.肺n-端連接至動態(tài)源尾管Mbl.. .Mbn 的柵端，形成動態(tài)偏置;開關單元肺1--肺n受采樣相時鐘CK2控制，開關單元Kl--Kn受 保持時鐘CKl控制；恒流源尾管Mal.. .Man的漏端和動態(tài)源尾管Mbl.. .Mbn的漏端直接接運 算放大器的主體電路OPAbody。
[0037] 將偏置電壓Vi. . .Vn設置在使得恒流源尾管Mal. . .Man的漏端和動態(tài)源尾管 Mbl. . .Mbn的靜態(tài)電流最大時的飽和區(qū)；動態(tài)源管Mbl. . .Mbn的源端電壓與偏置電壓 Vbl. . .Vbn電壓之差與闊值電壓相差0~lOOmV，此時動態(tài)源管Mbl. . .Mbn的靜態(tài)工作點為亞 闊值區(qū)，反型層較弱，尾電流源管存在部分漏電流，用于保持相工作時的快速建立，同時有 效減小由飽和狀態(tài)產(chǎn)生的大電流導致的較大功耗開銷。
[0038] 如圖3所述，時鐘信號CKl和CK2為兩個相位不交疊的時鐘信號，且時鐘周期為T，其 中保持相周期為Tl,采樣相周期為T2，Ti = T2=1/巧T;
[0039] 假設系統(tǒng)要求整體運算放大電路功耗降低1/4,即降為總功耗的3/4,結(jié)合 本發(fā)明中一種降低流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器功耗的方法，步驟如下：
[0040] (1)根據(jù)運算放大器整體電路功耗要求，確定功耗縮減比例；
[0041] (2)根據(jù)功耗縮減比例，分配所有可控電流源管Ml. . .Mn的比例和個數(shù)，使得恒流 源尾管Mal.. .Man和動態(tài)源尾管Mbl.. .Mbn的并聯(lián)個數(shù)之和等于電流源管Ml.. .Mn的并聯(lián)個 數(shù)，其中動態(tài)源尾管用于縮減運算放大器在采樣相CK2工作時的電流，根據(jù)步驟（1)的縮減 比例，設計使得1曰1+]\^1=]\11，]\1曰1:]\^1 = 1/7，同理1曰2+]\^2 = 12，1曰2:]\^2 = 1/7，...，]\1曰3+ Mb3=M3，Man:Mbn = l/7;
[0042] (3)保持運算放大器的主體部分OPAbody不動；
[0043] (4)根據(jù)動態(tài)源尾管Mbl. . .Mbn的實際寬長比，設計偏置電壓供給模塊VBIAS，使其 在保持相時鐘CKl輸出偏置電壓Vl......化，該偏置電壓使得尾管的靜態(tài)工作點為飽和區(qū)， 此時電流最大；在采樣相時鐘CK2輸出偏置電壓Vbl. . .Vbn:設計時，該柵端偏置電壓 Vbl. . .Vbn與源端電壓之差與闊值電壓相差0~lOOmV，此時動態(tài)源尾管Mbl. . .Mbn的靜態(tài)工 作點剛好為亞闊值區(qū)，反型層較弱，尾電流源管中仍存在部分漏電流，用于保持相工作時的 快速建立，有效減小由飽和狀態(tài)產(chǎn)生的大電流導致的較大功耗開銷；
[0044] (5)偏置電壓VI....化直接接入恒流源尾管Mal. . .Man的柵端，形成固定偏置；同 時，偏置電壓Vl....化經(jīng)保持相開關Kl.... Kn-端連接至動態(tài)源尾管Mbl...Mbn的柵端，形 成固定偏置；偏置電壓Vbl ... Vbn經(jīng)義樣相開關Kbl .... Kbn -端連接至動態(tài)源尾管 Mbl. . .Mbn的柵端，形成動態(tài)偏置;開關單元肺1....肺n受采樣相時鐘CK2控制，開關單元 Kl... .Kn受保持時鐘CKl控制；恒流源尾管Mal.. .Man的漏端和動態(tài)源尾管Mbl.. .Mbn的漏 端直接接運算放大器的主體電路OPAbody;
[0045] (6)計算保持相和采樣相的平均功耗;保持相時恒流源管Mal. . .Man和動態(tài)源尾管 Mbl.. .Mbn全部處于飽和狀態(tài)，則單個恒流源尾管Mal和動態(tài)源尾管Mbl在保持相周期時的 工作電流之和為Ii =化*1〇,此時采樣相運算放大器不參與電荷傳遞，此時Mal管產(chǎn)生的飽和 電流為Mai*I〇 ,Mbi管工作在弱反型區(qū)，其電流約為一個單管電流IoJo遠小于Mbi管處于飽和 狀態(tài)時的電流此時恒流源尾管Mal和動態(tài)源尾管Mbl在采樣相周期時的工作電流之 和I 2 = M a 1 * I 0 + I 0。單個恒流源尾管M a 1和動態(tài)源尾管M b 1的平均電流為
，恒流源管Ma2. . .Man和動態(tài)源尾管Mb2. . .Mbn 的平均電流分別為Tb2......屯。，假設n個電流源管Ml... Mn的并聯(lián)個數(shù)一致，則總功耗：
[0047] 由上可知，整體電路的平均功耗大大減小，滿足系統(tǒng)功耗縮減1/4的要求。
[0048] (7)仿真驗證整體電路的平均功耗，根據(jù)仿真結(jié)果反復調(diào)整比例個數(shù)，W滿足功耗 要求。
[0049] 本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領域公知技術，W上的實施方式僅用來說明本發(fā) 明，而非限定本發(fā)明，只要在本發(fā)明的精神要求范圍內(nèi)，對W上實施例所作的適當改變都屬 于本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種降低流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器功耗的系統(tǒng)，其特征在于包括：電流源管 Ml -Μη;兩組開關單元Kbl….Kbn和K1….Kn;兩個時鐘信號CK1和CK2，其中CK1為保持相時 鐘，CK2為采樣相時鐘；產(chǎn)生偏置電壓Vbl-.Vbn和偏置電壓ν?···.νη的偏置電壓供給模塊 VBIAS;運算放大器的主體電路OPAbody;電流源管Ml -Μη，包括并聯(lián)的恒流源尾管Mai '"Man 和動態(tài)源管Mbl "·Μ?3η，電流源管Ml -Μη的源端直接接電源或接地； 偏置電壓V1….Vn直接接入恒流源尾管Ma 1 的柵端，形成固定偏置；同時，偏置電 壓Vl~.Vn經(jīng)保持相開關Kl~.Kn-端連接至動態(tài)源尾管Mbl-Mbn的柵端，形成固定偏置； 偏置電壓Vbl"_Vbn經(jīng)米樣相開關Kbl··· .Kbn-端連接至動態(tài)源尾管Mbl…肺]!的柵端，形成 動態(tài)偏置;開關單元Kbl-_.Kbn受采樣相時鐘CK2控制，開關單元Κ1~.Κη受保持時鐘CK1控 制;恒流源尾管Mai -111的漏端和動態(tài)源尾管Mbl - .η的漏端直接接運算放大器的主體電 路OPAbody 〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器功耗的系統(tǒng)，其特 征在于:將偏置電壓Vr"VJ5置在使得恒流源尾管Mai "111的漏端和動態(tài)源尾管Mbl ".η 的靜態(tài)電流最大，即尾管處于飽和區(qū)時的電壓；偏置電壓Vbl-_Vbn電壓與動態(tài)源管Mbl··· Mbn的源端電壓差值與動態(tài)源管Mbl-Mbn的閾值電壓相差0~100mV，此時動態(tài)源管Mbl··· Mbn工作在亞閾值區(qū)，反型層較弱，動態(tài)源管Mbl-Mbn存在部分漏電流，該漏電流可幫助運 算放大器在進入保持相時快速地建立輸出信號，同時縮減功耗開銷。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器功耗的系統(tǒng)，其特 征在于:所述的時鐘信號CK1和CK2為兩個相位不交疊的時鐘信號。4. 一種降低流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器功耗的方法(工作過程），其步驟如下： (1) 根據(jù)運算放大器整體電路功耗要求，確定功耗縮減比例； (2) 根據(jù)功耗縮減比例，分配所有可控電流源管Μ1~Μη的比例和個數(shù)，使得恒流源尾管 Mai ."Man和動態(tài)源尾管Mbl "·Μ?3η的并聯(lián)個數(shù)之和等于電流源管Ml -Μη的并聯(lián)個數(shù)，其中動 態(tài)源尾管Mbl…她!!用于調(diào)節(jié)運算放大器在采樣相CK2工作時的電流； (3) 保持運算放大器的主體部分OPAbody不動； (4) 根據(jù)動態(tài)源尾管Mbl…肺!!的實際寬長，設計偏置電壓供給模塊VBIAS，使其在保持 相時鐘CK1輸出偏置電壓Vl···. . .Vn，該偏置電壓使得恒流源尾管Mal"_Man的漏端和動態(tài)源 尾管Mbi-Mbn的靜態(tài)電流最大，即尾管均處于飽和區(qū)；在采樣相時鐘CK2輸出偏置電壓 乂131"￥1311 :偏置電壓￥131"^11電壓與動態(tài)源管妣1"樣11的源端電壓差值與動態(tài)源管妣1··· Mbn的閾值電壓相差0~100mV，此時動態(tài)源管Mbl-Mbn工作在亞閾值區(qū)，反型層較弱，動態(tài) 源管Mbl-Mbn存在部分漏電流，該漏電流可幫助運算放大器在進入保持相時快速地建立輸 出信號，同時縮減功耗開銷。 (5) 電壓VI···.Vn直接接入恒流源尾管Mal-Man的柵端，形成固定偏置；同時，偏置電壓 VI….Vn經(jīng)保持相開關K1….Kn-端連接至動態(tài)源尾管Mbl…肺!!的柵端，形成固定偏置;偏 置電壓Vbl"_Vbn經(jīng)米樣相開關Kbl··· .Kbn-端連接至動態(tài)源尾管Mbl"_Mbn的柵端，形成動 態(tài)偏置;開關單元Kbl….Kbn受采樣相時鐘CK2控制，開關單元K1….Kn受保持時鐘CK1控制； 恒流源尾管Mai的漏端和動態(tài)源尾管Mbl的漏端直接接運算放大器的主體電路 OPAbody〇 (6) 計算保持相和采樣相的平均功耗;假設單個電流管飽和態(tài)電流為1〇,一個時鐘周期T 由保持相周期Ti和采樣相周期T2組成。保持相時恒流源管Mai-Ιη和動態(tài)源尾管Mbl-.η 全部處于飽和狀態(tài)，則單個恒流源尾管Mai和動態(tài)源尾管Mbl在保持相周期時的工作電流之 和為施*1〇,此時采樣相運算放大器不參與電荷傳遞，此時M al管產(chǎn)生的飽和電流為Mal*I〇，Mbl 管工作在弱反型區(qū)，其電流約為一個單管電流Ιο,Ιο遠小于Mbl管處于飽和狀態(tài)時的電流Mbl* 1〇,此時恒流源尾管Mai和動態(tài)源尾管Mbl在采樣相周期時的工作電流之和M al*IQ+IQ。單個恒 流源尾管Mai和動態(tài)源尾管Mbl的平均功耗之和為，M!是這電流源管Ml的寬度，是恒流源尾管Mai和動態(tài)源尾管Mbl寬度之和;VDD為電源電 壓； 假設η個電流源管Ml…此的并聯(lián)個數(shù)一致，則總功耗：整體電路的平均功耗大大減小。 (7)仿真驗證整體電路的平均功耗，根據(jù)仿真結(jié)果反復調(diào)整恒流源管Mal-_Man和動態(tài) 源尾管Mbl…趾!]!的比例個數(shù)，以滿足功耗要求。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種降低流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中運算放大器功耗的系統(tǒng)及方法包括：電流源管M1…Mn；兩組開關單元Kb1….Kbn和K1….Kn；兩個時鐘信號CK1和CK2，其中CK1為保持相時鐘，CK2為采樣相時鐘；產(chǎn)生偏置電壓Vb1….Vbn和偏置電壓V1….Vn的偏置電壓供給模塊VBIAS；運算放大器的主體電路OPAbody；電流源管M1…Mn，包括并聯(lián)的恒流源尾管Ma1…Man和動態(tài)源管Mb1…Mbn，電流源管M1…Mn的源端直接接電源或接地；本發(fā)明可廣泛地應用于任何工作在一定頻率下的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器運算放大電路中，具有設計簡單、降功耗效果明顯、通用性強等優(yōu)點。提供了設計簡單、降功耗明顯、通用性強的降低流水線中運算放大器功耗的系統(tǒng)及方法。
【IPC分類】H03M1/00
【公開號】CN105634488
【申請?zhí)枴緾N201511021009
【發(fā)明人】李雪, 趙元富, 文治平, 王宗民, 周亮, 王瑛, 李媛紅
【申請人】北京時代民芯科技有限公司, 北京微電子技術研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月30日