[发明专利]一种用于流水线ADC的增益增强型全差分放大器结构

摘要

本发明公开了一种用于流水线ADC的增益增强型全差分放大器结构，包括MDAC主放大器和两个辅助放大器，主放大器为套筒式共源共栅结构，其中的2个PMOS管构成的共源共栅结构的输出阻抗Rp，其中的2个NMOS管构成的共源共栅结构的输出阻抗Rn；两个辅助放大器运放AMP1和运放AMP2分别用于提高Rp和Rn。两个辅助放大器中都包含输出电压稳定结构，可以确保全差分主放大器运放中共栅极PMOS管和共栅极NMOS管的栅极电压稳定。运放AMP1是两级运放，其中用电流输入模式作为第二级放大器输入方式，减小了第一级放大器负载，提高了带宽和增益。可以实现主放大器增益由原先的Gm1*(Rp||Rn)*A2增大为Gm1*(AP*Rp||AN*Rn)*A2。

主权项

1.一种用于流水线ADC的增益增强型全差分放大器结构，包括MDAC主放大器和两个辅助放大器，所述MDAC主放大器是两级放大器，包括9个PMOS管和10个NMOS管，由一个套筒式共源共栅放大器作为第一级，由一个共源极放大器作为第二级输出级，其中2个PMOS管构成的共源共栅结构的输出阻抗Rp及2个NMOS管构成的共源共栅结构的输出阻抗Rn为第一级输出阻抗；两个辅助放大器由运放AMP1和运放AMP2构成，通过运放AMP1和运放AMP2，第一级输出阻抗Rp和Rn分别增大为AP*Rp和AN*Rn，其中，AP和AN分别为运放AMP1和运放AMP2的增益；所述MDAC主放大器的第一级增益A1＝Gm1*(AP*Rp||AN*Rn)，其中Gm1为第一级放大器等效跨导；所述MDAC主放大器增益为A＝A1*A2＝Gm1*(AP*Rp||AN*Rn)*A2，其中A2是第二级放大器增益，其特征在于：所述MDAC主放大器还包括有6个电容和4个开关；9个PMOS管记为MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP13、MP14和MP15，10个NMOS管记为MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MN7、MN8、MN23、MN24，6个电容记为C1、C2、C3、C4、C5和C6，4个开关记为SW1、SW2、SW3和SW4；所述MP1的源极连接电源VDD，栅极连接偏置电压Vb1，漏极同时连接运放AMP1的正相输入端和MP3的源端；所述MP2的源极连接电源VDD，栅极连接偏置电压Vb1，漏极同时连接运放AMP1的负相输入端和MP4的源极；所述MP3的栅极同时连接运放AMP1的负相输出端，漏极同时连接MN1的漏极、电容C2的一端和MN7的栅极；所述MP4的栅极连接运放AMP1的正相输出端，漏极同时连接MN2的漏极、电容C1、C3和C4的一端和MN6的栅极；所述MN1的栅极连接运放AMP2的负相输出端，源极同时连接运放AMP2的正相输入端和MN3的漏极；所述MN2的栅极连接运放AMP2的正相输出端，源级同时连接运放AMP2的负相输入端和MN4的漏极；所述MN3的栅极连接输入信号VIN+，源极同时连接MN5的漏极和MN4的源极；所述MN4的漏极同时连接运放AMP2的负相输入端，栅极连接输入信号VIN‑；所述MN5的栅极连接偏置电压Vb2、电容C1、C2的另一端和开关SW1的一端，源极接地；所述MP5的源极连接电源VDD，栅极连接偏置电压Vb3，漏极同时连接电容C3的另一端、负相输出端VO‑、MN6的漏极、电容C5的一端和开关SW4的一端；所述MP6的源极连接电源VDD，栅极连接偏置电压Vb3，漏极连接电容C4的另一端、正相输出端VO+、MN7的漏极、电容C6的一端和开关SW3的一端；所述MN6的源极同时连接MN7的源极、MN8的漏极和开关SW1的另一端；所述MN8的栅极连接偏置电压Vb4、电容C5、C6的另一端和开关SW2的一端，源极接地；所述MP13源极连接电源，栅极连接偏置Vb，漏极连接MP14和MP15的源极；所述MP14漏极同时连接MN23的漏极和栅极，所述MN23源极接地；所述MP15漏极同时连接MN24的漏极和栅极，所述MN24源极接地；所述开关SW2的另一端连接MN24栅极，所述开关SW3的另一端连接MP14的栅极；所述开关SW4的另一端连接MP14的栅极。