[发明专利]加有抖动的放大器

说明书

技术领域

本发明主要涉及模拟放大器。具体地，本发明涉及向输出信号中加入抖动以用于改善模拟-数字转换的模拟放大器。放大器可以被用作比较器或模拟-数字转换器的前置放大器。

背景技术

抖动是故意加入的噪声，通常被用于屏蔽电路系统中的非线性特性和非理想特性。生成抖动噪声的过程被称作“加抖动”。

模拟-数字转换期间的量化可能会造成输出信号中的非线性或非理想性。在模拟-数字转换器(ADC)中，加抖动可以被用于对连续的非线性量化误差进行去相关处理。换句话说，抖动可以被用于屏蔽或平滑ADC传递函数中的非线性例如尖峰或突变。加抖动背后的理论是混合信号处理领域内公知的。

图1示出了本领域中通常称为“长尾对(long tailed pair)”的常规差分放大器(100)。这种差分放大器具有共同连接在源极端处的一对晶体管(102、104)，例如是NMOS晶体管，其中每一个都可以通过晶体管漏极处的电阻负载R(106、108)耦合至参考电压V_DD。放大器(100)还可以包括通过晶体管(102、104)提供偏置电流I_bias的共用电流源(110)。偏置电流可以为晶体管设定工作点。流过负载(106、108)的电流量可以由晶体管输入端处的相应的输入电压信号V_in+和V_in-控制。可以根据输出电流在输出端V_out+和V_out-处形成输出电压。

公知的是差分放大器以一个恒定的系数(被称为差分增益)放大两个输入电压之间的差值(V_in+-V_in-)以生成输出信号(V_out+-V_out-)。通常，长尾对内的I_bias给放大器提供近似恒定的电流以设定晶体管(102、104)的工作点。对于这样的常规模拟差分放大器，输出差值(V_out+-V_out-)可以是输入电压差值(V_in+-V_in-)的固定倍数。

授予Fetterman的第6172629号美国专利(′629专利)介绍了使用随机电压电平来加抖动流水线型ADC的方法和系统。例如，′629专利的图4示出了包括多个复合晶体管对(T1A/T2A、T1B/T2B、T1C/T2C以及T1D/T2D)的差分放大器。T1B/T2B、T1C/T2C以及T1D/T2D的打开和关闭由门电路对M11/M21、M12/M22以及M13/M23处的输入电压信号控制，其值可以由随机数发生器决定。通过随机地打开和关闭M11/M21、M12/M22以及M13/M23，T1A/T2A对的有效尺寸也可以被随机地改变。即使T1A/T2A的有效尺寸改变，电流源(110)也仍可保持恒定。为了实现加抖动的目标，′629专利使用了多个可以被切换打开和关闭的输入晶体管。但是，在切换打开和关闭输入晶体管时，放大器的输入和输出中可能会加载有寄生效应，这可能会造成不理想的效果。另外，对于低电源电压下的操作，如′629专利的图4中所示的结构可能只有有限的余量(headroom)。在低电源电压下，复合晶体管的漏极/源极两端足够的压降可能会成为用于将晶体管保持在饱和(也就是高增益)工作区域内的重要的设计参数。电压可能会在输入晶体管T和负载电阻R之间的插入的开关M两端下降并且留下更小的用于输入晶体管T的电压余量。

因此，与先前的尝试相比，需要具有更小的寄生效应以及具有更大的余量的加抖动装置或方法。

附图说明

图1是未加抖动的常规差分放大器。

图2示出了根据本发明的一个实施例的具有集成抖动源的差分放大器。

图3示出了根据本发明的一个实施例的具有2位抖动的前置放大器。

图4示出了根据本发明的一个实施例的加有抖动的锁存器。

图5示出了根据本发明的一个实施例的具有两个前置放大器级和一个锁存器的比较器结构。

图6示出了根据本发明的一个实施例的模拟-数字转换器，具有来自于比较器的加有抖动的输入。

具体实施方式