一种可重构的运算放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种可重构的运算放大器，包括套筒式共源共栅运算放大器结构，套筒式共源共栅运算放大器结构中部分MOS管各自的漏极和源极之间分别连接有开关，通过控制开关的闭合和断开切换于共源共栅运算放大器、差分单管放大器两种工作状态。本发明专利技术大大提高了运算放大器的可复用性，减少了额外的设计开销，由于设计是在共源共栅运算放大器的基础上设计的，不会增加额外的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构的运算放大器
本专利技术涉及运算放大器领域，具体是一种可重构的运算放大器。
技术介绍
在混合信号领域中，运算放大器的应用十分广泛，其中一个重要应用领域是模数转换器(ADC)，自然界的信号大多是模拟信号，模数转换器能将模拟信号转化成数字信号，供给数字处理器(DSP)处理，目前一些主流ADC如流水线型模数转换器(pipelineADC)、delta-sigmaADC，都需要用到运算放大器，ADC的精度和速度很大程度上受到运算放大器速度和精度的制约。流水线型模数转换器目前主要占据着高速中高精度的ADC市场，是一种多步比较获得数字输出结果的ADC结构。以12级流水线为例，其基本框图如图1所示，前十一级Stage1—Stage11每一级均为1.5bit结构，每一级都留有0.5bit的冗余位来消除比较器直流失调等非理想因素引起的误差，最后一级为1bit的比较器ADC，每一级流水线由子ADC，子数模转换器(子DAC)以及倍乘数模转换器(MDAC)模块组成。流水线型模数转换器的基本工作原理如下：模拟输入首先由第一级采样保持电路采样保持，经过第一级的子ADC获得第一级的数字输出，接着第一级的模拟输入减去第一级的数字输出后得到一个余差信号，余差信号经过MDAC放大并采样保持作为下一级的输入，第二级重复相应的过程，即输出第二级的数字输出，第二级输入减去数字输出得到余差信号，经过MDAC采样保持后作为下一级的输入，这个过程一直持续到最后一级流水线输出数字信号，最后再通过数字的输出对齐电路将各级的数字输出对齐即可获得完整的数字输出。在整个流水线ADC工作工程中，MDAC是最重要的模块，其包含有运算放大器以及采样、反馈电容，运算放大器直接影响了整个ADC的速度和精度。现在的流水线ADC一般分为带校准的以及不带校准的，对于带校准的ADC中，运算放大器的增益要求不需要那么高，但数字校准电路带来了额外的面积和功耗开销，一般在比特数较高的ADC中会使用校准电路；而在不带校准的ADC中，由于运算放大器增益有限的影响，ADC各级之间存在级间增益误差，即实际的级间增益与理想的级间增益之间存在偏差。级间增益误差的大小直接受到运算放大器直流增益的影响，当运算放大器增益较低时，级间增益误差会较大，这时整个流水线ADC的有效比特数会下降，严重影响了ADC的性能，因此在不校准的电路中，一般都要求运算放大器有着特别高的增益。除了增益以外，带宽也是运算放大器的一个重要指标，影响着电路的速度。对于高速输入的信号，要求运算放大器拥有较大的带宽，增益和带宽两个指标是精度和速度的折中，在不同的应用场景中对两者有不同的要求。如果能够对增益和带宽按照应用需求进行重构，那么将省下大量的设计时间，目前，对可重构运算放大器已有了一定的研究。传统的可重构放大器一般是通过开关控制尾电流源，进而控制跨导，由于电流改变引起晶体管的阻抗发生变化，导致带宽发生改变，而增益基本保持不变，从而实现增益带宽积(GBW)的可重构，传统方法可重构的幅频特性曲线如图2所示。文献1(1,W.Audoglio,E.Zuffetti,G.CesuraandR.Castello,"A6-10bitsReconfigurable20MS/sDigitallyEnhancedPipelinedADCforMulti-StandardWirelessTerminals,"2006Proceedingsofthe32ndEuropeanSolid-StateCircuitsConference,Montreux,2006,pp.496-499,doi:10.1109/ESSCIR.2006.307498.)提出了一种功耗可变的可重构运算放大器，通过增加开关来控制一些晶体管的开启和关断，使得电路在高增益高功耗和低增益低功耗的工作模式中切换。文献2(2,J.Jang,Y.MiaoandY.Lee,"High-bandwidthpower-scalable10-bitpipelinedADCusingbandwidth-reconfigurableoperationalamplifier,"Proceedingsof2010IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems,Paris,2010,pp.4029-4032,doi:10.1109/ISCAS.2010.5537643.)提出了一种带宽可重构的运算放大器，通过开关控制放大器尾电流管开启的个数调整放大电路的带宽，实现带宽的可重构。文献3(3,A.Atac,C.Harder,R.WunderlichandS.Heinen,"AlowpowervariableGBWopampfrom60MHzto2GHzformulti-standardreceivers,"201219thIEEEInternationalConferenceonElectronics,Circuits,andSystems(ICECS2012),Seville,2012,pp.1-4,doi:10.1109/ICECS.2012.6463715.)通过开关开启不同数量的晶体管对的方法来调整尾电流，进而调整跨导，实现了运算放大器GBW的可重构。但上述文献提出的可重构运算放大器均存在可复用性不足的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可重构的运算放大器，以解决现有技术可重构运算放大器存在可复用性不足的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种可重构的运算放大器，包括套筒式共源共栅运算放大器结构，其特征在于，所述套筒式共源共栅运算放大器结构包括MOS管，所述MOS管中有一部分是源极共接的MOS管，其中除了源极共接的MOS管外，其余每个MOS管各自的漏极和源极之间分别连接有开关，开关全闭合时形成差分单管放大器，由此通过控制开关的闭合和断开切换于如下两种工作状态：共源共栅运算放大器、差分单管放大器。所述的一种可重构的运算放大器，共源共栅运算放大器工作状态比所述差分单管放大器工作状态的带宽减小、增益增大，所述共源共栅运算放大器和所述差分单管放大器两种工作状态的增益带宽积相同。所述的一种可重构的运算放大器，套筒式共源共栅运算放大器结构中共接的MOS管包括两组共栅极的PMOS管对、一组共栅极的NMOS管对和一组栅极空置的NMOS管对，所述每组共栅极的PMOS管对包括两个栅极共接的PMOS管，所述共栅极的NMOS管对包括两个栅极共接的NMOS管，所述栅极空置的NMOS管对包括两个栅极空置的NMOS管；两组共栅极的PMOS管对中，第一组共栅极的PMOS管对的两个PMOS管的源极共接形成共源极端，第一组共栅极的PMOS管对的漏极一一对应与第二组共栅极的PMOS管对的源极连接；所述第二组共栅极的PMOS管对的漏极一一对应与共栅极的NMOS管对的漏极连接，共栅极的NMOS管对的源极一一对应与栅极空置的NMOS管对的漏极连接，栅极空置的NMOS管对中两个NMOS管的源极共接形成另一个共源极端，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构的运算放大器，包括套筒式共源共栅运算放大器结构，其特征在于，所述套筒式共源共栅运算放大器结构包括MOS管，所述MOS管中有一部分是源极共接的MOS管，其中除了源极共接的MOS管外，其余每个MOS管各自的漏极和源极之间分别连接有开关，开关全闭合时形成差分单管放大器，由此通过控制开关的闭合和断开切换于如下两种工作状态：共源共栅运算放大器、差分单管放大器。/n

【技术特征摘要】
1.一种可重构的运算放大器，包括套筒式共源共栅运算放大器结构，其特征在于，所述套筒式共源共栅运算放大器结构包括MOS管，所述MOS管中有一部分是源极共接的MOS管，其中除了源极共接的MOS管外，其余每个MOS管各自的漏极和源极之间分别连接有开关，开关全闭合时形成差分单管放大器，由此通过控制开关的闭合和断开切换于如下两种工作状态：共源共栅运算放大器、差分单管放大器。


2.根据权利要求1所述的一种可重构的运算放大器，其特征在于，所述共源共栅运算放大器工作状态比所述差分单管放大器工作状态的带宽减小、增益增大，所述共源共栅运算放大器和所述差分单管放大器两种工作状态的增益带宽积相同。


3.根据权利要求1所述的一种可重构的运算放大器，其特征在于，所述套筒式共源共栅运算放大器结构中共接的MOS管包括两组共栅极的PMOS管对、一组共栅极的NMOS管对和一组栅极空置的NMOS管对，所述每组共栅极的PMOS管对包括两个栅极共接的PMOS管，所述共栅极的NMOS管对包括两个栅极共接的NMOS管，所述栅极空置的NMOS管对包括两个栅极空置的NMOS管；
两组共栅极的PMOS管对中，第一组共栅极的PMOS管对的两个PMOS管的源极共接形成共源极端，第一组共栅极的PMOS管对的漏极一一对应与第二组共栅极的PMOS管对的源极连接；
所述第二组共栅极的PMOS管对的漏极一一对应与共栅极的NMOS管对的漏极连接，共栅极的NMOS管对的源极一一对应与栅极空置的NMOS管对的漏极连接，栅极空置的NMOS管对中两个NMOS管的源极共接形成另一个共源极端，由此构成各个MOS管的串联结构，串联结构中以栅极空置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：幸新鹏，刘森基，尚雪倩，冯海刚，王志华，李冬梅，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44