殘差放大器電路的工作過程可分為如下三個(gè)階段：

復(fù)位階段：當(dāng)時(shí)鐘信號CLK為低電平，尾管M4處于關(guān)斷狀態(tài)，共模電壓檢測模塊輸出信號控制尾管M3以及輸出端開關(guān)為開啟狀態(tài)。輸出點(diǎn)V_OUTN、V_OUTP、V₁以及V₂由復(fù)位管MP5和MP6復(fù)位到電源電壓。

放大階段：當(dāng)時(shí)鐘信號CLK變?yōu)楦撸补躆4開啟，由于輸入對管M1和M2在差分信號下產(chǎn)生的電流差別，輸出負(fù)載放電速度不同，在輸出端產(chǎn)生電壓差，從而產(chǎn)生放大信號。

保持階段：當(dāng)共模電壓檢測模塊檢測到輸出端的共模電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)產(chǎn)生截止信號，斷開輸出端開關(guān)以及尾管M3，由于放電通路被切斷，輸出端電位處于保持狀態(tài)直到時(shí)鐘信號CLK低電平來臨觸發(fā)電路的復(fù)位。

結(jié)合以上三個(gè)階段該殘差放大器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的輸出共模電平。

根據(jù)上述工作過程的描述，得到該殘差放大器的增益A_V為：

其中V_DD為電源電壓，V_com為共模檢測閾值電壓，V_cm為輸入對管的輸入共模電壓，V_th為輸入對管閾值電壓。

如果輸入對管工作在飽和區(qū)：

其中g(shù)_m為輸入對管的跨導(dǎo)，I_D為共模電壓控制輸入對管產(chǎn)生的共模電流。