可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，包括：前置預(yù)放大電路，放大差分輸入信號，輸出預(yù)放大后的差分輸入信號；后級套筒式增益自舉放大電路，放大所述前置預(yù)放大電路的輸出信號，形成差分輸出信號；帶寬編程電路，用于根據(jù)外部輸入的編程控制信號，調(diào)節(jié)前置預(yù)放大電路的帶寬和后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬；輸出共模反饋電路，用于根據(jù)所述差分輸出信號，向后級套筒式增益自舉放大電路輸入共模反饋信號，而使得后級套筒增益自舉放大器輸出共模電平在預(yù)定范圍內(nèi)的差分輸出信號；前置預(yù)放大電路的放大倍數(shù)小于后級套筒式增益自舉放大電路的放大倍數(shù)。本發(fā)明可以實現(xiàn)帶寬增大并且具有編程調(diào)控帶寬大小功能。
【專利說明】可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可編程全差分跨導(dǎo)放大器，具體涉及一種具有帶寬可編程功能的全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]跨導(dǎo)放大器是將輸入差分電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，對電容負載進行充放電來實現(xiàn)輸入到輸出電壓方法的功能模塊。放大器作為流水線A/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換器的重要構(gòu)成單元，其性能對流水線A/D轉(zhuǎn)換器有著重要的影響。隨著流水線A/D轉(zhuǎn)換器向高速高精度方向發(fā)展，對其內(nèi)部子電路，特別是放大器的增益和帶寬要求越來越高。在流水線A/D轉(zhuǎn)換器的MDAC (乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器)中，內(nèi)部的多個比較器需要把該級輸入模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成后續(xù)電路所需的邏輯電平，再通過D/A (數(shù)/模)轉(zhuǎn)換器將邏輯電平信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，最終通過放大器的放大功能實現(xiàn)減法運算得到余差信號供給后級流水線繼續(xù)處理。一般情況下，放大器的閉環(huán)帶寬決定其輸出信號的建立速度，而這也限制了整個流水線A/D轉(zhuǎn)換器的速度。
[0003]現(xiàn)有的放大器結(jié)構(gòu)包括:單級套筒/折疊放大器，兩級密勒補償放大器和單級增益自舉放大器。其中，單級套筒/折疊放大器開環(huán)增益不夠大，難以達到流水線精度要求；而兩級密勒補償放大器中，有相當(dāng)一部分功耗用來做頻率補償，在功耗利用效率上較低；所以一般采用單級增益自舉放大器來實現(xiàn)高增益。
[0004]但現(xiàn)有的單級增益自舉放大器技術(shù)至少存在如下問題:單級增益自舉放大器的帶寬較小，不能滿足當(dāng)下高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)對放大器速度的要求；而且一般單級增益自舉放大器只具有固定帶寬，對于復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和工藝、溫度、電源偏差，難以滿足不同的速度和穩(wěn)定性要求；同時，單級增益自舉放大器還存在輸入范圍較小，輸入寄生電容較大等會惡化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能的缺點；這些問題限制了 CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor),互補金屬氧化物半導(dǎo)體)單級增益自舉放大器在高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，在保證高增益的同時，可以實現(xiàn)帶寬增大并且具有編程調(diào)控帶寬大小功能。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，包括:
[0007]前置預(yù)放大電路，用于放大差分輸入信號，輸出預(yù)放大后的差分輸入信號；
[0008]后級套筒式增益自舉放大電路，用于放大所述前置預(yù)放大電路的輸出信號，形成差分輸出信號；
[0009]帶寬編程電路，用于根據(jù)外部輸入的編程控制信號，調(diào)節(jié)所述前置預(yù)放大電路的帶寬和所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬；
[0010]輸出共模反饋電路，用于根據(jù)所述差分輸出信號，向所述后級套筒式增益自舉放大電路輸入共模反饋信號，而使得所述后級套筒增益自舉放大器輸出共模電平在預(yù)定范圍內(nèi)的差分輸出信號；
[0011]所述前置預(yù)放大電路的放大倍數(shù)小于所述后級套筒式增益自舉放大電路的放大倍數(shù)。
[0012]實施時，所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸入端相連；所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸入端相連；
[0013]所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端與正相信號負載以及所述輸出共模反饋電路的正相輸出檢測端連接；所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端與反相信號負載以及所述輸出共模反饋電路的反相輸出檢測端連接；
[0014]所述輸出共模反饋電路的輸出共模反饋信號與所述后級套筒式增益自舉放大電路的共模反饋點連接；
[0015]全差分輸入信號的正相輸入信號輸入所述的前置預(yù)放大電路的正相輸入端，全差分輸入信號的反相輸入信號輸入所述的前置預(yù)放大電路的反相輸入端。
[0016]實施時，所述前置預(yù)放大電路和所述后級套筒式增益自舉放大電路為全差分結(jié)構(gòu)。
[0017]實施時，所述前置預(yù)放大電路包括:
[0018]偏置電流源，用于提供偏置電流；
[0019]正輸入晶體管，柵極接入正輸入電壓，源極通過所述偏置電流源接地，漏極通過正可變負載網(wǎng)絡(luò)與驅(qū)動電源的高電平輸出端連接，源極為所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端;
[0020]負輸入晶體管，柵極接入負輸入電壓，源極通過所述偏置電流源接地，漏極通過負可變負載網(wǎng)絡(luò)與驅(qū)動電源的高電平輸出端連接，源極為所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端;
[0021]所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)的增益和所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)的增益受所述模擬編程控制信號控制。
[0022]實施時，所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)包括多個并聯(lián)的負載電路；
[0023]所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)包括多個并聯(lián)的負載電路；
[0024]每一該負載電路包括依次串聯(lián)的無源電阻和負載晶體管。
[0025]實施時，所述后級套筒式增益自舉放大電路包括:
[0026]第一后級輸入晶體管，柵極與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端連接，源極通過第二偏置電流源接地，漏極通過第一增益自舉反饋放大電路與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端連接；
[0027]第二后級輸入晶體管，柵極與所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端連接，源極通過第三偏置電流源接地，漏極通過第二增益自舉反饋放大電路與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端連接；
[0028]所述第一后級輸入晶體管的漏極和所述第二后級輸入晶體管的漏極之間連接有由所述帶寬編程電路控制的可變電阻；
[0029]所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端，通過依次連接的第三增益自舉反饋放大電路與第一負載偏置電流源，和驅(qū)動電源的高電平輸出端連接；
[0030]所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端，通過依次連接的第四增益自舉反饋放大電路與第二負載偏置電流源，和驅(qū)動電源的高電平輸出端連接。
[0031]實施時，所述第一增益自舉反饋放大電路包括第一增益自舉NMOS晶體管和第一增益自舉輔助放大器；
[0032]所述第二增益自舉反饋放大電路包括第二增益自舉NMOS晶體管和第二增益自舉輔助放大器；
[0033]所述第一增益自舉輔助放大器，輸入端與所述第一增益自舉NMOS晶體管的源極連接，輸出端與第一增益自舉NMOS晶體管的柵極連接；
[0034]所述第二增益自舉輔助放大器，輸入端與所述第二增益自舉NMOS晶體管的源極連接，輸出端與第二增益自舉NMOS晶體管的柵極連接；
[0035]所述第一增益自舉NMOS晶體管和所述第二增益自舉NMOS晶體管為共柵管。
[0036]實施時，所述第三增益自舉反饋放大電路包括第一增益自舉PMOS管和第三增益自舉輔助放大器；
[0037]所述第四增益自舉反饋放大電路包括第二增益自舉PMOS管和第四增益自舉輔助放大器；
[0038]第三增益自舉輔助放大器，輸入端與第一增益自舉PMOS管的源極連接，輸出端與第一增益自舉PMOS管的柵極連接；
[0039]第四增益自舉輔助放大器，輸入端與第二增益自舉PMOS管的源極連接，輸出端與第二增益自舉PMOS管的柵極連接；
[0040]所述第一增益自舉PMOS管和所述第二增益自舉PMOS管為共柵管。
[0041]實施時，所述第一增益自舉反饋放大電路、所述第二增益自舉反饋放大電路、所述第三增益自舉反饋放大電路和所述第四增益自舉反饋放大電路分別包括依次連接的源跟隨器和共源級的單級放大器；
[0042]所述源跟隨器用于將輸入信號進行電平移位；
[0043]所述共源級的單級放大器用于放大電平移位后的輸入信號并輸出。
[0044]實施時，所述輸出共模反饋電路包括時序控制的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)；
[0045]所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)位時被刷新，并用于根據(jù)所述差分輸出信號，向所述后級套筒式增益自舉放大電路輸入共模反饋信號，而使得所述后級套筒增益自舉放大器輸出共模電平在預(yù)定范圍內(nèi)的差分輸出信號。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，具有帶寬可編程功能，通過在前置預(yù)放大電路和后級套筒式增益自舉放大電路中采用帶寬調(diào)整技術(shù)和帶寬可變編程電路，在保證高增益的同時，可以實現(xiàn)帶寬增大并且具有編程調(diào)控帶寬大小功能，以實現(xiàn)可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器在不同的應(yīng)用環(huán)境下達到不同的穩(wěn)定性和速度性能；同時增大可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器輸入范圍，并減小可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的輸入寄生電容來改善可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器性能，能夠很好的滿足高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0048]圖2是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的前置預(yù)放大電路的具體實施例的電路圖；
[0049]圖3是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的后級套筒式增益自舉放大電路的具體實施例的電路圖；
[0050]圖3A是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的后級套筒式增益自舉放大電路的可變電阻R5的具體實施例的電路圖；
[0051]圖4A是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的后級套筒式增益自舉放大電路的所述的第三增益自舉反饋放大電路Pl的具體實施例的電路圖；
[0052]圖4B是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的后級套筒式增益自舉放大電路的所述的第一增益自舉反饋放大電路NI的具體實施例的電路圖；
[0053]圖5A是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬編程電路的選擇器的示意圖；
[0054]圖5B是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬編程電路的帶寬編程單元的電路圖；
[0055]圖5C是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬編程電路的帶寬編程單元的第一參考電流源521的電路圖；
[0056]圖6是本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的輸出共模反饋電路的電路圖；
[0057]圖6A是第一時鐘信號CLK和第二時鐘信號CLKB的時序圖。

【具體實施方式】
[0058]為使得本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點表達得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明再做進一步詳細的說明。
[0059]本發(fā)明的具體實施的方式不僅限于下面的描述，現(xiàn)結(jié)合附圖加以進一步的說明。
[0060]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于高速高精度流水線A/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換器的具有帶寬可編程功能的全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，在不同應(yīng)用環(huán)境下可以實現(xiàn)帶寬增大并且具有編程調(diào)控帶寬大小的功能。
[0061]本發(fā)明所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器在保證高增益的同時，可以實現(xiàn)帶寬增大并且具有編程調(diào)控帶寬大小功能，以實現(xiàn)放大器不同的穩(wěn)定性和速度性能；同時增大放大器輸入范圍，并減小放大器的輸入寄生電容來改善放大器性能。
[0062]如圖1所示，本發(fā)明實施例所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，包括前置預(yù)放大電路11、后級套筒式增益自舉放大電路12、帶寬編程電路13和輸出共模反饋電路14，其中，
[0063]所述前置預(yù)放大電路11，用于放大差分輸入信號，輸出與放大后的差分輸入信號，以增大可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬；
[0064]所述后級套筒式增益自舉放大電路12，用于放大所述前置預(yù)放大電路11的輸出信號，形成差分輸出信號，以增大可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的增益；
[0065]所述前置預(yù)放大電路11的放大倍數(shù)小于所述后級套筒式增益自舉放大電路12的放大倍數(shù)；
[0066]所述帶寬編程電路13，用于根據(jù)外部輸入的編程控制信號，調(diào)節(jié)所述前置預(yù)放大電路11的帶寬和所述后級套筒式增益自舉放大電路12的帶寬，以實現(xiàn)帶寬編程功能；
[0067]所述輸出共模反饋電路14，用于根據(jù)所述差分輸出信號，向所述后級套筒式增益自舉放大電路12輸入共模反饋信號，而使得所述后級套筒增益自舉放大器12輸出共模電平在預(yù)定范圍內(nèi)的差分輸出信號，使得可編程全差分編程放大器工作時不會因為工藝匹配問題造成輸出共模電平偏差太大，保證可編程全差分編程放大器能夠正常工作。
[0068]優(yōu)選的，所述前置預(yù)放大電路11采用較小的增益來預(yù)放大差分輸入信號，所述帶寬編程電路13調(diào)節(jié)下的前置預(yù)放大電路13的增益為1.9和2.7，使得對所述后級套筒式增益自舉放大電路12的帶寬提高，從而提升了可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬，能夠很好的滿足高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的要求。
[0069]根據(jù)一種【具體實施方式】，所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸入端相連；所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸入端相連；
[0070]所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端與所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器要驅(qū)動的正相信號負載以及所述輸出共模反饋電路的正相輸出檢測端連接；所述的后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端與所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器要驅(qū)動的反相信號負載以及所述輸出共模反饋電路的反相輸出檢測端連接；
[0071]所述輸出共模反饋電路的輸出共模反饋信號與所述后級套筒式增益自舉放大電路的共模反饋點連接；
[0072]所述的帶寬編程電路將外部輸入的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，從而控制所述的前置預(yù)放大電路的可變負載網(wǎng)絡(luò)和后級套筒式增益自舉放大電路的可變電阻，來實現(xiàn)整體放大器的帶寬編程；
[0073]全差分輸入信號的正相輸入信號輸入所述的前置預(yù)放大電路的正相輸入端，全差分輸入信號的反相輸入信號輸入所述的前置預(yù)放大電路的反相輸入端。
[0074]如圖2所示，根據(jù)一種【具體實施方式】，所述前置預(yù)放大電路包括:
[0075]第一偏置電流源21，用于提供偏置電流；
[0076]正輸入晶體管MN1，柵極接入正輸入電壓Vip，源極通過所述偏置電流源21接地端GND，漏極通過正可變負載網(wǎng)絡(luò)221與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接，源極為所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端VN ；
[0077]負輸入晶體管MN2，柵極接入負輸入電壓Vin，源極通過所述偏置電流源21接地端GND，漏極通過負可變負載網(wǎng)絡(luò)222與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接，源極為所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端VP ;
[0078]所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)221的增益和所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)222的增益受模擬編程控制信號控制；
[0079]所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)221包括多個并聯(lián)的負載電路；
[0080]所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)222包括多個并聯(lián)的負載電路；
[0081]每一該負載電路包括依次串聯(lián)的無源電阻和負載晶體管；
[0082]所述無源電阻與所述負載晶體管串聯(lián)，以增加輸出阻抗，增大了所述前置預(yù)放大電路的增益，進而增大了可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬；
[0083]所述可變負載網(wǎng)絡(luò)22能有效大幅度改變所述前置預(yù)放大電路21的增益，從而實現(xiàn)可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬粗調(diào)功能。
[0084]在圖2中，Vbl是第一偏置信號，Vb2是第二偏置信號。
[0085]具體的，如圖2所示，所述偏置電流源21采用第一偏置電流NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor, N 型金屬-氧化物-半導(dǎo)體)管 MN3 ；
[0086]MN3，柵極接入第二偏置信號Vb2，源極接地端GND，漏極分別與所述正輸入晶體管MNl的漏極和所述負輸入晶體管MN2的漏極連接；
[0087]所述正輸入晶體管麗I和所述負輸入晶體管麗2為NMOS晶體管；
[0088]所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)222包括第一無源電阻R1、第一負載NMOS晶體管MN4、第二無源電阻R2和第二負載NMOS晶體管MN5，其中，
[0089]R1，一端與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端VP連接，另一端與MN4的源極連接；
[0090]MN4，柵極接入第一模擬編程控制信號Vconl，漏極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接；
[0091]R2，一端與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端VP連接，另一端與麗5的源極連接；
[0092]麗5，柵極接入第一偏置信號Vbl，漏極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接；
[0093]所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)221包括第三無源電阻R3、第三負載NMOS晶體管MN6、第四無源電阻R4和第四負載NMOS晶體管麗7，其中，
[0094]R3，一端與所述前置預(yù)放大電路的負相輸出端VN連接，另一端與MN6的源極連接；
[0095]MN6，柵極接入第一偏置信號Vbl，漏極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接；
[0096]R2，一端與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端VP連接，另一端與麗7的源極連接；
[0097]麗7，柵極接入第一模擬編程控制信號Vconl，漏極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接；
[0098]RU R2、R3、R4是所述前置預(yù)放大電路的負載通路上的串聯(lián)電阻，采用無源電阻提高編程控制對可變負載網(wǎng)絡(luò)的控制精度；
[0099]當(dāng)?shù)谝荒M編程控制信號Vconl受外部編程控制變?yōu)閂bl時，前置預(yù)放大電路增益為1.9，當(dāng)?shù)谝荒M編程控制信號Vconl受外部編程控制變?yōu)镺時，前置預(yù)放大電路增益為2.7，使得可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器帶寬調(diào)節(jié)范圍較大，實現(xiàn)對可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬粗調(diào)功能。
[0100]所述后級套筒式增益自舉放大電路實現(xiàn)較大的增益，進一步放大所述前置預(yù)放大電路的輸出信號，其開環(huán)增益典型值優(yōu)選為50000左右，較大的開環(huán)增益保證了放大器在閉環(huán)工作情況下的閉環(huán)精度，滿足了對于放大器在高精度應(yīng)用下的要求。
[0101]如圖3所示，所述后級套筒式增益自舉放大電路包括:
[0102]第一后級輸入晶體管MN8，柵極與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端VP連接，源極通過第二偏置電流源31接地端GND，漏極通過第一增益自舉反饋放大電路32與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn連接；
[0103]第二后級輸入晶體管MN9，柵極與所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端VN連接，源極通過第三偏置電流源33接地端GND，漏極通過第二增益自舉反饋放大電路34與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp連接；
[0104]所述第一后級輸入晶體管MN8的源極和所述第二后級輸入晶體管MN9的源極之間連接有由所述帶寬編程電路控制的可變電阻R5，R5可以對所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬進行小幅改變，從而實現(xiàn)對所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬微調(diào)功能；
[0105]所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn，通過依次連接的第三增益自舉反饋放大電路35與第一負載偏置電流源36，和驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接；
[0106]所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp，通過依次連接的第四增益自舉反饋放大電路37與第二負載偏置電流源38，和驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接。
[0107]具體的，如圖3所示，第一后級輸入晶體管MN8為NMOS晶體管，第二后級輸入晶體管MN9為NMOS晶體管；
[0108]所述第二偏置電流源31可以采用第二偏置電流NMOS晶體管麗10 ；
[0109]所述第三偏置電流源33可以采用第三偏置電流NMOS晶體管麗11 ；
[0110]所述第一增益自舉反饋放大電路32包括第一增益自舉NMOS晶體管麗12和第一增益自舉輔助放大器NI ；
[0111]所述第二增益自舉反饋放大電路34包括第二增益自舉NMOS晶體管麗13和第二增益自舉輔助放大器N2;
[0112]NI的輸入端與麗12的源極連接，NI的輸出端與麗12的柵極連接；
[0113]N2的輸入端與麗13的源極連接，N2的輸出端與麗13的柵極連接；
[0114]所述第一增益自舉輔助放大器NI和所述第二增益自舉輔助放大器N2分別包括依次連接的源跟隨器和共源級的單級放大器，將輸入信號通過所述源跟隨器進行電平移位，再通過所述共源級的單級放大器放大信號產(chǎn)生輸出，進而可以再不損失所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的輸出范圍的情況下顯著增大所述后級套筒式增益自舉放大電路的增益；
[0115]麗12和麗13為共柵管，NI和N2是結(jié)構(gòu)完全相同的增益自舉輔助放大器；麗12和NI構(gòu)成了增益自舉反饋回路，麗13和N2構(gòu)成了增益自舉反饋回路，增大了負載反饋，能有效增加所述后級套筒式增益自舉放大電路的增益；
[0116]所述第三增益自舉反饋放大電路35包括第一增益自舉PMOS(P-Mental-Oxi de-Semi conductor, P型金屬-氧化物-半導(dǎo)體)管MPl和第三增益自舉輔助放大器Pl ；
[0117]所述第四增益自舉反饋放大電路37包括第二增益自舉PMOS管MP2和第四增益自舉輔助放大器P2;
[0118]Pl的輸入端與MPl的源極連接，Pl的輸出端與MPl的柵極連接；
[0119]P2的輸入端與MP2的源極連接，P2的輸出端與MP2的柵極連接；
[0120]所述第三增益自舉輔助放大器Pl和所述第三增益自舉輔助放大器P2分別包括依次連接的源跟隨器和共源級的單級放大器，將輸入信號通過所述源跟隨器進行電平移位，再通過所述共源級的單級放大器放大信號產(chǎn)生輸出，進而可以再不損失所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的輸出范圍的情況下顯著增大所述后級套筒式增益自舉放大電路的增益；
[0121 ] 所述第一負載偏置電流源36可以米用第一偏置電流PMOS管MP3,所述第二負載偏置電流源38可以采用第二偏置電流PMOS管MP4 ；
[0122]MP3和MP4是所述后級套筒式增益自舉放大電路的負載偏置電流源，提供了輸出共模反饋點，用于構(gòu)成輸出共模反饋環(huán)路，從而實現(xiàn)了輸出共模反饋功能，穩(wěn)定了所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的輸出共模電平，保證所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器正常工作；
[0123]MN10，柵極接入第二偏置信號Vb2，源極接地端GND，漏極與MN8的源極連接；
[0124]MN8，柵極與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端VP連接，漏極與麗12的源極連接；
[0125]MN12，漏極與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn連接；
[0126]MP1，漏極與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn連接，源極與MP3的漏極連接；
[0127]MP3，柵極接入輸出共模反饋信號CMFB，源極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接；
[0128]MNl I，柵極接入第二偏置信號Vb2，源極接地端GND，漏極與MN9的源極連接；
[0129]MN9，柵極與所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端VN連接，漏極與麗13的源極連接；
[0130]MN13，漏極與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp連接；
[0131]MP2，漏極與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp連接，源極與MP4的漏極連接；
[0132]MP4，柵極接入共模反饋控制電壓CMFB，源極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接;
[0133]具體的，所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn通過反相信號負載CLl接地端GND，所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp通過正相信號負載CL2接地端GND，反相信號負載CLl和正相信號負載CL2決定了所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的驅(qū)動能力，典型情況下電容值為12pF (皮法)；
[0134]R5是帶寬編程電路控制的可變電阻，如圖3A所示，R5可以采用工作在線性區(qū)的NMOS晶體管MN14，其可以看成一個可變的有源電阻，第二模擬編程控制信號Vcon2用于控制麗14柵端電壓的大小；iVcon2較大時，MN14構(gòu)成的導(dǎo)通電阻較小，退化電阻較小，所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬退化較小，所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬微小提升，當(dāng)Vcon2較小時，MN14構(gòu)成的導(dǎo)通電阻較大，退化電阻較大，所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬退化較大，所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬微小降低，對所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器帶寬調(diào)節(jié)范圍較小，實現(xiàn)對所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬微調(diào)功能。
[0135]如圖4A所示，所述的第三增益自舉反饋放大電路Pl的結(jié)構(gòu)和第四增益自舉反饋放大電路P2的結(jié)構(gòu)完全相同，只以第三增益自舉反饋放大電路Pl為例；
[0136]第三增益自舉反饋放大電路Pl包括第一反饋放大NMOS晶體管MN15、第二反饋放大NMOS晶體管麗16、第三反饋放大NMOS晶體管麗17、第四反饋放大NMOS晶體管麗18和第一反饋放大PMOS晶體管MP5，其中，
[0137]麗15是第一增益自舉反饋放大電路的輸入管，采用源跟隨器來實現(xiàn)電平位移，保證了第一增益自舉反饋放大電路的輸入范圍不會影響套筒式主放大器的輸出范圍，提高了后級套筒式增益自舉放大電路的輸出擺幅；
[0138]麗16、麗17是第三增益自舉反饋放大電路的偏置電流源；
[0139]麗18是共柵管，提高了第三增益自舉反饋放大電路的增益；
[0140]MP5是第三增益自舉反饋放大電路的放大管，采用共源級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較大增益；
[0141]如圖4B所示，所述的第一增益自舉反饋放大電路NI的結(jié)構(gòu)和第二增益自舉反饋放大電路N2的結(jié)構(gòu)完全相同，只以第一增益自舉反饋放大電路NI為例；
[0142]第一增益自舉反饋放大電路NI包括第五反饋放大NMOS晶體管MN19、第二反饋放大PMOS晶體管MP6、第三反饋放大PMOS晶體管MP7、第四反饋放大PMOS晶體管MP8和第五反饋放大PMOS晶體管MP9其中，
[0143]MP9是第三增益自舉反饋放大電路的輸入管，采用源跟隨器來實現(xiàn)電平位移，保證了第三增益自舉反饋放大電路的輸入范圍不會影響套筒式主放大器的輸出范圍，提高了后級套筒式增益自舉放大電路的輸出擺幅；
[0144]MP6、MP7是第一增益自舉反饋放大電路的偏置電流源；
[0145]MP8是共柵管，提高了第一增益自舉反饋放大電路的增益；
[0146]MN19是第一增益自舉反饋放大電路的放大管，采用共源級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較大增益；
[0147]所述的帶寬編程電路通過外部輸入數(shù)字編程控制信號，來選擇輸出編程控制信號來控制上述的可變負載網(wǎng)絡(luò)和可變電阻，從而分別實現(xiàn)對所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的帶寬粗調(diào)和微調(diào)的編程功能，使得所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器在不同速度和穩(wěn)定性要求下都能較好工作。
[0148]在圖4A和圖4B中，Vin為輸入端，Vout為輸出端，Vb2為第二偏置信號，Vb3為第三偏置信號，Vb4為第四偏置信號，Vb5為第五偏置信號。
[0149]如圖5A、圖5B所示，所述帶寬編程電路包括選擇器51和帶寬編程單元；
[0150]所述帶寬編程單元包括輸出電流為Iref的第一參考電流源521、輸出電流為Iref的第二參考電流源522、輸出電流為2Iref的第三參考電流源523、輸出電流為4Iref的第四參考電流源524、輸出電流為8Iref的第五參考電流源525、第一編程控制開關(guān)S1、第二編程控制開關(guān)S2、第三編程控制開關(guān)S3、第四編程控制開關(guān)S4、第五無源電阻S5、第五無源負載R6和編程負載NMOS管麗20，其中，
[0151]所述選擇器51,分別接入第一偏置信號Vbl、第一模擬編程控制信號Vconl、第一數(shù)字編程控制信號DO和接地端GND，根據(jù)第一數(shù)字編程控制信號DO來選擇將Vbl或者GND接入Vconl，來調(diào)節(jié)所述前置預(yù)放大電路的負載網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)帶寬編程的粗調(diào)功能；
[0152]輸出電流為Iref的第一參考電流源521、輸出電流為Iref的第二參考電流源522、輸出電流為2Iref的第三參考電流源523、輸出電流為4Iref的第四參考電流源524、輸出電流為SIref的第五參考電流源525，分別產(chǎn)生偏置電流給阻性負載用來產(chǎn)生模擬調(diào)節(jié)信號；Iref是參考電流值；
[0153]第一編程控制開關(guān)S1、第二編程控制開關(guān)S2、第三編程控制開關(guān)S3、第四編程控制開關(guān)S4分別受第二數(shù)字編程控制信號D1、第三數(shù)字編程控制信號D2、第四數(shù)字編程控制信號D3、第五數(shù)字編程控制信號D4控制選通情況，用來決定接入多大的參考電流，調(diào)節(jié)范圍是Iref至16倍Iref ；
[0154]R6和麗20是編程網(wǎng)絡(luò)選通電流源的阻性負載，根據(jù)流入負載的電流大小用來產(chǎn)生相應(yīng)的第二模擬編程控制信號Vcon2 ；
[0155]每個參考電流源接入不同數(shù)目的單位參考電流源，五個參考電流源一共接入十六個單位參考電流源；
[0156]第一數(shù)字編程控制信號D0、第二數(shù)字編程控制信號D1、第三數(shù)字編程控制信號D2、第四數(shù)字編程控制信號D3和第五數(shù)字編程控制信號D4由外部輸入確定，確定了所述前置預(yù)放大電路的增益大小，以及所述后級套筒式增益自舉放大電路的退化電阻大?。坏湫颓闆r下，由第一數(shù)字編程控制信號DO首先決定所述前置預(yù)放大電路的增益實現(xiàn)粗調(diào)，其次在具體情況下，由第二數(shù)字編程控制信號D1、第三數(shù)字編程控制信號D2、第四數(shù)字編程控制信號D3和第五數(shù)字編程控制信號D4控制接入?yún)⒖茧娏髟吹膫€數(shù)來產(chǎn)生第二模擬編程控制信號Vcon2，具體的，Vcon2為微調(diào)電壓信號，從而實現(xiàn)退化電阻對所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器帶寬的微調(diào)。
[0157]如圖5C所示，所述第一參考電流源521包括由第一參考電流PMOS晶體管MPlO和第二參考電流PMOS晶體管MPll構(gòu)成，產(chǎn)生一個偏置電流給阻性負載用來產(chǎn)生一個模擬調(diào)節(jié)信號，MPlO的柵極接入Vb3，MPll的柵極接入Vb5，MP10的源極與驅(qū)動電源的高電平輸出端VDD連接，1ut為所述第一參考電流源521的輸出電流。
[0158]根據(jù)一種【具體實施方式】，所述的輸出共模反饋電路包括時序控制的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，在所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器復(fù)位時刷新開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，然后在可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器正常工作時所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)對輸出共模進行調(diào)節(jié)，保證輸出共模電平偏置在合適位置，從而實現(xiàn)可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器工作正常。
[0159]如圖6所示，所述輸出共模反饋電路包括第五時鐘控制開關(guān)S5、第六時鐘控制開關(guān)S6、第七時鐘控制開關(guān)S7、第八時鐘控制開關(guān)S8、第九時鐘控制開關(guān)S9、第十時鐘控制開關(guān)S10、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4，其中，
[0160]第一電容Cl的上極板，通過第五時鐘控制開關(guān)S5接入理想共模電平Vcm，并且通過第八時鐘控制開關(guān)S8與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp相連；
[0161]第一電容Cl的下極板，與第二電容C2的上極板相連，并通過第六時鐘控制開關(guān)S6接入第三偏置信號Vb3，通過第九時鐘控制開關(guān)S9接入輸出共模反饋信號CMFB ；
[0162]第二電容C2的下極板通過第七時鐘控制開關(guān)S7接入理想共模電平Vcm，并且通過第十時鐘控制開關(guān)SlO與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn連接；
[0163]第三電容C3的上極板與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp相連；
[0164]第三電容C3的下極板與第四電容C4的上極板以及輸出共模反饋信號CMFB相連；
[0165]第四電容C4的下極板與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn相連；
[0166]第五時鐘控制開關(guān)S5、第六時鐘控制開關(guān)S6和第七時鐘控制開關(guān)S7由第一時鐘信號CLK控制，第八時鐘控制開關(guān)S8、第九時鐘控制開關(guān)S9和第十時鐘控制開關(guān)SlO由第二時鐘信號CLKB控制，第一時鐘信號CLK和第二時鐘信號CLKB分別表示所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器工作的時鐘信號和所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器復(fù)位的時鐘，實現(xiàn)了所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器工作時輸出共模反饋穩(wěn)定，所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器復(fù)位時刷新開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)；
[0167]如圖6A所示，CLK為高電平時所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器工作，CLKB為高電平時所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器復(fù)位，CLK和CLKB相位相反；
[0168]C3和C4是檢測電容，用來檢測所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端Voutp和所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端Voutn的共模電平，并產(chǎn)生一個共模反饋信號CMFB接入后級套筒式增益自舉放大電路的共模反饋點從而對所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器輸出共模進行調(diào)節(jié)，使其偏置在合適電平；
[0169]Cl和C2是刷新電容，在CLK為高電平時，即所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器工作時，被理想共模電平Vcm和第三偏置信號Vb3充電，在CLKB為高電平時，即所述可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器復(fù)位時，對C3和C4進行刷新充電，使其在下一個時鐘周期能夠繼續(xù)進行共模反饋功能。
[0170]本發(fā)明所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，具有帶寬可編程功能，通過在前置預(yù)放大電路和后級套筒式增益自舉放大電路中采用帶寬調(diào)整技術(shù)和帶寬可變編程電路，在保證高增益的同時，可以實現(xiàn)帶寬增大并且具有編程調(diào)控帶寬大小功能，以實現(xiàn)可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器在不同的應(yīng)用環(huán)境下達到不同的穩(wěn)定性和速度性能；同時增大可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器輸入范圍，并減小可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器的輸入寄生電容來改善可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器性能，能夠很好的滿足高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的需求。
[0171]以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，其特征在于，包括: 前置預(yù)放大電路，用于放大差分輸入信號，輸出預(yù)放大后的差分輸入信號； 后級套筒式增益自舉放大電路，用于放大所述前置預(yù)放大電路的輸出信號，形成差分輸出信號； 帶寬編程電路，用于根據(jù)外部輸入的編程控制信號，調(diào)節(jié)所述前置預(yù)放大電路的帶寬和所述后級套筒式增益自舉放大電路的帶寬，； 輸出共模反饋電路，用于根據(jù)所述差分輸出信號，向所述后級套筒式增益自舉放大電路輸入共模反饋信號，而使得所述后級套筒增益自舉放大器輸出共模電平在預(yù)定范圍內(nèi)的差分輸出信號； 所述前置預(yù)放大電路的放大倍數(shù)小于所述后級套筒式增益自舉放大電路的放大倍數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，其特征在于， 所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸入端相連；所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸入端相連； 所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端與正相信號負載以及所述輸出共模反饋電路的正相輸出檢測端連接；所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端與反相信號負載以及所述輸出共模反饋電路的反相輸出檢測端連接； 所述輸出共模反饋電路的輸出共模反饋信號與所述后級套筒式增益自舉放大電路的共模反饋點連接； 全差分輸入信號的正相輸入信號輸入所述的前置預(yù)放大電路的正相輸入端，全差分輸入信號的反相輸入信號輸入所述的前置預(yù)放大電路的反相輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述前置預(yù)放大電路和所述后級套筒式增益自舉放大電路為全差分結(jié)構(gòu)。
4.權(quán)利要求1所述的可編程全差分增益自舉跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述前置預(yù)放大電路包括: 偏置電流源，用于提供偏置電流； 正輸入晶體管，柵極接入正輸入電壓，源極通過所述偏置電流源接地，漏極通過正可變負載網(wǎng)絡(luò)與驅(qū)動電源的高電平輸出端連接，源極為所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端；負輸入晶體管，柵極接入負輸入電壓，源極通過所述偏置電流源接地，漏極通過負可變負載網(wǎng)絡(luò)與驅(qū)動電源的高電平輸出端連接，源極為所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端；所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)的增益和所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)的增益受所述模擬編程控制信號控制。
5.權(quán)利要求4所述的可編程差分跨導(dǎo)放大器，其特征在于， 所述正可變負載網(wǎng)絡(luò)包括多個并聯(lián)的負載電路； 所述負可變負載網(wǎng)絡(luò)包括多個并聯(lián)的負載電路； 每一該負載電路包括依次串聯(lián)的無源電阻和負載晶體管。
6.如權(quán)利要求1所述的可編程差分跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述后級套筒式增益自舉放大電路包括: 第一后級輸入晶體管，柵極與所述前置預(yù)放大電路的正相輸出端連接，源極通過第二偏置電流源接地，漏極通過第一增益自舉反饋放大電路與所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端連接； 第二后級輸入晶體管，柵極與所述前置預(yù)放大電路的反相輸出端連接，源極通過第三偏置電流源接地，漏極通過第二增益自舉反饋放大電路與所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端連接； 所述第一后級輸入晶體管的漏極和所述第二后級輸入晶體管的漏極之間連接有由所述帶寬編程電路控制的可變電阻； 所述后級套筒式增益自舉放大電路的反相輸出端，通過依次連接的第三增益自舉反饋放大電路與第一負載偏置電流源，和驅(qū)動電源的高電平輸出端連接； 所述后級套筒式增益自舉放大電路的正相輸出端，通過依次連接的第四增益自舉反饋放大電路與第二負載偏置電流源，和驅(qū)動電源的高電平輸出端連接。
7.如權(quán)利要求6所述的可編程差分跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述第一增益自舉反饋放大電路包括第一增益自舉NMOS晶體管和第一增益自舉輔助放大器； 所述第二增益自舉反饋放大電路包括第二增益自舉NMOS晶體管和第二增益自舉輔助放大器； 所述第一增益自舉輔助放大器，輸入端與所述第一增益自舉NMOS晶體管的源極連接，輸出端與第一增益自舉NMOS晶體管的柵極連接； 所述第二增益自舉輔助放大器，輸入端與所述第二增益自舉NMOS晶體管的源極連接，輸出端與第二增益自舉NMOS晶體管的柵極連接； 所述第一增益自舉NMOS晶體管和所述第二增益自舉NMOS晶體管為共柵管。
8.如權(quán)利要求6所述的可編程差分跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述第三增益自舉反饋放大電路包括第一增益自舉PMOS管和第三增益自舉輔助放大器； 所述第四增益自舉反饋放大電路包括第二增益自舉PMOS管和第四增益自舉輔助放大器；第三增益自舉輔助放大器，輸入端與第一增益自舉PMOS管的源極連接，輸出端與第一增益自舉PMOS管的柵極連接； 第四增益自舉輔助放大器，輸入端與第二增益自舉PMOS管的源極連接，輸出端與第二增益自舉PMOS管的柵極連接； 所述第一增益自舉PMOS管和所述第二增益自舉PMOS管為共柵管。
9.如權(quán)利要求6至8中任一權(quán)利要求所述的可編程差分跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述第一增益自舉反饋放大電路、所述第二增益自舉反饋放大電路、所述第三增益自舉反饋放大電路和所述第四增益自舉反饋放大電路分別包括依次連接的源跟隨器和共源級的單級放大器； 所述源跟隨器用于將輸入信號進行電平移位； 所述共源級的單級放大器用于放大電平移位后的輸入信號并輸出。
10.如權(quán)利要求1所述的可編程差分跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述輸出共模反饋電路包括時序控制的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)； 所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)位時被刷新，并用于根據(jù)所述差分輸出信號，向所述后級套筒式增益自舉放大電路輸入共模反饋信號，而使得所述后級套筒增益自舉放大器輸出共模電平在預(yù)定范圍內(nèi)的差分輸出信號。
【文檔編號】H03F3/45GK104242839SQ201310283082
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】朱樟明, 陳雨, 薛婷, 丁瑞雪, 楊銀堂 申請人:西安電子科技大學(xué)