本发明涉及共模反馈电路领域,具体涉及一种开关电容型共模反馈电路。
背景技术:
1、在需要高增益运放的场景下,通常会使用全差分结构的运放,这类运放的特点是由于器件的失配,共模输出电平容易发生漂移。此时需要一共模反馈电路,即通过检测全差分运放的输出共模电平,将检测到的共模电平值与给定的参考电压进行比较并校准。常见的共模反馈电路有两种:连续时间型共模反馈与开关电容型共模反馈。连续时间共模反馈电路通常通过电阻检测输出共模电压,对输出共模电压进行连续检测与校准,所以其结构优势在于检测更加准确稳定,但是其劣势在于输出阻抗变化;输出摆幅较小;功耗较大。开关电容型共模反馈电路是基于电荷分配来校准输出共模电压,不会引入新的零极点,输出范围较大且具有较高的线性度。现有的开关电容型共模反馈电路由于利用时钟的控制进行电容的采样和保持,在时钟转换期间受到时钟馈通和电荷注入的影响会限制该电路的工作频率、时钟频率以及动态范围。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种开关电容型共模反馈电路降低了现有电路在时钟转换期间受到时钟馈通和电荷注入的不利影响,从而一定程度上解决限制该电路工作频率、时钟频率以及动态范围的问题。
2、为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种开关电容型共模反馈电路,包括:
3、第一互补开关,所述第一互补开关包括nmos管m2和pmos管m3,所述nmos管m2的栅极与时钟ckb连接,其漏极与电压outp连接,其源极分别与电容c3的一端、pmos管m3的漏极和nmos管m10的源极连接,所述pmos管m3的源极与电压outp连接,其栅极与ckb’连接,所述nmos管m10的栅极与时钟ck连接,其漏极接地,所述ckb’为时钟ckb经过一反相器的信号;
4、第二互补开关,所述第二互补开关包括nmos管m4和pmos管m5,所述nmos管m4的栅极与ckb连接,其源极与电压outp连接,其漏极分别与pmos管m11的漏极、电容c4的一端和pmos管m5的源极连接,所述pmos管m5的漏极与电压outp连接,其栅极与ckb’连接,所述pmos管m11的源极与电源电压vdd连接,其栅极与ck’连接,所述ck’为时钟ck经过一反相器的信号;
5、第三互补开关,所述第三互补开关包括nmos管m6和pmos管m7,所述nmos管m6的栅极与时钟ckb连接,其源极分别与电容c5的一端、pmos管m7的漏极和nmos管m12的源极连接,其漏极与电压outn连接,所述pmos管m7的源极与电压outn连接,其栅极与ckb’连接,所述nmos管m12的漏极接地,其栅极与时钟ck连接;
6、第四互补开关,所述第四互补开关包括nmos管m8和pmos管m9,所述nmos管m8的栅极与时钟ckb连接,其漏极分别与pmos管m13的漏极、电容c6的一端和pmos管m9的源极连接,其源极与电压outn连接,所述pmos管m13的源极与电源电压vdd连接,其栅极与ck’连接,所述pmos管m9的栅极与ckb’连接,其漏极与电压outn连接;
7、所述电容c3的另一端分别与nmos管m14的漏极、电容c4的另一端和nmos管m16的漏极连接,所述nmos管m14的栅极与时钟ckb连接,其源极与nmos管m15的漏极连接,所述nmos管m15的栅极与时钟ckb连接,其源极分别与电容c5的另一端、电容c6的另一端和nmos管m17的源极连接,所述nmos管m17的栅极与时钟ck连接,所述nmos管m17的漏极与nmos管m16的源极连接,该处电压为输入偏置电压vb,所述nmos管m16的栅极与时钟ck连接。
8、进一步地,所述时钟ck和时钟ckb为一组相位相反的时钟。
9、进一步地,所述开关电容型共模反馈电路还包括虚拟开关,所述虚拟开关包括nmos管m1,所述nmos管m1的栅极与时钟ck连接,其漏极和源极连接,并同时与电容c1的一端、电容c2的一端、nmos管m14的源极和nmos管m15的漏极连接,所述电容c1的另一端与电压outp连接,所述电容c2的另一端与电压outn连接。
10、进一步地,所述nmos管m1的漏极和源极的连接处电压为输出共模反馈电压vcmfb。
11、进一步地,所述开关电容型共模反馈电路的相位包括两种情况:时钟ck=1,时钟ckb=0和时钟ck=0,时钟ckb=1。
12、进一步地,当时钟ck=1,时钟ckb=0时,电容所充的电荷为:
13、δq3、4、5、6=b×cb
14、δq1、2=a0×ca
15、b=vcm-vb
16、其中,δq3、4、5、6为电容c3、电容c4、电容c5和电容c6所充的电荷,δq1、2为电容c1和电容c2所充的电荷,b为设定的理想共模电压与输入偏置电压的差值,cb为电容c3、电容c4、电容c5和电容c6的电容值,a0为第0个周期下输出共模电平vout与输出共模反馈电压vcmfb的差值,ca为电容c1和电容c2的电容值,vcm为设定的理想共模电压,vb为输入偏置电压。
17、进一步地,当时钟ck=0,时钟ckb=1时,电容所充的电荷为:
18、δq3、4、5、6=a1×cb
19、δq1、2=a1×ca
20、其中,a1为第1个周期下输出共模电平vout与输出共模反馈电压vcmfb的差值。
21、进一步地,随着有效时钟的开启与关断,对输出共模电平vout进行检测,并输出校准后的输出共模反馈电压vcmfb,公式为:
22、vout[∞]-vcmfb[∞]=vcm-vb
23、其中,vout[∞]为时钟ck在无限大周期的输出共模电平,vcmfb[∞]为时钟ck在无限大周期的输出共模反馈电压vcmfb。
24、本发明的有益效果为:本发明提出一种全新的开关电容型共模反馈电路,旨在降低由于器件失配等非理想因素带来的共模电平的变化,提高差分放大器中输出共模电平的稳定性。本发明一改相关采用传统的连续型共模反馈结构,而是采用线性度更高、功耗更低的开关电容型共模反馈电路对输出共模电平进行检测和校正,随着有效时钟输出稳定而精准的共模反馈电压。并且充分考虑开关电容电路中常见的电荷注入、时钟馈通所导致的不利影响,采用部分互补开关的结构,降低开关电容电路结构中由时钟馈通和电荷注入引起的误差;另在相关位置处采用一虚拟开关,将由时钟引起的沟道残留电荷进行释放,提升电路的检测和校准的精度。
1.一种开关电容型共模反馈电路,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,所述时钟ck和时钟ckb为一组相位相反的时钟。
3.根据权利要求2所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,所述开关电容型共模反馈电路还包括虚拟开关,所述虚拟开关包括nmos管m1,所述nmos管m1的栅极与时钟ck连接,其漏极和源极连接,并同时与电容c1的一端、电容c2的一端、nmos管m14的源极和nmos管m15的漏极连接,所述电容c1的另一端与电压outp连接,所述电容c2的另一端与电压outn连接。
4.根据权利要求3所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,所述nmos管m1的漏极和源极的连接处电压为输出共模反馈电压vcmfb。
5.根据权利要求4所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,所述开关电容型共模反馈电路的相位包括两种情况:时钟ck=1,时钟ckb=0和时钟ck=0,时钟ckb=1。
6.根据权利要求5所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,当时钟ck=1,时钟ckb=0时,电容所充的电荷为:
7.根据权利要求6所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,当时钟ck=0,时钟ckb=1时,电容所充的电荷为:
8.根据权利要求7所述的开关电容型共模反馈电路,其特征在于,随着有效时钟的开启与关断,对输出共模电平vout进行检测,并输出校准后的输出共模反馈电压vcmfb,公式为: