本發(fā)明涉及芯片設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及到高速開關(guān)電容電路中的共模電壓調(diào)節(jié)電路。

背景技術(shù)：

開關(guān)電容電路是一類應(yīng)用極為廣泛的模數(shù)混合集成電路，可用來構(gòu)造高性能放大器，濾波器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等等。如圖1所示，一個典型的全差分開關(guān)電容放大器電路一般包括多個開關(guān)、電容和一個運算放大器。其中開關(guān)電路一般為NMOS，PMOS或CMOS形式。開關(guān)電容電路通常在一個雙相時鐘控制下運行：在采樣周期，輸入開關(guān)S1P和S1N導通，輸入電壓被采樣到采樣電容C1P和C1N(C1P,C1N大小相同)上面，而反饋電容C2P和C2N(C2P和C2N大小相同)則被復位，清除原有貯存的電荷。在這個周期，運算放大器也被復位，其差分輸入端通過采樣開關(guān)連接到一個固定偏置電壓VCMIN上。采樣周期之后是放大周期，輸入開關(guān)S1P和S1N斷開，輸入電容C1P和C1N被復位，其中貯存電荷轉(zhuǎn)移到反饋電容C2P和C2N上面，完成放大功能，其放大增益設(shè)為Gain，放大增益由采樣電容和反饋電容的比例決定，即公式(1)，

Gain＝CS/CF (1)

其中：

CS＝C1P/CIN (2)

CF＝C2P/C2N (3)

值得注意的是，在放大周期，運算放大器的輸入端實際上是懸空的，其電壓一般保持在采樣周期的值上(即VCMIN)。但在實際電路中，由于受開關(guān)的電荷注入、輸入共模與復位共模失配等多種因素影響，放大周期的運放輸入電壓可能大幅度偏離VCMIN，引起運放性能下降甚至失效。這是在高性能開關(guān)電容電路中一個非常重要的設(shè)計細節(jié)，一般通過減小開關(guān)的電荷注入或增加運放輸入共模的范圍來增加設(shè)計魯棒性，但在低電壓和高速電路中，運放能承受的輸入共模范圍一般很小，開關(guān)電荷的注入?yún)s可能很大，非常難以讓電路保持在最佳工作狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了調(diào)節(jié)共模電壓，確保開關(guān)電容電路中的運放工作在最佳的直流共模偏置點，本發(fā)明提供一種開關(guān)電容電路中運算放大器輸入端的共模電壓調(diào)節(jié)電路。

技術(shù)方案：一種開關(guān)電容電路中運算放大器輸入端的共模電壓調(diào)節(jié)電路，包括第一部分和第二部分，第一部分與第二部分相同，第一部分包括電容和供電電路，所述電容的一端與供電電路的輸出端電連接，電容的另一端與運算放大器的反相輸入端電連接，所述供電電路用于給電容充放電；第二部分與運算放大器的同相輸入端電連接。

進一步的，所述供電電路包括反相驅(qū)動器，所述反相驅(qū)動器的輸入端接時鐘信號，所述時鐘信號與開關(guān)電容電路的放大周期時鐘同相位或反相位。

進一步的，所述供電電路包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第一直流電壓及第二直流電壓，第一開關(guān)的一端接第一直流電壓，第一開關(guān)另一端接所述電容；第二開關(guān)的一端接第二直流電壓，第二開關(guān)的另一端接至第一開關(guān)與電容的連接處，第一直流電壓與第二直流電壓不相等。

進一步的，還包括第一緩沖器、第二緩沖器及積分器，第一緩沖器的輸入端連接運算放大器的反相輸入端，第二緩沖器的輸入端連接運算放大器的同相輸入端，第一緩沖器的輸出端和第二緩沖器的輸出端連接到積分器的兩個輸入端，所述積分器的輸出端用于驅(qū)動第一直流電壓和/或第二直流電壓。

進一步的，所述積分器包括第一采樣電容、第二采樣電容、積分電容及積分運放，第一緩沖器的輸出端經(jīng)第一采樣開關(guān)與第一采樣電容的一端連接，第二緩沖器的輸出端經(jīng)第二采樣開關(guān)與第二采樣電容的一端連接；運算放大器的參考共模電壓通過第三采樣開關(guān)接至第一采樣開關(guān)與第一采樣電容的連接處；參考共模電壓通過第四采樣開關(guān)接至第二采樣開關(guān)與第二采樣電容的連接處；第一采樣電容與第二采樣電容的另一端均與積分運放的反相輸入端連接，積分運放的反相輸入端經(jīng)積分電容與積分運放的輸出端連接。

進一步的，所述共模電壓調(diào)節(jié)電路與開關(guān)電容電路集成在芯片中。

有益效果：本發(fā)明提供的一種開關(guān)電容電路中運算放大器輸入端的共模電壓調(diào)節(jié)電路，可以調(diào)節(jié)運算放大器的輸入端共模電壓，確保開關(guān)電容電路中的運放工作在最佳的直流共模偏置點；電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙；改進后的電路對主電路的負荷增加很小，影響很??；功耗和面積的增加也很小，制造成集成芯片的成本低廉。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的開關(guān)電容放大器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為實施例一的開關(guān)電容放大器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為實施例二的開關(guān)電容放大器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為實施例三的開關(guān)電容放大器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為實施例三中的積分器的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例一：在現(xiàn)有的基本開關(guān)電容放大器電路的基礎(chǔ)上，在運算放大器的輸入端增加了一個共模調(diào)節(jié)電路，如圖2所示，包括第一部分和第二部分，第一部分包括電容CCMP和反相驅(qū)動器INVP，所述電容CCMP的一端與反相驅(qū)動器INVP的輸出端電連接，電容CCMP的另一端與運算放大器OTA的反相輸入端電連接。第二部分包括電容CCMN和反相驅(qū)動器INVN，所述電容CCMN的一端與反相驅(qū)動器INVN的輸出端電連接，電容CCMN的另一端與運算放大器OTA的同相輸入端電連接。所述反相驅(qū)動器INVP和反相驅(qū)動器INVN的輸入端均接一個時鐘信號，所述時鐘信號與開關(guān)電容電路的放大周期時鐘同相位或反相位，當該時鐘信號周期與開關(guān)電容放大周期同相時，共模電壓減??；當該時鐘信號周期與開關(guān)電容放大周期反相時，共模電壓增大。第一部分的電容CCMP和第二部分的電容CCMN大小相同，反相驅(qū)動器INVP和反相驅(qū)動器INVN的大小根據(jù)需要共模調(diào)節(jié)的值來選取。

該電路的工作原理如下：在采樣周期，電容CCMP和電容CCMN在反相驅(qū)動器INVP和反相驅(qū)動器INVN的驅(qū)動下連接到地或電源。在放大周期，電容CCMP和電容CCMN在反相驅(qū)動器INVP和反相驅(qū)動器INVN的驅(qū)動下切換連接到電源或地，增大注入運放輸入節(jié)點的凈共模電荷為：QCM＝VDD*CCM，其中VDD為電源電壓值，而CCM為電容CCMP或電容CCMN的電容值。相應(yīng)的，運算放大器輸入端的共模電壓會由注入的共模電荷而改變，設(shè)運算放大器輸入端的共模電壓為DVCMIN，則DVCMIN的計算公式見式(4)：

DVCMIN＝QCM/(CS+CF)＝VDD*CCM/(CS+CF) (4)

從而達到共模電壓調(diào)節(jié)目的。在電路設(shè)計中，運算放大器的輸入共模的漂移范圍一般為幾十毫伏到幾百毫伏，而VDD一般1V到5V，所以為消除共模漂移而增加的電容值一般只有采樣電容的百分之一到十分之一，對電路的噪聲、反饋系數(shù)等影響很小，可忽略不計。另外，該電路設(shè)計簡單巧妙，功耗和面積的增加也很小，對于制造集成芯片而言較有優(yōu)勢，是一種低成本的性能加強電路。

實施例二：如圖3所示，本實施例的共模調(diào)節(jié)電路包括第一部分和第二部分，第一部分包括電容CCMP、第一開關(guān)SCMP1、第二開關(guān)SCMP2及第一直流電壓V1，第一開關(guān)SCMP1的一端接第一直流電壓V1，第一開關(guān)SCMP1另一端接所述電容CCMP；第二開關(guān)SCMP2的一端接第二直流電壓V2，第二開關(guān)SCMP2的另一端接至第一開關(guān)SCMP1與電容CCMP的連接處。電容CCMP的另一端與運算放大器OTA的反相輸入端電連接。第二部分包括電容CCMN、第一開關(guān)SCMN1、第二開關(guān)SCMN2及第一直流電壓V1，第一開關(guān)SCMN1的一端接第一直流電壓V1，第一開關(guān)SCMN1另一端接所述電容CCMN；第二開關(guān)SCMN2的一端接第二直流電壓V2，第二開關(guān)SCMN2的另一端接至第一開關(guān)SCMN1與電容CCMN的連接處。電容CCMN的另一端與運算放大器OTA的同相輸入端電連接。

該電路的原理與實施例一的電路很相似，唯一區(qū)別是，共模電壓調(diào)節(jié)的值是與第一直流電壓V1和第二直流電壓V2的差值成正比的，與電源電壓VDD無關(guān)，因此，除了實施例一所達到的效果，還提供了更多的設(shè)計靈活性。

實施例三：該實施例在實施例二的基礎(chǔ)上增加了一個閉環(huán)動態(tài)電路，如圖4所示，除了實施例二的電路結(jié)構(gòu)以外，還包括第一緩沖器BUFP、第二緩沖器BUFN及積分器INTEG1，第一緩沖器BUFP的輸入端連接運算放大器OTA的反相輸入端，第二緩沖器BUFN的輸入端連接運算放大器OTA的同相輸入端，第一緩沖器BUFP的輸出端和第二緩沖器BUFN的輸出端連接到積分器INTEG1的兩個輸入端，所述積分器INTEG1的輸出端用于驅(qū)動第一直流電壓V1和/或第二直流電壓V2。

積分器INTEG1的結(jié)構(gòu)見圖5所示，包括第一采樣電容CS1、第二采樣電容CS2、積分電容CI1及積分運放OP1，第一緩沖器BUFP的輸出端經(jīng)第一采樣開關(guān)S1與第一采樣電容CS1的一端連接，第二緩沖器BUFN的輸出端經(jīng)第二采樣開關(guān)S2與第二采樣電容CS2的一端連接；運算放大器OP1的參考共模電壓VCMIN_REF通過第三采樣開關(guān)S3接至第一采樣開關(guān)S1與第一采樣電容CS1的連接處；參考共模電壓VCMIN_REF通過第四采樣開關(guān)S4接至第二采樣開關(guān)S2與第二采樣電容CS2的連接處；第一采樣電容CS1與第二采樣電容CS2的另一端均與積分運放OP1的反相輸入端連接，積分運放OP1的反相輸入端經(jīng)積分電容CI1與積分運放OP1的輸出端連接。

實施例一和實施例二的實現(xiàn)是一種開環(huán)調(diào)節(jié)方式，而實施例三是一種閉環(huán)共模電路調(diào)節(jié)電路，相比較開環(huán)調(diào)節(jié)方式而言增加了反饋，使調(diào)節(jié)效果更好。整個電路的工作原理是：通過積分器INTEG1把實際運算放大器OTA輸入的共模電壓與參考共模電壓進行比較，用差值來驅(qū)動調(diào)節(jié)電路的電壓，通過閉環(huán)機制，使運放的實際共模電壓鎖定在參考共模電壓。這種動態(tài)調(diào)節(jié)使運算放大器OTA在電路工作情況變化，共模漂移也發(fā)生變化的情況下仍能將共模電壓穩(wěn)定在預設(shè)的參考電壓，從而使開關(guān)電容電路更加魯棒。