[发明专利]面向Δ∑ADC的小信号处理低开销运算放大器

说明书

面向Δ∑ADC的小信号处理低开销运算放大器，涉及模拟集成电路技术领域，其包括晶体管级电路、偏置电压产生电路和输出CMFB，偏置电压产生电路为晶体管提供栅极电压，输出CMFB用于纠正差分晶体管的电流中的任何不匹配，晶体管级电路采用两级级联结构，第一级采用增益增强的折叠共源共栅结构和小的偏置电流以实现高增益并减小面积开销，第二级采用偏置电流源负载共源结构和大的偏置电流并应用大的过驱动电压以保证单位增益带宽及降低面积开销。本发明通过对运算放大器中晶体管级电路结构的改进，大大简化了版图布局，减少了面积浪费，解决了在高增益与单位增益带宽的前提下面积开销过大的问题。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种面向Δ∑ADC的小信号处理低开销运算放大器。

背景技术

运算放大器（operational amplifier, Op-Amp）是模拟和混合信号集成电路的基本构建模块之一，其性能随其应用领域而发展，目前主要为低功耗、高速和高增益这三个方向。对于一些高速高精度电路，如采样保持电路、delta-Sigma analog-to-digitalconverter (ΔΣADC)、开关电容滤波器等，它们的基础电路运算放大器需要拥有高速高增益性能，对应为大的增益和单位增益带宽（Unity gain bandwidth，UGB），运算放大器在 Δ∑ADC 中的重要作用是构建积分器，其直流电压增益 A₀ 和单位增益带宽 (UGB) 会导致积分器的非理想特性并影响 Δ∑ADC 的精度，然而要拥有高速高增益性能，则会增大版图面积。

由于CMOS工艺中，PMOS和NMOS是成对存在的。传统的结构中PMOS和NMOS面积相差过大，增大了版图布局难度和面积浪费；传统的两级运算放大器设计中，通常选用电流镜，第二级以镜像电流源作为负载，这无疑也增加了面积开销。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种面向Δ∑ADC的小信号处理低开销运算放大器，以解决传统的面向Δ∑ADC的小信号处理运算放大器在高增益与单位增益带宽的前提下面积开销过大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种面向Δ∑ADC的小信号处理低开销运算放大器，其包括晶体管级电路、偏置电压产生电路和输出CMFB，所述偏置电压产生电路为晶体管提供栅极电压，所述输出CMFB用于修正差分晶体管的电流中的不匹配，所述晶体管级电路采用两级级联结构，所述两级级联结构的第一级采用增益增强的折叠共源共栅结构和小的偏置电流以实现高增益并减小面积开销；所述两级级联结构的第二级采用偏置电流源负载共源结构和大的偏置电流并应用大的过驱动电压以保证单位增益带宽及降低面积开销。

其中，所述两级级联结构的第一级输入采用PMOS以降低输入噪声，并在共源共栅电路中共栅晶体管的源极和栅极之间引入辅助放大器以增大P型和N型共源共栅的等效输出阻抗。

进一步地，所述两级级联结构的第二级以PMOS作为输入、NMOS作为独立的偏置电流源负载结构，利用输入端大的过驱动电压特性，降低面积开销。

具体而言，上述小信号处理低开销运算放大器包括第一级放大模块（201）、第二级放大模块（202）、第一补偿模块（203）和第二补偿模块（204）；

所述第一级放大模块（201）的正输入端Vip1与负输入端Vin1分别连接至正输入电压端Vip与负输入电压端Vin，所述第一级放大模块（201）的正输出端Vop1与负输出端Von1分别连接至第二放大模块（202）的正输入端Vip2与负输入端Vin2，所述第二放大模块（202）的正输出端Vop与负输出端Von用于外接负载电容。

于一实施例中，所述第一补偿模块（203）包括第一调零电阻（R_1a）和第一密勒补偿电容（C_1a），所述第一调零电阻（R_1a）和第一密勒补偿电容（C_1a）串接至第一级放大模块（201）的负输出端Von1与第二放大模块（202）的正输出端Vop2之间。