[实用新型]中压器件工作在低压下的低功耗高增益全差分运算放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及全差分运算放大器，尤其涉及一种中压器件工作在低压下的低功耗高增益全差分运算放大器。

背景技术

指纹识别模组的Sensor芯片需要利用高速高精度的模数转换器，把采集到的指纹模拟信息转换成数字信号以供图像算法软件进行计算和识别。常用的高速高精度模数转换器(ADC)主要有流水线型模数转换器(Pipelined ADC)和逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。由于Sensor芯片采用5V中压CMOS器件进行设计，并且采样速度高达10MHz以上，所以SAR-ADC不太适合如此高速，因此通常选定Pipelined ADC作为Sensor芯片中的模数转换器。

Pipelined ADC中的核心模块就是高速高精度的全差分运算放大器，并且由于指纹识别芯片用于电池供电的手持设备包括手机上，其电池使用寿命要求低电流低功耗设计。因此，高速高精度低功耗的全差分运算放大器是Pipelined ADC中最关键最具有挑战性的设计。目前常用的全差分高速高增益运算放大器主要有以下两种，一种是两级或者多级全差分运放，请参见图1；另一种是采用Gain-Boost技术的全差分运放，请参见图2。前者的第一级不仅需要满足增益大于第二级增益，而且需要满足系统带宽要求；第二级提供较大带宽和带载能力，同时每级输出还需要有共模反馈以校正每级的共模输出。后者不仅需要满足系统带宽要求，还需要四个Gain-Boost运放。因此这两种架构都存在一个共同的缺点：比较复杂的架构、较高的功耗和较大的面积。不太适合电池供电的手持设备。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种中压器件工作在低压下，并且架构简单、易于实现、节省版图、成本低廉的低功耗高增益全差分运算放大器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种中压器件工作在低压下的低功耗高增益全差分运算放大器，其包括有第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极、第三PMOS管的源极和第四PMOS管的源极均连接于高电位，所述第一PMOS管的栅极、第一PMOS管的漏极、第二PMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极和第一NMOS管的漏极相互连接，所述第四PMOS管的栅极、第四PMOS管的漏极、第三PMOS管的漏极、第二PMOS管的栅极和第二NMOS管的漏极相互连接，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极用于连接低电位，所述第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极分别作为所述全差分运算放大器的两个输入端，所述第一NMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极分别作为所述全差分运算放大器的两个输出端。

优选地，还包括有第三NMOS管，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极均连接于第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS管的栅极用于接入控制信号。

本实用新型公开的中压器件工作在低压下的低功耗高增益全差分运算放大器，其采用了电流回收折叠型共源共栅架构和正反馈形成负电阻技术创建了新型的全差分运算放大器，该全差分运算放大器架构简单，只需要单级就可以满足8～10bit ADC的增益要求。同时，由于其采用了单级运放，可以大大节省运放的电流功耗，并且节省芯片版图面积，减少芯片成本，进而减少整个Pipelined ADC的功耗和版图面积。

附图说明

图1为现有技术中的一种高增益全差分运算放大器原理图。

图2为现有技术中的另一种高增益全差分运算放大器原理图。

图3为现有的差分运放A的架构图。

图4为现有的差分运放B的架构图。

图5为本实用新型全差分运算放大器的架构图。

图6为本实用新型优选实施例中全差分运算放大器的原理图。

图7为优选实施例中全差分运算放大器在流水线ADC中的应用原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。