[发明专利]一种降低流水线中运算放大器功耗的系统及方法

说明书

本发明涉及一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的系统及方法包括：电流源管M1…Mn；两组开关单元Kb1….Kbn和K1….Kn；两个时钟信号CK1和CK2，其中CK1为保持相时钟，CK2为采样相时钟；产生偏置电压Vb1….Vbn和偏置电压V1….Vn的偏置电压供给模块VBIAS；运算放大器的主体电路OPAbody；电流源管M1…Mn，包括并联的恒流源尾管Ma1…Man和动态源管Mb1…Mbn，电流源管M1…Mn的源端直接接电源或接地；本发明可广泛地应用于任何工作在一定频率下的流水线模数转换器运算放大电路中，具有设计简单、降功耗效果明显、通用性强等优点。提供了设计简单、降功耗明显、通用性强的降低流水线中运算放大器功耗的系统及方法。

技术领域

本发明涉及集成电路设计中降低功耗的系统及方法，尤其涉及一种降低流水线中运算放大器功耗的系统及方法。

背景技术

模数转换器作为沟通模拟世界和数字世界的中间桥梁电路，在通讯领域有着广泛的应用。随着便携式设备的日益普及，要求模数转换器具有高速高精度的同时，可获得更低的功耗。然而为获得较高的速度和精度，常常牺牲模数转换器的功耗为代价。高速高精度模数转换器通常采用流水线结构，流水线模数转换器包含多个中低精度子级转换单元，在采样相和保持相两相不交叠的时钟控制下，各个子级转换单元交替进行模数转换。运算放大器作为流水线模数转换器中的核心单元和主要功耗来源，如何降低运算放大器的功耗成为降低整体系统功耗的关键。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了设计简单、降功耗明显、通用性强的降低流水线中运算放大器功耗的系统及方法。

本发明的技术解决方案是：一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的系统，其特征在于包括：电流源管M1...Mn；两组开关单元Kb1....Kbn和K1....Kn；两个时钟信号CK1和CK2，其中CK1为保持相时钟，CK2为采样相时钟；产生偏置电压Vb1....Vbn和偏置电压V1....Vn的偏置电压供给模块VBIAS；运算放大器的主体电路OPAbody；电流源管M1...Mn，包括并联的恒流源尾管Ma1...Man和动态源管Mb1...Mbn，电流源管M1...Mn的源端直接接电源或接地；

偏置电压V1....Vn直接接入恒流源尾管Ma1...Man的栅端，形成固定偏置；同时，偏置电压V1....Vn经保持相开关K1....Kn一端连接至动态源尾管Mb1...Mbn的栅端，形成固定偏置；偏置电压Vb1...Vbn经采样相开关Kb1....Kbn一端连接至动态源尾管Mb1...Mbn的栅端，形成动态偏置；开关单元Kb1....Kbn受采样相时钟CK2控制，开关单元K1....Kn受保持时钟CK1控制；恒流源尾管Ma1...Man的漏端和动态源尾管Mb1...Mbn的漏端直接接运算放大器的主体电路OPAbody。

将偏置电压V₁...V_n设置在使得恒流源尾管Ma1...Man的漏端和动态源尾管Mb1...Mbn的静态电流最大，即尾管处于饱和区时的电压；偏置电压Vb1...Vbn电压与动态源管Mb1...Mbn的源端电压差值与动态源管Mb1...Mbn的阈值电压相差0～100mV，此时动态源管Mb1...Mbn工作在亚阈值区，反型层较弱，动态源管Mb1...Mbn存在部分漏电流，该漏电流可帮助运算放大器在进入保持相时快速地建立输出信号，同时缩减功耗开销。

所述的时钟信号CK1和CK2为两个相位不交叠的时钟信号。

一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的方法，其步骤如下：

(1)根据运算放大器整体电路功耗要求，确定功耗缩减比例；