[发明专利]一种开关电容运算放大器

说明书

本发明公开的开关电容运算放大器，设置有两个开关电容网络，该开关电容网络包括三个开关和两个电容，分别与放大器的输出端，偏置管的栅极,偏置电压相连接；另一个开关电容网络的两个电容及三个开关与前述开关电容网络相同方式对称地连接到运算放大器的另一侧。本发明通过在运放的输入端采用互补输入，增大运放的跨导从而提升整体运放的增益，且结构简洁、易于实施。

技术领域

本发明属于运算放大器电路技术领域，尤其涉及一种开关电容运算放大器。

背景技术

在开关电容电路，比如流水线模数转换器(pipeline adc)、∑-Δ调制器(sigmadelta modulator)或者开关电容滤波器(switched capacitorfilter)中，常常会用到运算放大器(OPA，Operational Amplifier简称：运放)，而常用几种运算放大器OPA的结构如图1A、图1B及图1C所示，有两级米勒补偿式OPA(miller OPA)，折叠共源共栅OPA(foldedcascode OPA)，套筒式共源共栅OPA(telescopic OPA)等。

上述三种电路结构，其中折叠共源共栅或套筒式共源共栅可以与米勒补偿式运放结合使用，即将米勒式运放的第一级用折叠共源共栅或套筒式共源共栅替换，这样组成还是二级米勒补偿式运放。在同样工艺，同样功耗，同样电源电压，甚至同样输出电压幅度等条件下，总是希望设计出最好性能(比如最大增益，最大带宽等)，最优的运放。特别是对于现在超深亚微米工艺，比如40nm，28nm甚至20nm，16nm下，电源电压逐渐降低，虽然同样结构下运放的带宽会逐步增大，但增益却会逐渐降低。为了增大增益，就需要用到二级甚至三级运放，比如上面提到的第一级用折叠共源共栅或套筒式共源共栅的米勒补偿式运放。

图2A及图2B中分布示出的采用折叠共源共栅、套筒式共源共栅作为输入级的两级米勒全差分运算放大器，这两种运算放大器的增益和带宽如下式。

A＝g_m1*r_o1*g_m2*r_o2             式(1)

UBW＝g_m1/C_C              式(2)

式(1)为增益，式(2)为单位增益带宽。其中，g_m1为运放输入级跨导，r_o1为运放第一级输出电阻，g_m2为运放第二级级跨导，r_o2为运放第二级输出电阻，C_C为运放补偿电容。

如何有效地提升放大器的增益是业界所面临的需要解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供开关电容运算放大器，以有效地提升放大器的增益。

本发明的一个实施例提供的一种开关电容运算放大器，该运算放大器为两级运算放大器，在运算放大器之间设置有两个开关电容网络，该开关电容网络包括三个开关和两个电容；

在一个开关电容网络中，第一开关的一端VO接第一级运算放大器的输出端，第一开关另外一端连接第一电容和第二开关，第一电容的另一端接运放第二级的偏置管的栅极；第二开关的另外一端连接第二电容和第三开关，第二电容的另外一端接地，第三开关的另外一端接偏置电压VBP；

另一个开关电容网络的两个电容及三个开关与前述开关电容网络相同方式对称地连接到运算放大器的另一侧。

第一开关S4和第二开关工作在ADC中采样保持或级间电路的放大相PH1，第三开关S2工作在复位相PH2，放大相PH1和复位相PH2为两相不交叠时钟。

该开关电容放大器的增益为：