带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器，包含积分器和量化器；还包括摆率预测电路，模数转换器的信号输出端输入到摆率预测电路中，所述摆率预测电路的输出端控制积分器中的第一级跨导运算放大器的输出级电流，所述第一级跨导运算放大器包含至少1个可调输出级电流模块。本发明专利技术根据sigma delta电路第一级跨导放大器在不同情况下所需满足摆率要求的电流大小，创新性地提出摆率预测电路、可调输出级电流折叠式跨导放大器，并在这基础上提出根据不同摆率要求精细化控制跨导放大器输出级电流的方法，达成低功耗sigma delta电路设计之目的。

【技术实现步骤摘要】
带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器
本专利技术涉及一种带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器,尤其涉及一种可调输出级跨导放大器，属于电力

技术介绍
Sigmadelta模数转换器具有高精度特性，在许多领域内都得到了广泛的应用。随着便携式设备及物联网的普及流行，低功耗sigmadelta调制器成为研究设计的重点。目前实现sigmadelta调制的方式主要有连续型和离散型两种，由于离散型sigmadelta调制器具有较好的鲁棒特性及可复用性，使得离散型sigmadelta调制器的低功耗设计成为当前的一个热点。但是，对于离散型sigmadelta调制器来说，第一级的跨导放大器将会消耗整个系统的大部分功耗，所以低功耗sigmadelta调制器设计聚焦在了第一级的跨导放大器的设计上。对于离散型sigmadelta调制器来说，第一级跨导放大器的功耗主要由噪声、单位增益带宽和摆率(SR)三个方面所决定。其中，噪声主要由KT/C噪声决定、单位增益带宽主要由采样频率决定，这两者已经没有太大的优化空间。图1为常用的sigmadelta调制器的第一级积分器电路，在高精度的sigmadelta电路中，特别是在24bit高精度电路应用中，需要较大的采样电容，使得第一级积分器的积分电容将会很大，这就对第一跨导放大器的SR提出了严苛的要求。因此，如何降低系统第一级跨导放大器SR，将成为低功耗设计的重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种结构设计简单合理、控制精度高、节约电流且静态功耗低的带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器。为了达到以上目的，本专利技术的一种带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器，包含积分器和量化器；其特征在于：还包括摆率预测电路，模数转换器的信号输出端输入到摆率预测电路中，所述摆率预测电路的输出端控制积分器中的第一级跨导运算放大器的输出级电流，所述第一级跨导运算放大器包含至少1个可调输出级电流模块。本专利技术进一步限定的技术方案为：所述第一级跨导运算放大器包括PMOS管(M01)、PMOS管(M02p)、PMOS管(M02n)、PMOS管(M11p)、PMOS管(M11n)、PMOS管(M12p)、PMOS管(M12n)、PMOS管(M13p)、PMOS管(M13n)、PMOS管(M14p)、PMOS管(M14n)；所述PMOS管(M02p)和PMOS管(M02n)的栅极为差分输入信号的输入端，PMOS管(M02p)和PMOS管(M02n)的源极连接PMOS管(M01)的漏极；所述PMOS管(M11p)和PMOS管(M11n)的栅极连接，PMOS管(M12p)和PMOS管(M12n)的栅极连接，PMOS管(M13p)和PMOS管(M13n)的栅极连接，PMOS管(M14p)和PMOS管(M14n)的栅极连接；所述PMOS管(M11p)、PMOS管(M11n)的源极通过开关S11连接外部电源；PMOS管(M01)的源极连接外部电源，所述PMOS管(M01)的栅极连接偏置电压；所述PMOS管(M11p)的漏极连接PMOS管(M12p)的源极，PMOS管(M12p)的漏极连接PMOS管(M13p)的漏极，所述PMOS管(M13p)的源极连接PMOS管(M14p)的漏极，所述PMOS管(M11n)的漏极连接PMOS管(M12n)的源极，PMOS管(M12n)的漏极连接PMOS管(M13n)的漏极，所述PMOS管(M13n)的源极连接PMOS管(M14n)的漏极；所述PMOS管(M14p)的漏极和PMOS管(M13p)的源极连接PMOS管(M02p)的漏极，所述PMOS管(M14n)的漏极和PMOS管(M13n)的源极分别连接PMOS管(M02n)的漏极；所述PMOS管(M14p)和PMOS管(M14n)的源极通过开关S12接地。进一步地，所述可调输出级电流模块包括PMOS管(M21p)、PMOS管(M21n)、PMOS管(M22p)、PMOS管(M22n)、PMOS管(M23p)、PMOS管(M23n)、PMOS管(M24p)、PMOS管(M24n)；所述PMOS管(M21p)和PMOS管(M21n)的栅极连接，PMOS管(M22p)和PMOS管(M22n)的栅极连接，PMOS管(M23p)和PMOS管(M23n)的栅极连接，PMOS管(M24p)和PMOS管(M24n)的栅极连接；所述PMOS管(M21p)、PMOS管(M21n)的源极通过开关S21连接外部电源；所述PMOS管(M21p)的漏极连接PMOS管(M22p)的源极，PMOS管(M22p)的漏极连接PMOS管(M23p)的漏极，所述PMOS管(M23p)的源极连接PMOS管(M24p)的漏极，所述PMOS管(M21n)的漏极连接PMOS管(M22n)的源极，PMOS管(M22n)的漏极连接PMOS管(M23n)的漏极，所述PMOS管(M23n)的源极连接PMOS管(M24n)的漏极；所述PMOS管(M22p)的漏极和PMOS管(M23p)的漏极通过开关S23与PMOS管(M12p)的漏极和PMOS管(M13p)的漏极连接，所述PMOS管(M23n)的漏极和PMOS管(M22n)的漏极通过开关S23分别与PMOS管(M12n)的漏极和PMOS管(M13n)的漏极连接；所述PMOS管(M24p)和PMOS管(M24n)的源极通过开关S22接地。进一步地，所述可调输出级电流模块为1个；所述摆率预测电路为数字逻辑电路，通过控制开关S11、S12、S21、S22以及S23的闭合来控制电流输出级。在模数转换电路的输出信号不做出翻转时，摆率预测电路控制开关S11、S12闭合以及S21、S22、S23断开，保持低电平，调制器的第一级跨导放大器的输出电流保持在较小的水平；在模数转换电路的输出信号做出翻转时，摆率预测电路控制开关S11、S12闭合以及S21、S22、S23开启，快速产生一个采样周期的脉冲信号，控制调制器中的第一级跨导放大器的输出级电流变大。更进一步地，所述可调输出级电流模块至少有2个，所述摆率预测电路为多阈值数字逻辑电路。本专利技术突出的实质性突点和显著的技术进步主要再现在：本专利技术根据sigmadelta电路第一级跨导放大器在不同情况下所需满足摆率要求的电流大小，创新性地提出了摆率预测电路、可调输出级电流折叠式跨导放大器，并在这基础上提出了根据不同摆率要求精细化控制跨导放大器输出级电流的方法，从而实现低功耗sigmadelta电路设计。该方案还可以从单比特量化推广到多比特量化的结构中，摆率可预测电路也可以推广为多阈值比较的方式，实现更低的功耗。本专利技术提出的方案在输入信号频率较低时，即sigmadelta电路输出翻转不快的情况下，具有更高的低功耗优势。在高精度sigmadelta电路中，即摆率是低功耗的主要制约因素时，本专利技术设计具有更高的低功耗优势。该方案具有很强的通用性，可以与传统的节省功耗的方法无缝结合。可以预见，本专利技术凭借其通用性以及超高的电流利用效率等特点，在未来的高精度超低功耗sigmadelta电路实际设计中发挥重要作用。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明。其中，图1是常用的sigma本文档来自技高网...

【技术保护点】
带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器，包含积分器和量化器；其特征在于：还包括摆率预测电路，模数转换器的信号输出端输入到摆率预测电路中，所述摆率预测电路的输出端控制积分器中的第一级跨导运算放大器的输出级电流，所述第一级跨导运算放大器包含至少1个可调输出级电流模块。

【技术特征摘要】
1.带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器，包含积分器和量化器；其特征在于：还包括摆率预测电路，模数转换器的信号输出端输入到摆率预测电路中，所述摆率预测电路的输出端控制积分器中的第一级跨导运算放大器的输出级电流，所述第一级跨导运算放大器包含至少1个可调输出级电流模块。2.根据权利要求1所述的带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器，其特征在于：所述第一级跨导运算放大器包括PMOS管(M01)、PMOS管(M02p)、PMOS管(M02n)、PMOS管(M11p)、PMOS管(M11n)、PMOS管(M12p)、PMOS管(M12n)、PMOS管(M13p)、PMOS管(M13n)、PMOS管(M14p)、PMOS管(M14n)；所述PMOS管(M02p)和PMOS管(M02n)的栅极为差分输入信号的输入端，PMOS管(M02p)和PMOS管(M02n)的源极连接PMOS管(M01)的漏极；所述PMOS管(M11p)和PMOS管(M11n)的栅极连接，PMOS管(M12p)和PMOS管(M12n)的栅极连接，PMOS管(M13p)和PMOS管(M13n)的栅极连接，PMOS管(M14p)和PMOS管(M14n)的栅极连接；所述PMOS管(M11p)、PMOS管(M11n)的源极通过开关S11连接外部电源；PMOS管(M01)的源极连接外部电源，所述PMOS管(M01)的栅极连接偏置电压；所述PMOS管(M11p)的漏极连接PMOS管(M12p)的源极，PMOS管(M12p)的漏极连接PMOS管(M13p)的漏极，所述PMOS管(M13p)的源极连接PMOS管(M14p)的漏极，所述PMOS管(M11n)的漏极连接PMOS管(M12n)的源极，PMOS管(M12n)的漏极连接PMOS管(M13n)的漏极，所述PMOS管(M13n)的源极连接PMOS管(M14n)的漏极；所述PMOS管(M14p)的漏极和PMOS管(M13p)的源极连接PMOS管(M02p)的漏极，所述PMOS管(M14n)的漏极和PMOS管(M13n)的源极分别连接PMOS管(M02n)的漏极；所述PMOS管(M14p)和PMOS管(M14n)的源极通过开关S12接地。3.根据权利要求2所述的带运放摆率预测功能的超低功耗模数转换器，其特征在于：所述可调输出级电流模块包括PMOS管(M21p)、PMOS管(M21n)、PMOS管(M22p)、PMOS管(M22n)、PMOS管(M23p)、PMOS管(M23n)、PMOS管(M2...

【专利技术属性】
技术研发人员：武建峰，
申请(专利权)人：苏州昆泰芯微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32