專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代集成電路與SOC(系統(tǒng)級(jí)芯片)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了便攜式電子設(shè)備的普及和應(yīng)用。而模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC，Anal0g-t0-Digital Converter)是便攜式設(shè)備的電子系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵功能部件之一。開(kāi)關(guān)電容電路由于可以非常精確地實(shí)現(xiàn)各種比例系數(shù)，且對(duì)工藝，環(huán)境溫度變化等各種影響不敏感，而廣泛應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。運(yùn)算放大器是開(kāi)關(guān)電容電路的核心單元，如何降低放大器的功耗是降低系統(tǒng)功耗的關(guān)鍵。開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器就是可以開(kāi)關(guān)的運(yùn)算放大器，1994年第一次被提出來(lái)主要用來(lái)設(shè)計(jì)低壓電路。而如果電路系統(tǒng)是由半周期延遲積分器組成，那么有半個(gè)周期運(yùn)算放大器是不需要工作的，可以使其關(guān)閉節(jié)省功耗。圖1所示為最早的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，這種結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，直接旁路掉偏置電流，使系統(tǒng)完全關(guān)閉，但是電路啟動(dòng)速度不快。后面經(jīng)過(guò)發(fā)展，開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器多為圖2類(lèi)似結(jié)構(gòu)的兩級(jí)運(yùn)算放大器，因?yàn)榈诙?jí)電流比較大，權(quán)衡功耗和開(kāi)啟速度，只關(guān)閉第二級(jí)，保留輸入級(jí)電流，方便電路啟動(dòng)，關(guān)閉輸出同時(shí)保存補(bǔ)償電容上的電荷。但是，兩級(jí)運(yùn)算放大器本身不是效率很高的結(jié)構(gòu)，特別當(dāng)負(fù)載電容比較大的時(shí)候，需要把次級(jí)點(diǎn)推到遠(yuǎn)離原點(diǎn)，這將消耗很大的電流。而傳統(tǒng)的一級(jí)運(yùn)算放大器，如套筒型結(jié)構(gòu)和折疊共源共柵結(jié)構(gòu)，并不適合用于低壓設(shè)計(jì)，而且開(kāi)關(guān)速度很慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，通過(guò)采用單級(jí)電流鏡結(jié)構(gòu)，解決了上述傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)了在主運(yùn)放非工作狀態(tài)下關(guān)閉所有電路，降低放大器整體功耗。一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，包括開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路、用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路提供共模電壓反饋信號(hào)的共模反饋電路和用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路與共模反饋電路提供偏置電壓信號(hào)的偏置電路。所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路包括2個(gè)開(kāi)關(guān)管和17個(gè)MOS管。其中，第一 MOS管的柵極為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的正輸入端，第一 MOS管的源極與第二 MOS管的源極和第三MOS管的漏極相連，第一 MOS管的漏極與第十七M(jìn)OS管的柵極、第五MOS管的柵極、第六 MOS管的柵極、第八MOS管的柵極、第六MOS管的漏極和第四MOS管的漏極相連，第二 MOS管的柵極為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，第二MOS管的漏極與第十六MOS管的柵極、 第四MOS管的柵極、第七M(jìn)OS管的柵極、第九MOS管的柵極、第七M(jìn)OS管的漏極和第五MOS管的漏極相連，第三MOS管的柵極接收所述的偏置電路提供的偏置電壓信號(hào)，第三MOS管的源極與第十一 MOS管的源極、第十三MOS管的源極、第十MOS管的源極、第十二 MOS管的源極和第二開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第二開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的時(shí)鐘信號(hào)，第二開(kāi)關(guān)管的源極接地，第十一 MOS管的柵極與第十三MOS管的柵極、第十一 MOS管的漏極和第十七M(jìn)OS 管的漏極相連，第十三MOS管的漏極與第十五MOS管的漏極和第九MOS管的漏極相連并構(gòu)成所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端，第十五MOS管的柵極與第十四MOS管的柵極相連并接收所述的共模反饋電路提供的共模電壓反饋信號(hào)，第十五MOS管的源極與第九MOS管的源極、第十七M(jìn)OS管的源極、第七M(jìn)OS管的源極、第五MOS管的源極、第四MOS管的源極、 第六MOS管的源極、第十六MOS管的源極、第八MOS管的源極、第十四MOS管的源極和第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第一開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第一開(kāi)關(guān)管的源極接收外部設(shè)備提供的電源電壓，第十MOS管的柵極與第十二 MOS管的柵極、第十MOS管的漏極和第十六MOS管的漏極相連，第十二 MOS管的漏極與第十四MOS管的漏極和第八MOS 管的漏極相連并構(gòu)成所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的正輸出端。所述的偏置電路包括3個(gè)偏置MOS管。其中，第一偏置MOS管的源極與所述的第二開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第一偏置MOS管的柵極與第二偏置MOS管的漏極、第一偏置MOS管的漏極和所述的第三MOS管的柵極相連并為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路和所述的共模反饋電路提供偏置電壓信號(hào)，第二偏置MOS管的源極與第三偏置MOS管的源極和所述的第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第二偏置MOS管的柵極與第三偏置MOS管的柵極和第三偏置MOS管的漏極相連并接收外部設(shè)備提供的參考電流。所述的共模反饋電路包括5個(gè)反饋MOS管、3個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)電容。其中，第三反饋MOS管的源極與第四反饋MOS管的源極和所述的第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第三反饋MOS 管的柵極與第四反饋MOS管的柵極、第三反饋MOS管的漏極和第一反饋MOS管的漏極相連， 第四反饋MOS管的漏極與第二反饋MOS管的漏極和所述的第十四MOS管的柵極相連并為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路提供共模電壓反饋信號(hào)，第二反饋MOS管的柵極接收外部設(shè)備提供的參考電壓，第二反饋MOS管的源極與第一反饋MOS管的源極和第五反饋MOS管的漏極相連，第五反饋MOS管的柵極與所述的第三MOS管的柵極相連并接收所述的偏置電路提供的偏置電壓信號(hào)，第五反饋MOS管的源極與所述的第二開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第一反饋MOS管的柵極與第一電容的一端、第二電容的一端和第五開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第五開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第五開(kāi)關(guān)管的源極接收外部設(shè)備提供的參考電壓，第二電容的另端與第四開(kāi)關(guān)管的源極和所述的第十五MOS管的漏極相連，第四開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第四開(kāi)關(guān)管的漏極接收外部設(shè)備提供的直流電壓，第一電容的另端與第三開(kāi)關(guān)管的源極和所述的第十四MOS管的漏極相連，第三開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第三開(kāi)關(guān)管的漏極接收外部設(shè)備提供的直流電壓。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的第一開(kāi)關(guān)管為PMOS管，所述的第二開(kāi)關(guān)管為NMOS管。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路中，第一MOS管、第二MOS管、第三 MOS管、第十MOS管、第i^一 MOS管、第十二 MOS管和第十三MOS管為NMOS管，其余的MOS管都為PMOS管。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的第一偏置MOS管為NMOS管，所述的第二偏置MOS管和所述的第三偏置MOS管為PMOS管。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的第一反饋MOS管、所述的第二反饋MOS管和所述的第五反饋MOS管為NMOS管，所述的第三反饋MOS管和所述的第四反饋MOS管為PMOS管。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的第三開(kāi)關(guān)管和所述的第四開(kāi)關(guān)管的漏極接收的直流電壓為所述的第一開(kāi)關(guān)管的源極接收的電源電壓的一半。本發(fā)明的工作原理為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的一個(gè)工作周期包括兩個(gè)時(shí)鐘相位工作相位(即時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí))和關(guān)閉相位(即時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí))。當(dāng)處于關(guān)閉相位時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，整個(gè)放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)靜態(tài)功耗，放大器的正輸出端和負(fù)輸出端通過(guò)第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管連通到直流電壓，同時(shí)第五開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一電容和第二電容上信號(hào)被清零，參考電流一直充電使第二偏置MOS管和第三偏置MOS管進(jìn)入截至區(qū)，無(wú)電流流過(guò)第一偏置MOS管，第二偏置MOS管的柵極電荷保持；當(dāng)處于工作相位時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平，第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟，電源到地通路連通，整個(gè)放大器開(kāi)始工作，第二偏置MOS管的柵極保持的電荷為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路和共模反饋電路提供快速的開(kāi)啟電壓，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的電流尖峰，輸入信號(hào)從放大器的正輸入端進(jìn)入(負(fù)輸入端原理相同)，信號(hào)經(jīng)過(guò)第一MOS管反相放大，然后經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)，一路通過(guò)第六MOS 管和第八MOS管的鏡像反相放大后，到達(dá)放大器的正輸出端，另一路通過(guò)第六MOS管和第十七M(jìn)OS管鏡像反相放大產(chǎn)生支路電流，再經(jīng)過(guò)第十一 MOS管和第十三MOS管鏡像反相放大到達(dá)放大器的負(fù)輸出端，實(shí)現(xiàn)AB類(lèi)放大，同時(shí)第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管和第五開(kāi)關(guān)管全部關(guān)斷，第一電容和第二電容的一端分別采樣放大器的正輸出端和負(fù)輸出端的信號(hào)，第一電容和第二電容的另端連接第一反饋MOS管的柵極，根據(jù)電荷守恒原理，連接第一反饋MOS 管柵極的極板電荷在此相位保持不變，電容采樣得到的共模誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)共模反饋電路中的誤差放大器放大后，通過(guò)第十四MOS管和第十五MOS管反饋到放大器的輸出，使輸出共模電壓穩(wěn)定在直流電壓。本發(fā)明的有益技術(shù)效果為(1)本發(fā)明放大器的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路的輸入級(jí)帶有內(nèi)部正反饋，改善電流鏡結(jié)構(gòu)增益不高的缺點(diǎn)；(2)本發(fā)明放大器的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路的輸入級(jí)負(fù)載采用PMOS管減小整體閃爍噪聲，比兩級(jí)放大器功耗低；(3)本發(fā)明放大器的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路的輸出級(jí)為AB類(lèi)，提高了放大器的驅(qū)動(dòng)能力和增益，進(jìn)一步提高效率，擺幅也很大；(4)本發(fā)明放大器使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)連接放大器和電源，在放大器不工作時(shí)，將其全部關(guān)閉，比傳統(tǒng)兩級(jí)開(kāi)關(guān)型的放大器只關(guān)閉輸出級(jí)節(jié)省更多的功耗；(5)本發(fā)明放大器使用內(nèi)部電流翻轉(zhuǎn)的偏置電路，有效減小放大器開(kāi)啟瞬間的電流毛刺，降低動(dòng)態(tài)功耗；(6)本發(fā)明放大器的共模反饋電路采用開(kāi)關(guān)電容電路和單級(jí)差分轉(zhuǎn)單端誤差放大器，提高共模信號(hào)建立速度。


圖1為最早的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為兩級(jí)開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，包括開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1、用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1提供共模電壓反饋信號(hào)CMFB的共模反饋電路3和用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1與共模反饋電路3提供偏置電壓信號(hào)Vbias的偏置電路2。開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1包括2個(gè)開(kāi)關(guān)管和17個(gè)MOS管。其中，第一 MOS管M1的柵極為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的正輸入端IN+，第一 1 5管虬的源極與第二 MOS管M2的源極和第三MOS管M3的漏極相連，第一 MOS管M1的漏極與第十七M(jìn)OS管M17的柵極、第五MOS管M5 的柵極、第六MOS管M6的柵極、第八MOS管M8的柵極、第六MOS管M6的漏極和第四MOS管 M4的漏極相連，第二 MOS管M2的柵極為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端IN-，第二 MOS管M2 的漏極與第十六MOS管M16的柵極、第四MOS管M4的柵極、第七M(jìn)OS管M7的柵極、第九MOS 管M9的柵極、第七M(jìn)OS管M7的漏極和第五MOS管M5的漏極相連，第三MOS管M3的柵極接收偏置電路2提供的偏置電壓信號(hào)Vbias，第三MOS管M3的源極與第十一 MOS管M11的源極、 第十三MOS管M13的源極、第十MOS管Mltl的源極、第十二 MOS管M12的源極和第二開(kāi)關(guān)管& 的漏極相連，第二開(kāi)關(guān)管&的柵極接收外部設(shè)備提供的時(shí)鐘信號(hào)Φ2，第二開(kāi)關(guān)管&的源極接地，第十一 MOS管M11的柵極與第十三MOS管M13的柵極、第十一 MOS管M11的漏極和第十七M(jìn)OS管M17的漏極相連，第十三MOS管M13的漏極與第十五MOS管M15的漏極和第九MOS 管禮的漏極相連并構(gòu)成開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端OUT-，第十五MOS管M15的柵極與第十四MOS管M14的柵極相連并接收共模反饋電路3提供的共模電壓反饋信號(hào)CMFB，第十五 MOS管M15的源極與第九MOS管M9的源極、第十七M(jìn)OS管M17的源極、第七M(jìn)OS管M7的源極、 第五MOS管M5的源極、第四MOS管M4的源極、第六MOS管M6的源極、第十六MOS管M16的源極、第八MOS管M8的源極、第十四MOS管M14的源極和第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極相連，第一開(kāi)關(guān)管31的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)/Φ2，第一開(kāi)關(guān)管S1的源極接收外部設(shè)備提供的電源電壓VDD，第十MOS管Mltl的柵極與第十二 MOS管M12的柵極、第十MOS管Mltl的漏極和第十六MOS管M16的漏極相連，第十二 MOS管M12的漏極與第十四MOS管M14的漏極和第八MOS管M8的漏極相連并構(gòu)成開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的正輸出端OUT+。在開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1中，第一 MOS管M1、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、第十 MOS管M10、第—^一 MOS管Mn、第十二 MOS管M12和第十三MOS管M13為NMOS管，其余的MOS 管都為PMOS管。第一開(kāi)關(guān)管S1為PMOS管，第二開(kāi)關(guān)管&為NMOS管。偏置電路2包括3個(gè)偏置MOS管。其中，第一偏置MOS管Mbl的源極與第二開(kāi)關(guān)管 S2的漏極相連，第一偏置MOS管Mbl的柵極與第二偏置MOS管Mb2的漏極、第一偏置MOS管 Mbl的漏極和第三MOS管M3的柵極相連并為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1和共模反饋電路3提供偏置電壓信號(hào)Vbias，第二偏置MOS管Mb2的源極與第三偏置MOS管Mb3的源極和第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極相連，第二偏置MOS管Mb2的柵極與第三偏置MOS管Mb3的柵極和第三偏置MOS 管Mb3的漏極相連并接收外部設(shè)備提供的參考電流Iref。第一偏置MOS管Mbl為NMOS管， 第二偏置MOS管Mb2和第三偏置MOS管Mb3為PMOS管。 共模反饋電路3包括5個(gè)反饋MOS管、3個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)電容。其中，第三反饋MOS 管Me3的源極與第四反饋MOS管Me4的源極和第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極相連，第三反饋MOS管Mc3的柵極與第四反饋MOS管Me4的柵極、第三反饋MOS管Me3的漏極和第一反饋MOS管Mel的漏極相連，第四反饋MOS管Me4的漏極與第二反饋MOS管Me2的漏極和第十四MOS管M14的柵極相連并為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1提供共模電壓反饋信號(hào)CMFB，第二反饋MOS管M。2的柵極接收外部設(shè)備提供的參考電壓Vref，第二反饋MOS管Me2的源極與第一反饋MOS管Mel的源極和第五反饋MOS管Me5的漏極相連，第五反饋MOS管Me5的柵極與第三MOS管M3的柵極相連并接收偏置電路2提供的偏置電壓信號(hào)Vbias，第五反饋MOS管Me5的源極與第二開(kāi)關(guān)管 S2的漏極相連，第一反饋MOS管Mca的柵極與第一電容C1的一端、第二電容C2的一端和第五開(kāi)關(guān)管&的漏極相連，第五開(kāi)關(guān)管&的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)/Φ2，第五開(kāi)關(guān)管&的源極接收外部設(shè)備提供的參考電壓Vref，第二電容C2的另端與第四開(kāi)關(guān)管、 的源極和第十五MOS管M15的漏極相連，第四開(kāi)關(guān)管、的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)/Φ2，第四開(kāi)關(guān)管、的漏極接收外部設(shè)備提供的直流電壓VDD/2，第一電容(^的另端與第三開(kāi)關(guān)管&的源極和第十四MOS管M14的漏極相連，第三開(kāi)關(guān)管&的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)/Φ2，第三開(kāi)關(guān)管&的漏極接收外部設(shè)備提供的直流電壓VDD/2。 第一反饋MOS管Mel、第二反饋MOS管Me2和第五反饋MOS管Me5為NMOS管，第三反饋MOS管 Mc3和所述的第四反饋MOS管Me4為PMOS管。 本實(shí)施例的工作原理是開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的一個(gè)工作周期包括兩個(gè)時(shí)鐘相位 工作相位(即時(shí)鐘信號(hào)Φ2為高電平時(shí))和關(guān)閉相位(即時(shí)鐘信號(hào)Φ2為低電平時(shí))。當(dāng)處于關(guān)閉相位時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管&關(guān)斷，整個(gè)放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)靜態(tài)功耗，放大器的正輸出端OUT+和負(fù)輸出端OUT-通過(guò)第三開(kāi)關(guān)管&和第四開(kāi)關(guān)管、連通到直流電壓VDD/2，同時(shí)第五開(kāi)關(guān)管&導(dǎo)通，第一電容C1和第二電容C2上信號(hào)被清零，參考電流 Iref 一直充電使第二偏置MOS管Mb2和第三偏置MOS管Mb3進(jìn)入截至區(qū)，無(wú)電流流過(guò)第一偏置MOS管Mbl，第二偏置MOS管Mb2的柵極電荷保持；當(dāng)處于工作相位時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)Φ2為高電平，第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管&開(kāi)啟，電源到地通路連通，整個(gè)放大器開(kāi)始工作，第二偏置MOS管Mb2的柵極保持的電荷為開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路1和共模反饋電路3提供快速的開(kāi)啟電壓，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的電流尖峰，輸入信號(hào)從放大器的正輸入端IN+進(jìn)入(負(fù)輸入端IN-原理相同)，信號(hào)經(jīng)過(guò)第一 MOS管M1反相放大，然后經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)，一路通過(guò)第六 MOS管M6和第八MOS管M8的鏡像反相放大后，到達(dá)放大器的正輸出端OUT+，另一路通過(guò)第六MOS管M6和第十七M(jìn)OS管M17鏡像反相放大產(chǎn)生支路電流，再經(jīng)過(guò)第十一 MOS管M11和第十三MOS管M13鏡像反相放大到達(dá)放大器的負(fù)輸出端OUT-，實(shí)現(xiàn)AB類(lèi)放大，同時(shí)第三開(kāi)關(guān)管&、第四開(kāi)關(guān)管、和第五開(kāi)關(guān)管S5全部關(guān)斷，第一電容C1和第二電容C2的一端分別采樣放大器的正輸出端OUT+和負(fù)輸出端OUT-的信號(hào)，第一電容C1和第二電容C2的另端連接第一反饋MOS管Mel的柵極，根據(jù)電荷守恒原理，連接第一反饋MOS管Mel柵極的極板電荷在此相位保持不變，電容采樣得到的共模誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)共模反饋電路中的誤差放大器放大后，通過(guò)第十四MOS管M14和第十五MOS管M15反饋到放大器的輸出0UT，使輸出共模電壓穩(wěn)定在直流電壓VDD/2。
權(quán)利要求
1.一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，包括開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路、用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路提供共模電壓反饋信號(hào)的共模反饋電路和用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路與共模反饋電路提供偏置電壓信號(hào)的偏置電路，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路包括2個(gè)開(kāi)關(guān)管和17個(gè)MOS管；其中，第一 MOS管的柵極為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的正輸入端，第一 MOS管的源極與第二 MOS管的源極和第三MOS 管的漏極相連，第一 MOS管的漏極與第十七M(jìn)OS管的柵極、第五MOS管的柵極、第六MOS管的柵極、第八MOS管的柵極、第六MOS管的漏極和第四MOS管的漏極相連，第二 MOS管的柵極為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，第二MOS管的漏極與第十六MOS管的柵極、第四 MOS管的柵極、第七M(jìn)OS管的柵極、第九MOS管的柵極、第七M(jìn)OS管的漏極和第五MOS管的漏極相連，第三MOS管的柵極接收所述的偏置電路提供的偏置電壓信號(hào)，第三MOS管的源極與第十一 MOS管的源極、第十三MOS管的源極、第十MOS管的源極、第十二 MOS管的源極和第二開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第二開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的時(shí)鐘信號(hào)，第二開(kāi)關(guān)管的源極接地，第十一 MOS管的柵極與第十三MOS管的柵極、第十一 MOS管的漏極和第十七M(jìn)OS 管的漏極相連，第十三MOS管的漏極與第十五MOS管的漏極和第九MOS管的漏極相連并構(gòu)成所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端，第十五MOS管的柵極與第十四MOS管的柵極相連并接收所述的共模反饋電路提供的共模電壓反饋信號(hào)，第十五MOS管的源極與第九MOS管的源極、第十七M(jìn)OS管的源極、第七M(jìn)OS管的源極、第五MOS管的源極、第四MOS管的源極、 第六MOS管的源極、第十六MOS管的源極、第八MOS管的源極、第十四MOS管的源極和第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第一開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第一開(kāi)關(guān)管的源極接收外部設(shè)備提供的電源電壓，第十MOS管的柵極與第十二 MOS管的柵極、第十MOS管的漏極和第十六MOS管的漏極相連，第十二 MOS管的漏極與第十四MOS管的漏極和第八MOS 管的漏極相連并構(gòu)成所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器的正輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的偏置電路包括3個(gè)偏置MOS管；其中，第一偏置MOS管的源極與所述的第二開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第一偏置MOS管的柵極與第二偏置MOS管的漏極、第一偏置MOS管的漏極和所述的第三MOS管的柵極相連并為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路和所述的共模反饋電路提供偏置電壓信號(hào)，第二偏置MOS管的源極與第三偏置MOS管的源極和所述的第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第二偏置MOS 管的柵極與第三偏置MOS管的柵極和第三偏置MOS管的漏極相連并接收外部設(shè)備提供的參考電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的共模反饋電路包括5個(gè)反饋MOS管、3個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)電容；其中，第三反饋MOS管的源極與第四反饋 MOS管的源極和所述的第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第三反饋MOS管的柵極與第四反饋MOS管的柵極、第三反饋MOS管的漏極和第一反饋MOS管的漏極相連，第四反饋MOS管的漏極與第二反饋MOS管的漏極和所述的第十四MOS管的柵極相連并為所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路提供共模電壓反饋信號(hào)，第二反饋MOS管的柵極接收外部設(shè)備提供的參考電壓，第二反饋MOS管的源極與第一反饋MOS管的源極和第五反饋MOS管的漏極相連，第五反饋MOS管的柵極與所述的第三MOS管的柵極相連并接收所述的偏置電路提供的偏置電壓信號(hào)，第五反饋MOS 管的源極與所述的第二開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第一反饋MOS管的柵極與第一電容的一端、第二電容的一端和第五開(kāi)關(guān)管的漏極相連，第五開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第五開(kāi)關(guān)管的源極接收外部設(shè)備提供的參考電壓，第二電容的另端與第四開(kāi)關(guān)管的源極和所述的第十五MOS管的漏極相連，第四開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第四開(kāi)關(guān)管的漏極接收外部設(shè)備提供的直流電壓，第一電容的另端與第三開(kāi)關(guān)管的源極和所述的第十四MOS管的漏極相連，第三開(kāi)關(guān)管的柵極接收外部設(shè)備提供的反相時(shí)鐘信號(hào)，第三開(kāi)關(guān)管的漏極接收外部設(shè)備提供的直流電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的第一開(kāi)關(guān)管為PMOS管，所述的第二開(kāi)關(guān)管為NMOS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路中，第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管、第十MOS管、第i^一 MOS管、第十二 MOS 管和第十三MOS管為NMOS管，其余的MOS管都為PMOS管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的第一偏置MOS 管為NMOS管，所述的第二偏置MOS管和所述的第三偏置MOS管為PMOS管。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的第一反饋MOS 管、所述的第二反饋MOS管和所述的第五反饋MOS管為NMOS管，所述的第三反饋MOS管和所述的第四反饋MOS管為PMOS管。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，其特征在于所述的第三開(kāi)關(guān)管和所述的第四開(kāi)關(guān)管的漏極接收的直流電壓為所述的第一開(kāi)關(guān)管的源極接收的電源電壓的一半。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低功耗開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器，包括開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路、用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路提供共模電壓反饋信號(hào)的共模反饋電路和用于向開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大電路與共模反饋電路提供偏置電壓信號(hào)的偏置電路。本發(fā)明的開(kāi)關(guān)型運(yùn)算放大器為一級(jí)電流鏡的形式，輸入級(jí)負(fù)載采用內(nèi)部正反饋結(jié)構(gòu)提高增益，輸出級(jí)為寬擺幅AB類(lèi)，并且在不需要放大器工作的時(shí)候，使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管將包括放大電路，偏置電路和共模反饋電路全部關(guān)閉，顯著降低了功耗，能夠被廣泛應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)化器，濾波器等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H03F3/45GK102158180SQ20111007526
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者吳曉波, 王漢卿, 羅惠洲, 趙津晨 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)