[发明专利]运算放大器与模拟至数字转换器

说明书

技术领域

本发明有关于一种运算放大器，特别是有关于一种折叠叠接式(foldedcascode)运算放大器以及其操作方法。

背景技术

在模拟至数字转换器(analog to digital converter，ADC)芯片的应用上，噪声信号的处理为首要的考量。例如，在ADC或数字至模拟转换器(digital toanalog converter，DAC)中，增加信号噪声比(signal-to-noise ratio，SNR)被视为重要的设计考量。一个影响SNR的重要因素为晶体管的闪烁噪声(flickernoise)。闪烁噪声为当许多悬空键(dangling bond)出现于晶体管栅极端的氧化层与硅基底之间的接口时所产生的多余能级(energy level)。当电荷载子移动至该接口时，一些载子会随机地被吸引并且接着被释放至该能级以允许漏极电流产生闪烁噪声。因此，减少闪烁噪声为运算放大器的主要设计考量。

将晶体管的面积增加为降低闪烁噪声的一个方法。闪烁噪声的能量与晶体管栅极端的电压源有关。确切的关系如以下公式所示(Razavi，B，“Design ofAnalog CMOS Integrated Circuits”，pp.215，McGraw Hill)：

$\stackrel{\‾}{V_n^2}=\frac{K}{C_{\mathrm{OX}}\mathrm{WL}}\frac{1}{f}$

从以上公式中反比的WL可以看出组件面积必须增加使得噪声信号(f)减少。此外，寄生电容也会增加芯片的功率负载。一般而言，从PMOS晶体管产生的噪声会比NMOS晶体管少。

发明内容

本发明提供一种具有调变装置用以将闪烁噪声自一电流源调变至较高频率的运算放大器。

根据本发明的一实施例，一种运算放大器包括输入级(input stage)、负载级(loading stage)、闪烁噪声源(flicker noise source)与调变装置(modulating device)。输入级接收一对对应于第一频带的差动输入信号。负载级耦接至输入级，并且于输出端点输出放大过的差动输出。调变装置耦接至闪烁噪声源与输入级，将闪烁噪声调变至第二频带，其中调变装置并非位于一信号路径。

根据本发明的另一实施例，一种运算放大器包括输入级与负载级。输入级接收对应于第一频带的一对差动输入信号。负载级耦接至上述输入级，并且于输出端点输出放大过的差动输出。负载级包括闪烁噪声源与调变装置。调变装置耦接至闪烁噪声源，将闪烁噪声调变至第二频带，其中调变装置并非位于信号路径。

根据本发明的另一实施例，一种模拟至数字转换器包括三角积分调变器与数字降频滤波器。三角积分调变器接收一输入信号并产生一第一输出信号，其中三角积分调变器包括复数运算放大器。一调变装置将来自运算放大器中至少一闪烁噪声源的闪烁噪声从第一频带调变至第二频带，并且调变装置并非位于一信号路径。数字降频滤波器，接收第一输出信号，并且滤除调变过的闪烁噪声以产生第二输出信号。

本发明可以有效降低闪烁噪声。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例显示运算放大器的电路图。

图2显示在图1中的实施例的第一与第二控制时钟脉冲的时钟脉冲速度与时间的关系图。

图3显示根据图1所示的实施例的频率(Hz)对应输出功率(db)的仿真结果。

图4是根据本发明的第二实施例显示运算放大器的电路图。