[发明专利]三级放大器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求于2013年3月15日提交的标题为“Three Stage Amplifier”的美国专利申请序列no.61/794,639的优先权，在此通过引用并入其全文。

技术领域

本发明总体上涉及信号放大器及其应用。

背景技术

如果临界放大器不能提供足以准确地放大输入信号的电流，许多电子系统的精度降低。例如，通常需要信号放大器以驱动部分地或全部地包括电容性负载的负载。为了在这些电容性负载产生输入信号的精确放大版本，放大器提供能准确地改变输出信号的幅度的高电流。

示例放大器是在流水线模拟-数字转换器系统的乘法数-模转换器（MDAC）中的放大器。这样的系统被配置具有连续的转换器级，其中每个转换器级将模拟输入信号转换为最终数字编码的各个数字位，该最终数字编码对应于模拟输入信号。

集成电路MDAC经常经配置具有电容器，该电容器在每个采样周期的第一部分经切换以从在前转换器级的残余信号接收电荷，并在每个采样周期的第二部分经切换以将该电荷转移到输出电容。这些充电和转移处理一般都在MDAC放大器的帮助下实现，以及这些处理的精确度取决于该放大器向MDAC电容器提供高级电流的能力。

一般而言，对于相同电流密度和相对的寄生电容值，NMOS设备比PMOS设备具有更高的跨导。结果，NMOS设备是可取的，作为放大器中的增益设备。虽然也可以使用PMOS设备，PMOS设备更经常用作无源设备，诸如用于偏置NMOS增益设备的电流源。在65nmLP处理中，PMOS设备具有稍低的固有增益6.6对7.5，因为其对应的NMOS和其跨导是大约低50％。

为了增加多级的固有增益，PMOS电流源的输出阻抗相对于NMOS设备是很高的。15千欧的输出阻抗可减少10％的NMOS增益。如果使用单一设备，则PMOS固有增益将需要是51，这将需要过于大的栅极长度和相关设备寄生电容。因此，PMOS电流源可以被串接。如果期望留在处理的电源轨内，则输出摆动会受到严重损害。为了克服这个问题，放大器的电流源通常串接，并从供给大于该处理的电源轨操作。然而，这导致增加功率并产生如下不希望的挑战：在在启动，关机，过载条件下确保所有设备留在他们的操作击穿电压中。

现有设计也使用扩展的电源电压到共源共栅设备，校准和杂项增益增强技术。虽然后两者对于细线CMOS MDAC放大器的设计是可取的，其中，设备的内在增益都很小，使用扩展的电源电压增加功率并降低了可靠性。因此，需要可实现足够的开环增益并同时仍然保持闭环带宽的放大器。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例实施例的级联三级放大器的方框图。

图2示出了根据本发明的示例实施例的级联三级放大器的电路图。

图3示出了根据本发明的示例实施例的放大信号的方法。

图4示出了根据本发明的示例实施例的放大级的结构的电路图。

图5示出了根据本发明的示例实施例的前置放大器级结构的电路图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了包括具有一对第一晶体管的前置放大器级、具有一对第二晶体管的跨导（gm）放大器级，以及具有一对第三晶体管的积分放大器级的级联放大器，第一晶体管的每个具有耦合到第一输入端电压的第一栅极端子，第二晶体管的每个具有耦合到所述第一晶体管之一的漏极端子的第二栅极端子，所述第三晶体管的每个具有耦合到所述第二晶体管之一的漏极节点的第三栅极端子，第三晶体管的每个具有耦合到输出电压的漏极端子。

图1示出了根据本发明示例实施例的放大器100的框图。放大器100可以具有三级，包括前置放大器级ST₁、跨导（gm）级ST₂和积分器级ST₃。前置放大器级ST₁可以接收耦合到前置放大器110的差分输入电压（Vi，Vin）。gm级ST₂可包括g m级放大器120，以及积分器级ST₃可以包括放大器130以及电容器140和阻抗器150以产生差分电压输出端（Vo，Von）。另外，具有放大器160的反馈回路也可以包括在电压输出和gm级ST₂的输入之间。