差分放大器、模数转换器及其操作方法、电流产生方法技术

本发明专利技术涉及跨导放大器，其中输出电流相关于两个输入电压之间的差，并涉及这种跨导放大器在模拟数字转换器中的应用。差分放大器（３００）被配置成提供相关于第一输入电压（３０２）和第二输入电压（３０４）之间的差的输出电流。所述差分放大器包括输入采样电容器（３１８），其被耦合至所述输入采样电容器的第一导体；用于产生所述输出电流的电流输出（３１４）；以及输入开关（３０８、３１０），用于选择性地将所述输入采样电容器的第二导体耦合至所述差分放大器的第一输入以便于接收所述第一输入电压以及耦合至所述差分放大器的第二输入以便于接收所述第二输入电压。所述差分放大器被配置成在第一状态下将所述第二导体耦合至所述第一和第二输入之一并将一电压施加给所述第一导体，并且在第二状态下将所述第二导体耦合至所述第一和第二输入的另一个以根据所述第一和第二输入电压之间的所述差将一电压变化提供给所述跨导放大器输入。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及跨导放大器，即响应于输入电压而产生输出电流的放大器，并涉及采用这种放大器的模拟数字转换器(ADC)。更具体而言，本专利技术涉及这样的跨导放大器，在其中输出电流取决于两个输入电压之间的差，并涉及其应用。
技术介绍
在许多ADC设计中，将模拟输入电压和基准电压比较(或多个基准电压)以产生可被用于产生数字输出代码的电压输出。示例的电压比较器被描述于US 6,150,851、US 6,356,148、US 6,249,181以及D.R.Beck和D.J.Allstot，“An 8-bit，1.8V，High Speed Analogue-to-digital Converter”(http//students.washington.edu/beckdo/papers/techcon2000.doc)以及P.Setty，J.Barner，J.Plany，H.Burger和J.Sonntag，“A 5.75b 350MSamples/S or 6.75b150MSamples/S reconfigurable/ADC for a PRML Read Channel”，Session 9IEEE International Solid-State Circuit Conference 5-7 Feb.1998(ISSCC98)。用于ADC的采样保持(S/H)电路亦是公知的，如在US 6,169,427和US5,963,156以及N.Waltari和K.Halonen，“1.0-Volt，9-bit Pipeline CMOS ADC”，26th European Solid-State Circuit Conference Stockholm，Sweden 19-21September 2002中所述，它们都使用具有开关电容器反馈的常规(电压输出)运算放大器。亦公知的是相继近似寄存器(SAR)模拟数字转换器(例如见J.L.McCreary和P.Gray，IEEE JSSC SC-10，第371-9页，Dec 1975)，其比较模拟输入与数字模拟转换器(DAC)的输出，该DAC可采用二进制加权的电容器阵列以使用电容器之间的电荷再分配来产生模拟输出电压。上述模拟数字转换器使用电压比较来产生数字输出。将理解，当将输入电压比较于基准电压时，仅增益而不是线性度重要，这是因为仅仅有必要知道输入高于基准还是低于基准。然而，亦公知的是通过对通过在基准电压之间插值而产生的电流求和来简化ADC电路，并且对于该插值型求和，线性度是重要的要求。插值ADC常常被用于低分辨率高或中速应用。图1示出了电流模式插值ADC的示例级的通用电路图。具有电流模式插值的ADC的实例被描述于M.P.Flynn和D.J.Alstot，“CMOS Folding A/DConverters with Current-Mode Interpolation”，IEEE JSSC vol.31，September1996，第1248-1257页；M.P.Flynn和B.Sheahan，“A 400MSample/S，6-bCMOS Folding and Interpolating ADC”IEEE JSSC，vol.33，December 1998，第1932-1938页；B-S Song，P.L.Rakers和S.F.Gilling，“A 1V，6-b50MSamples/S Current Interpolating CMOS ADC”，IEEE J.Solid-StateCircuits，vol.35，April 2000，第647-651页。参考图1a，一般原理是通过在来自一组放大器(在图1中是两个)的输出之间插值从较小组的基准电压(在图1中是两个，VrefA和VrefB)产生多个比较电平(在图1中是五个)，每个所述输出都表示输入信号和基准之一之间的差。在图1a的插值级100中，线102上的输入电压被提供给第一104和第二106差动跨导放大器的一个输入。到第一跨导放大器104的第二输入由线108上的第一基准电压VrefA提供，并且到跨导放大器106的第二输入由线110上的第二基准电压VrefB提供。每个差动跨导放大器都产生与其两个输入上的电压之间的差成比例的输出电流，输出电流与输入电压差之比被称为跨导。放大器104和106被画出为电流汲入，但优选地，它们的输出电流根据Vin-VrefA和Vin-VrefB的极性分别可以是正的或负的极性。图1b说明了适合于用于跨导放大器104和106的跨导放大器130的一个可能实施。跨导放大器包括一对输入晶体管132、134，其具有分别来自Vin 102以及VrefA 108和VrefB 110之一的输入，以及被连接于恒定电流汲入136的公用源连接。晶体管132和134的漏连接被连接到由虚线138包围的电流镜的相应输入和输出连接，并且电流输出连接140取自晶体管134的漏与电流镜138的输出的结。晶体管132、134的每个都通过由其跨导gm乘以晶体管的增量栅输入电压而给出的增量电流，从而使输出电流由Iout＝Gm.(Vin-Vref)给出，其中放大器的跨导Gm等于gm。来自跨导放大器104的输出电流被输入到或驱动第一电流镜112，并且来自跨导放大器106的输出电流驱动第二电流镜114。电流镜112包括多个恒定电流发生器112a-e。线116上的电压以常规方式将通过元件112a的电流设置成与流到差动跨导放大器104中的输出电流相同。该相同的驱动电压亦被提供给元件112b-e以提供由跨导放大器104的输出电流确定的线118a-d上的恒定电流输出。图1c示出适合于在图1a的插值ADC级100中使用的可控电流发生器150的实例。输入晶体管151和恒定电流汲入152被串联连接于电源线154、156之间，晶体管151和电流汲入152之间的连接提供电流输出Iout 158。输入晶体管151具有控制电压Vc，该电压被施加给其栅连接以提供受控的单极电流，该电流等于输出电流Iout和通过恒定电流汲入152的电流之和。这样，根据通过输入晶体管151的受控单极电流的大小，所述输出电流可以是任何一个极性。对于给定的输入控制电压Vc，输出电流(或多个经匹配的可控电流发生器的输出电流)可通过缩放输入(MOS)晶体管151的尺度来缩放。优选地，电流汲入152以与维持恒定“零电流”点相同的比率被缩放。以这种方式，多个不同缩放的、经匹配的可控电流发生器可被设置成具有用于基本上相同的输入控制电压的零输出电流，并由此基本上同时提供零输出电流。在包括元件112a和112b的晶体管具有相同物理尺寸的情况下，线118a上的电流与通过元件112a的电流基本上相同。包括元件112c、d、e的晶体管的尺寸被减小到元件112b的尺寸0.75x、0.5x和0.25x，从而使来自跨导放大器104的0.75x、0.5x和0.25x输出电流的电流被分别提供在线118b、118c和118d上。通常电流镜112被制造在集成电路上以使包括电流镜的晶体管被匹配。电流镜114类似地包括元件114a-e，例如双极或FET晶体管，并且以对应方式工作以分别在线120a-d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分放大器，其被配置成提供取决于第一输入电压和第二输入电压之间的差的输出电流，该差分放大器包括：输入采样电容器，其具有两个导体；跨导放大器，其具有被耦合至所述输入采样电容器的第一导体的输入和适合于产生所述输出电流的电流输 出；以及输入开关，用于选择性地将所述输入采样电容器的第二导体耦合至所述差分放大器的第一输入以便于接收所述第一输入电压，以及耦合至所述差分放大器的第二输入以便于接收所述第二输入电压；所述差分放大器被配置成在第一状态下将所述第二 导体耦合至所述第一和第二输入之一并将电压施加给所述第一导体，并且在第二状态下将所述第二导体耦合至所述第一和第二输入的另一个以基于所述第一和第二输入电压之间的所述差来提供电压变化给所述跨导放大器输入。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华梅杰格兰维尔，
申请(专利权)人：沃福森微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]