本實(shí)用新型涉及芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及到高速開(kāi)關(guān)電容電路中的共模電壓調(diào)節(jié)電路。

背景技術(shù)：

開(kāi)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(lái)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(gè)典型的全差分開(kāi)關(guān)電容放大器電路一般包括多個(gè)開(kāi)關(guān)、電容和一個(gè)運(yùn)算放大器。其中開(kāi)關(guān)電路一般為NMOS，PMOS或CMOS形式。開(kāi)關(guān)電容電路通常在一個(gè)雙相時(shí)鐘控制下運(yùn)行：在采樣周期，輸入開(kāi)關(guān)S1P和S1N導(dǎo)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(fù)位，清除原有貯存的電荷。在這個(gè)周期，運(yùn)算放大器也被復(fù)位，其差分輸入端通過(guò)采樣開(kāi)關(guān)連接到一個(gè)固定偏置電壓VCMIN上。采樣周期之后是放大周期，輸入開(kāi)關(guān)S1P和S1N斷開(kāi)，輸入電容C1P和C1N被復(fù)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(yùn)算放大器的輸入端實(shí)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(shí)際電路中，由于受開(kāi)關(guān)的電荷注入、輸入共模與復(fù)位共模失配等多種因素影響，放大周期的運(yùn)放輸入電壓可能大幅度偏離VCMIN，引起運(yùn)放性能下降甚至失效。這是在高性能開(kāi)關(guān)電容電路中一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，一般通過(guò)減小開(kāi)關(guān)的電荷注入或增加運(yùn)放輸入共模的范圍來(lái)增加設(shè)計(jì)魯棒性，但在低電壓和高速電路中，運(yùn)放能承受的輸入共模范圍一般很小，開(kāi)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(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的：為了調(diào)節(jié)共模電壓，確保開(kāi)關(guān)電容電路中的運(yùn)放工作在最佳的直流共模偏置點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種開(kāi)關(guān)電容電路中運(yùn)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(kāi)關(guān)電容電路中運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器的同相輸入端電連接。

進(jìn)一步的，所述供電電路包括反相驅(qū)動(dòng)器，所述反相驅(qū)動(dòng)器的輸入端接時(shí)鐘信號(hào)，所述時(shí)鐘信號(hào)與開(kāi)關(guān)電容電路的放大周期時(shí)鐘同相位或反相位。

進(jìn)一步的，所述供電電路包括第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第一直流電壓及第二直流電壓，第一開(kāi)關(guān)的一端接第一直流電壓，第一開(kāi)關(guān)另一端接所述電容；第二開(kāi)關(guān)的一端接第二直流電壓，第二開(kāi)關(guān)的另一端接至第一開(kāi)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(jìn)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(yùn)算放大器的反相輸入端，第二緩沖器的輸入端連接運(yùn)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(gè)輸入端，所述積分器的輸出端用于驅(qū)動(dòng)第一直流電壓和/或第二直流電壓。

進(jìn)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(yùn)放，第一緩沖器的輸出端經(jīng)第一采樣開(kāi)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(kāi)關(guān)與第二采樣電容的一端連接；運(yùn)算放大器的參考共模電壓通過(guò)第三采樣開(kāi)關(guān)接至第一采樣開(kāi)關(guān)與第一采樣電容的連接處；參考共模電壓通過(guò)第四采樣開(kāi)關(guān)接至第二采樣開(kāi)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(yùn)放的反相輸入端連接，積分運(yùn)放的反相輸入端經(jīng)積分電容與積分運(yùn)放的輸出端連接。

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

有益效果：本實(shí)用新型提供的一種開(kāi)關(guān)電容電路中運(yùn)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(yùn)算放大器的輸入端共模電壓，確保開(kāi)關(guān)電容電路中的運(yùn)放工作在最佳的直流共模偏置點(diǎn)；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙；改進(jìn)后的電路對(duì)主電路的負(fù)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(shuō)明

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

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

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

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

圖5為實(shí)施例三中的積分器的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例一：在現(xiàn)有的基本開(kāi)關(guān)電容放大器電路的基礎(chǔ)上，在運(yùn)算放大器的輸入端增加了一個(gè)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(dòng)器INVP，所述電容CCMP的一端與反相驅(qū)動(dòng)器INVP的輸出端電連接，電容CCMP的另一端與運(yùn)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(dòng)器INVN，所述電容CCMN的一端與反相驅(qū)動(dòng)器INVN的輸出端電連接，電容CCMN的另一端與運(yùn)算放大器OTA的同相輸入端電連接。所述反相驅(qū)動(dòng)器INVP和反相驅(qū)動(dòng)器INVN的輸入端均接一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，所述時(shí)鐘信號(hào)與開(kāi)關(guān)電容電路的放大周期時(shí)鐘同相位或反相位，當(dāng)該時(shí)鐘信號(hào)周期與開(kāi)關(guān)電容放大周期同相時(shí)，共模電壓減??；當(dāng)該時(shí)鐘信號(hào)周期與開(kāi)關(guān)電容放大周期反相時(shí)，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(dòng)器INVP和反相驅(qū)動(dòng)器INVN的大小根據(jù)需要共模調(diào)節(jié)的值來(lái)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(dòng)器INVP和反相驅(qū)動(dòng)器INVN的驅(qū)動(dòng)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(dòng)器INVP和反相驅(qū)動(dòng)器INVN的驅(qū)動(dòng)下切換連接到電源或地，增大注入運(yùn)放輸入節(jié)點(diǎn)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(yùn)算放大器輸入端的共模電壓會(huì)由注入的共模電荷而改變，設(shè)運(yùn)算放大器輸入端的共模電壓為DVCMIN，則DVCMIN的計(jì)算公式見(jiàn)式(4)：

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

從而達(dá)到共模電壓調(diào)節(jié)目的。在電路設(shè)計(jì)中，運(yùn)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(duì)電路的噪聲、反饋系數(shù)等影響很小，可忽略不計(jì)。另外，該電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單巧妙，功耗和面積的增加也很小，對(duì)于制造集成芯片而言較有優(yōu)勢(shì)，是一種低成本的性能加強(qiáng)電路。

實(shí)施例二：如圖3所示，本實(shí)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(kāi)關(guān)SCMP1、第二開(kāi)關(guān)SCMP2及第一直流電壓V1，第一開(kāi)關(guān)SCMP1的一端接第一直流電壓V1，第一開(kāi)關(guān)SCMP1另一端接所述電容CCMP；第二開(kāi)關(guān)SCMP2的一端接第二直流電壓V2，第二開(kāi)關(guān)SCMP2的另一端接至第一開(kāi)關(guān)SCMP1與電容CCMP的連接處。電容CCMP的另一端與運(yùn)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(kāi)關(guān)SCMN1、第二開(kāi)關(guān)SCMN2及第一直流電壓V1，第一開(kāi)關(guān)SCMN1的一端接第一直流電壓V1，第一開(kāi)關(guān)SCMN1另一端接所述電容CCMN；第二開(kāi)關(guān)SCMN2的一端接第二直流電壓V2，第二開(kāi)關(guān)SCMN2的另一端接至第一開(kāi)關(guān)SCMN1與電容CCMN的連接處。電容CCMN的另一端與運(yùn)算放大器OTA的同相輸入端電連接。

該電路的原理與實(shí)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(wú)關(guān)，因此，除了實(shí)施例一所達(dá)到的效果，還提供了更多的設(shè)計(jì)靈活性。

實(shí)施例三：該實(shí)施例在實(shí)施例二的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)閉環(huán)動(dòng)態(tài)電路，如圖4所示，除了實(shí)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(yùn)算放大器OTA的反相輸入端，第二緩沖器BUFN的輸入端連接運(yùn)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(gè)輸入端，所述積分器INTEG1的輸出端用于驅(qū)動(dòng)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(jiàn)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(yùn)放OP1，第一緩沖器BUFP的輸出端經(jīng)第一采樣開(kāi)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(kāi)關(guān)S2與第二采樣電容CS2的一端連接；運(yùn)算放大器OP1的參考共模電壓VCMIN_REF通過(guò)第三采樣開(kāi)關(guān)S3接至第一采樣開(kāi)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(guò)第四采樣開(kāi)關(guān)S4接至第二采樣開(kāi)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(yùn)放OP1的反相輸入端連接，積分運(yùn)放OP1的反相輸入端經(jīng)積分電容CI1與積分運(yùn)放OP1的輸出端連接。

實(shí)施例一和實(shí)施例二的實(shí)現(xiàn)是一種開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)方式，而實(shí)施例三是一種閉環(huán)共模電路調(diào)節(jié)電路，相比較開(kāi)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(gè)電路的工作原理是：通過(guò)積分器INTEG1把實(shí)際運(yùn)算放大器OTA輸入的共模電壓與參考共模電壓進(jìn)行比較，用差值來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電路的電壓，通過(guò)閉環(huán)機(jī)制，使運(yùn)放的實(shí)際共模電壓鎖定在參考共模電壓。這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)使運(yùn)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(yù)設(shè)的參考電壓，從而使開(kāi)關(guān)電容電路更加魯棒。