[发明专利]一种动态放大器校准电路

说明书

本发明公开了一种动态放大器校准电路，包括：匹配电压产生电路、电压时间转换电路、动态放大器电路三部分。涉及电压域、时域再到电压域的转换。在整体结构中，匹配电压产生电路连接一个固定的差分输入，并将放大之后的电压传递到电压时间转换电路输入端，将电压量转换为时间量，控制动态放大器完成增益校准工作。本发明采用动态放大器的复制电路与电流镜相结合，生成跟随PVT变化而改变压摆率的电压斜坡曲线。通过电压时间转换器将此电压信号转换为相应的时间信号，通过该校准方法降低了动态放大器的增益受到PVT变化时所带来的增益偏差。

技术领域

本发明涉及一种新型动态放大器校准技术电路，属于模数转换器领域。

背景技术

随着物联网系统、新一代无线通信等技术的发展进步，导致对高精度、低功耗模数转换器的需求大幅度增长，推动了逐次逼近寄存器型模数转换器(SARADC)和∑Δ型模数转换器(ADC)的快速发展。借助∑Δ调制器中的噪声整形特性，噪声整形SARADC突破了传统SARADC架构的精度限制，同时在很大程度上保持了原有的简单结构。然而，为实现较强的噪声整形能力并达到更高的精度，噪声整形SARADC需要将残余电压进行放大实现完美的噪声传递函数。这使得放大器成为模数转换器中一个关键的结构模块，会严重限制转换器的整体性能。

由于集成电路工艺在摩尔定律的不断推动下日益严苛，工艺尺寸的减小和电源电压的降低使得高性能运算放大器的设计变得越来越困难。虽然增益提升和多级放大等一些技术可以用来缓解这一问题，但这些技术往往会带来信号摆幅减小或功耗增加，不再适用于低功耗、高精度的场景。因此，为了不必要的功率消耗，一种具有CMOS输入对的差动翻转电压跟随器(DFVF)动态放大器(DA)成为克服上述问题的方法。得益于该放大器的动态结构以及不完全建立的工作方式，使其不会消耗静态电流的同时降低动态电流，从而实现出色的功效。并且该动态放大器内部的差动翻转电压跟随器通过负反馈提高增益线性度，使得放大器满足噪声整型(SARADC)低功耗与高精度的需求。

但不幸的是，此类动态放大器的优势伴随着一些不良特性，例如工艺、电压和温度(PVT)以及时钟抖动敏感性。特别是放大器的电压增益会随着PVT变化而显著变化，导致ADC的信噪比(SNR)损失，已然成为扼制动态放大器性能提高的关键问题。补偿增益不稳定性的传统方法是采用连续的后台校准。然而，这些校准大多要求对输入信号有所限制，或者需要较长的收敛时间，电路复杂程度高。本文针对于此类动态放大器提出了一个简单的模拟方法，有效的稳定随PVT变化的电压增益。在一个转换周期内，稳定性还可以响应环境变化。因此，它可以在上电后几乎立即实现稳定工作，使其能够应用于ADC启动时间较短的高精度场景。

发明内容

本发明采用匹配电压产生电路以及电压时间转换器(VTC)来实现动态放大器增益校准，具有静态功耗小，结构简单，校准能力强的优点。本发明将整体电路分为三部分，首先第一部分通过开关电容给予放大器的复制电路一个固定的电压输入，动态放大器的复制电路将放大此固定输入电压，产生放大之后随PVT变化的差模输出，并通过电流镜结构将此差模输出电压转换为单端输出以匹配VTC结构。第二部分电流镜的单端输出通过VTC产成与当前PVT下相匹配的工作时钟，以此控制动态放大器的开启与关闭。第三部动态放大器由VTC产生的时间信号控制，得到不随PVT变化的稳定电压增益。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种新型动态放大器校准电路，其组成包括：匹配电压产生电路、电压时间转换电路、动态放大器电路三部分。涉及电压域、时域再到电压域的转换。在整体结构中，匹配电压产生电路连接一个固定的差分输入，并将放大之后的电压传递到电压时间转换电路输入端，将电压量转换为时间量，控制动态放大器完成增益校准工作。