.肺n-端连接至动态源尾管Mbl.. .Mbn 的栅端，形成动态偏置;开关单元肺1--肺n受采样相时钟CK2控制，开关单元Kl--Kn受 保持时钟CKl控制；恒流源尾管Mal.. .Man的漏端和动态源尾管Mbl.. .Mbn的漏端直接接运 算放大器的主体电路OPAbody。
[0037] 将偏置电压Vi. . .Vn设置在使得恒流源尾管Mal. . .Man的漏端和动态源尾管 Mbl. . .Mbn的静态电流最大时的饱和区；动态源管Mbl. . .Mbn的源端电压与偏置电压 Vbl. . .Vbn电压之差与阔值电压相差0~lOOmV，此时动态源管Mbl. . .Mbn的静态工作点为亚 阔值区，反型层较弱，尾电流源管存在部分漏电流，用于保持相工作时的快速建立，同时有 效减小由饱和状态产生的大电流导致的较大功耗开销。
[0038] 如图3所述，时钟信号CKl和CK2为两个相位不交叠的时钟信号，且时钟周期为T，其 中保持相周期为Tl,采样相周期为T2，Ti = T2=1/巧T;
[0039] 假设系统要求整体运算放大电路功耗降低1/4,即降为总功耗的3/4,结合 本发明中一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的方法，步骤如下：
[0040] (1)根据运算放大器整体电路功耗要求，确定功耗缩减比例；
[0041] (2)根据功耗缩减比例，分配所有可控电流源管Ml. . .Mn的比例和个数，使得恒流 源尾管Mal.. .Man和动态源尾管Mbl.. .Mbn的并联个数之和等于电流源管Ml.. .Mn的并联个 数，其中动态源尾管用于缩减运算放大器在采样相CK2工作时的电流，根据步骤（1)的缩减 比例，设计使得1曰1+]\^1=]\11，]\1曰1:]\^1 = 1/7，同理1曰2+]\^2 = 12，1曰2:]\^2 = 1/7，...，]\1曰3+ Mb3=M3，Man:Mbn = l/7;
[0042] (3)保持运算放大器的主体部分OPAbody不动；
[0043] (4)根据动态源尾管Mbl. . .Mbn的实际宽长比，设计偏置电压供给模块VBIAS，使其 在保持相时钟CKl输出偏置电压Vl......化，该偏置电压使得尾管的静态工作点为饱和区， 此时电流最大；在采样相时钟CK2输出偏置电压Vbl. . .Vbn:设计时，该栅端偏置电压 Vbl. . .Vbn与源端电压之差与阔值电压相差0~lOOmV，此时动态源尾管Mbl. . .Mbn的静态工 作点刚好为亚阔值区，反型层较弱，尾电流源管中仍存在部分漏电流，用于保持相工作时的 快速建立，有效减小由饱和状态产生的大电流导致的较大功耗开销；
[0044] (5)偏置电压VI....化直接接入恒流源尾管Mal. . .Man的栅端，形成固定偏置；同 时，偏置电压Vl....化经保持相开关Kl.... Kn-端连接至动态源尾管Mbl...Mbn的栅端，形 成固定偏置；偏置电压Vbl ... Vbn经义样相开关Kbl .... Kbn -端连接至动态源尾管 Mbl. . .Mbn的栅端，形成动态偏置;开关单元肺1....肺n受采样相时钟CK2控制，开关单元 Kl... .Kn受保持时钟CKl控制；恒流源尾管Mal.. .Man的漏端和动态源尾管Mbl.. .Mbn的漏 端直接接运算放大器的主体电路OPAbody;
[0045] (6)计算保持相和采样相的平均功耗;保持相时恒流源管Mal. . .Man和动态源尾管 Mbl.. .Mbn全部处于饱和状态，则单个恒流源尾管Mal和动态源尾管Mbl在保持相周期时的 工作电流之和为Ii =化*1〇,此时采样相运算放大器不参与电荷传递，此时Mal管产生的饱和 电流为Mai*I〇 ,Mbi管工作在弱反型区，其电流约为一个单管电流IoJo远小于Mbi管处于饱和 状态时的电流此时恒流源尾管Mal和动态源尾管Mbl在采样相周期时的工作电流之 和I 2 = M a 1 * I 0 + I 0。单个恒流源尾管M a 1和动态源尾管M b 1的平均电流为
，恒流源管Ma2. . .Man和动态源尾管Mb2. . .Mbn 的平均电流分别为Tb2......屯。，假设n个电流源管Ml... Mn的并联个数一致，则总功耗：
[0047] 由上可知，整体电路的平均功耗大大减小，满足系统功耗缩减1/4的要求。
[0048] (7)仿真验证整体电路的平均功耗，根据仿真结果反复调整比例个数，W满足功耗 要求。
[0049] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术，W上的实施方式仅用来说明本发 明，而非限定本发明，只要在本发明的精神要求范围内，对W上实施例所作的适当改变都属 于本发明要求保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的系统，其特征在于包括：电流源管 Ml -Μη;两组开关单元Kbl….Kbn和K1….Kn;两个时钟信号CK1和CK2，其中CK1为保持相时 钟，CK2为采样相时钟；产生偏置电压Vbl-.Vbn和偏置电压ν?···.νη的偏置电压供给模块 VBIAS;运算放大器的主体电路OPAbody;电流源管Ml -Μη，包括并联的恒流源尾管Mai '"Man 和动态源管Mbl "·Μ?3η，电流源管Ml -Μη的源端直接接电源或接地； 偏置电压V1….Vn直接接入恒流源尾管Ma 1 的栅端，形成固定偏置；同时，偏置电 压Vl~.Vn经保持相开关Kl~.Kn-端连接至动态源尾管Mbl-Mbn的栅端，形成固定偏置； 偏置电压Vbl"_Vbn经米样相开关Kbl··· .Kbn-端连接至动态源尾管Mbl…肺]!的栅端，形成 动态偏置;开关单元Kbl-_.Kbn受采样相时钟CK2控制，开关单元Κ1~.Κη受保持时钟CK1控 制;恒流源尾管Mai -111的漏端和动态源尾管Mbl - .η的漏端直接接运算放大器的主体电 路OPAbody 〇2. 根据权利要求1所述的一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的系统，其特 征在于:将偏置电压Vr"VJ5置在使得恒流源尾管Mai "111的漏端和动态源尾管Mbl ".η 的静态电流最大，即尾管处于饱和区时的电压；偏置电压Vbl-_Vbn电压与动态源管Mbl··· Mbn的源端电压差值与动态源管Mbl-Mbn的阈值电压相差0~100mV，此时动态源管Mbl··· Mbn工作在亚阈值区，反型层较弱，动态源管Mbl-Mbn存在部分漏电流，该漏电流可帮助运 算放大器在进入保持相时快速地建立输出信号，同时缩减功耗开销。3. 根据权利要求1所述的一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的系统，其特 征在于:所述的时钟信号CK1和CK2为两个相位不交叠的时钟信号。4. 一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的方法(工作过程），其步骤如下： (1) 根据运算放大器整体电路功耗要求，确定功耗缩减比例； (2) 根据功耗缩减比例，分配所有可控电流源管Μ1~Μη的比例和个数，使得恒流源尾管 Mai ."Man和动态源尾管Mbl "·Μ?3η的并联个数之和等于电流源管Ml -Μη的并联个数，其中动 态源尾管Mbl…她!!用于调节运算放大器在采样相CK2工作时的电流； (3) 保持运算放大器的主体部分OPAbody不动； (4) 根据动态源尾管Mbl…肺!!的实际宽长，设计偏置电压供给模块VBIAS，使其在保持 相时钟CK1输出偏置电压Vl···. . .Vn，该偏置电压使得恒流源尾管Mal"_Man的漏端和动态源 尾管Mbi-Mbn的静态电流最大，即尾管均处于饱和区；在采样相时钟CK2输出偏置电压 乂131"￥1311 :偏置电压￥131"^11电压与动态源管妣1"樣11的源端电压差值与动态源管妣1··· Mbn的阈值电压相差0~100mV，此时动态源管Mbl-Mbn工作在亚阈值区，反型层较弱，动态 源管Mbl-Mbn存在部分漏电流，该漏电流可帮助运算放大器在进入保持相时快速地建立输 出信号，同时缩减功耗开销。 (5) 电压VI···.Vn直接接入恒流源尾管Mal-Man的栅端，形成固定偏置；同时，偏置电压 VI….Vn经保持相开关K1….Kn-端连接至动态源尾管Mbl…肺!!的栅端，形成固定偏置;偏 置电压Vbl"_Vbn经米样相开关Kbl··· .Kbn-端连接至动态源尾管Mbl"_Mbn的栅端，形成动 态偏置;开关单元Kbl….Kbn受采样相时钟CK2控制，开关单元K1….Kn受保持时钟CK1控制； 恒流源尾管Mai的漏端和动态源尾管Mbl的漏端直接接运算放大器的主体电路 OPAbody〇 (6) 计算保持相和采样相的平均功耗;假设单个电流管饱和态电流为1〇,一个时钟周期T 由保持相周期Ti和采样相周期T2组成。保持相时恒流源管Mai-Ιη和动态源尾管Mbl-.η 全部处于饱和状态，则单个恒流源尾管Mai和动态源尾管Mbl在保持相周期时的工作电流之 和为施*1〇,此时采样相运算放大器不参与电荷传递，此时M al管产生的饱和电流为Mal*I〇，Mbl 管工作在弱反型区，其电流约为一个单管电流Ιο,Ιο远小于Mbl管处于饱和状态时的电流Mbl* 1〇,此时恒流源尾管Mai和动态源尾管Mbl在采样相周期时的工作电流之和M al*IQ+IQ。单个恒 流源尾管Mai和动态源尾管Mbl的平均功耗之和为，M!是这电流源管Ml的宽度，是恒流源尾管Mai和动态源尾管Mbl宽度之和;VDD为电源电 压； 假设η个电流源管Ml…此的并联个数一致，则总功耗：整体电路的平均功耗大大减小。 (7)仿真验证整体电路的平均功耗，根据仿真结果反复调整恒流源管Mal-_Man和动态 源尾管Mbl…趾!]!的比例个数，以满足功耗要求。
【专利摘要】本发明涉及一种降低流水线模数转换器中运算放大器功耗的系统及方法包括：电流源管M1…Mn；两组开关单元Kb1….Kbn和K1….Kn；两个时钟信号CK1和CK2，其中CK1为保持相时钟，CK2为采样相时钟；产生偏置电压Vb1….Vbn和偏置电压V1….Vn的偏置电压供给模块VBIAS；运算放大器的主体电路OPAbody；电流源管M1…Mn，包括并联的恒流源尾管Ma1…Man和动态源管Mb1…Mbn，电流源管M1…Mn的源端直接接电源或接地；本发明可广泛地应用于任何工作在一定频率下的流水线模数转换器运算放大电路中，具有设计简单、降功耗效果明显、通用性强等优点。提供了设计简单、降功耗明显、通用性强的降低流水线中运算放大器功耗的系统及方法。
【IPC分类】H03M1/00
【公开号】CN105634488
【申请号】CN201511021009
【发明人】李雪, 赵元富, 文治平, 王宗民, 周亮, 王瑛, 李媛红
【申请人】北京时代民芯科技有限公司, 北京微电子技术研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月30日