[发明专利]一种低功耗开关型运算放大器

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种低功耗开关型运算放大器。

背景技术

现代集成电路与SOC(系统级芯片)技术的发展推动了便携式电子设备的普及和应用。而模数转换器(ADC，Analog-to-Digital Converter)是便携式设备的电子系统中不可或缺的关键功能部件之一。开关电容电路由于可以非常精确地实现各种比例系数，且对工艺，环境温度变化等各种影响不敏感，而广泛应用于模数转换器中。

运算放大器是开关电容电路的核心单元，如何降低放大器的功耗是降低系统功耗的关键。开关型运算放大器就是可以开关的运算放大器，1994年第一次被提出来主要用来设计低压电路。而如果电路系统是由半周期延迟积分器组成，那么有半个周期运算放大器是不需要工作的，可以使其关闭节省功耗。图1所示为最早的开关型运算放大器，这种结构很简单，直接旁路掉偏置电流，使系统完全关闭，但是电路启动速度不快。

后面经过发展，开关型运算放大器多为图2类似结构的两级运算放大器，因为第二级电流比较大，权衡功耗和开启速度，只关闭第二级，保留输入级电流，方便电路启动，关闭输出同时保存补偿电容上的电荷。但是，两级运算放大器本身不是效率很高的结构，特别当负载电容比较大的时候，需要把次级点推到远离原点，这将消耗很大的电流。而传统的一级运算放大器，如套筒型结构和折叠共源共栅结构，并不适合用于低压设计，而且开关速度很慢。

发明内容

本发明提供了一种低功耗开关型运算放大器，通过采用单级电流镜结构，解决了上述传统开关型运算放大器存在的缺陷，实现了在主运放非工作状态下关闭所有电路，降低放大器整体功耗。

一种低功耗开关型运算放大器，包括开关型运算放大电路、用于向开关型运算放大电路提供共模电压反馈信号的共模反馈电路和用于向开关型运算放大电路与共模反馈电路提供偏置电压信号的偏置电路。

所述的开关型运算放大电路包括2个开关管和17个MOS管。其中，第一MOS管的栅极为所述的开关型运算放大器的正输入端，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极和第三MOS管的漏极相连，第一MOS管的漏极与第十七MOS管的栅极、第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极、第八MOS管的栅极、第六MOS管的漏极和第四MOS管的漏极相连，第二MOS管的栅极为所述的开关型运算放大器的负输入端，第二MOS管的漏极与第十六MOS管的栅极、第四MOS管的栅极、第七MOS管的栅极、第九MOS管的栅极、第七MOS管的漏极和第五MOS管的漏极相连，第三MOS管的栅极接收所述的偏置电路提供的偏置电压信号，第三MOS管的源极与第十一MOS管的源极、第十三MOS管的源极、第十MOS管的源极、第十二MOS管的源极和第二开关管的漏极相连，第二开关管的栅极接收外部设备提供的时钟信号，第二开关管的源极接地，第十一MOS管的栅极与第十三MOS管的栅极、第十一MOS管的漏极和第十七MOS管的漏极相连，第十三MOS管的漏极与第十五MOS管的漏极和第九MOS管的漏极相连并构成所述的开关型运算放大器的负输出端，第十五MOS管的栅极与第十四MOS管的栅极相连并接收所述的共模反馈电路提供的共模电压反馈信号，第十五MOS管的源极与第九MOS管的源极、第十七MOS管的源极、第七MOS管的源极、第五MOS管的源极、第四MOS管的源极、第六MOS管的源极、第十六MOS管的源极、第八MOS管的源极、第十四MOS管的源极和第一开关管的漏极相连，第一开关管的栅极接收外部设备提供的反相时钟信号，第一开关管的源极接收外部设备提供的电源电压，第十MOS管的栅极与第十二MOS管的栅极、第十MOS管的漏极和第十六MOS管的漏极相连，第十二MOS管的漏极与第十四MOS管的漏极和第八MOS管的漏极相连并构成所述的开关型运算放大器的正输出端。

所述的偏置电路包括3个偏置MOS管。其中，第一偏置MOS管的源极与所述的第二开关管的漏极相连，第一偏置MOS管的栅极与第二偏置MOS管的漏极、第一偏置MOS管的漏极和所述的第三MOS管的栅极相连并为所述的开关型运算放大电路和所述的共模反馈电路提供偏置电压信号，第二偏置MOS管的源极与第三偏置MOS管的源极和所述的第一开关管的漏极相连，第二偏置MOS管的栅极与第三偏置MOS管的栅极和第三偏置MOS管的漏极相连并接收外部设备提供的参考电流。