动态放大器、模拟积分器及调制器

本发明涉及电子，尤其涉及一种动态放大器、模拟积分器及调制器。

背景技术：

1、随着移动互联网和物联网的不断发展，现代的电子设备对低功耗的要求越来越高，对集成电路设计提出了更大的挑战。sigma-delta模数转换器(adc)采用过采样和噪声整形技术，大大减小了带内量化噪声，具有更高的信噪比和更好的鲁棒性，被广泛应用于传感器信号读出和音频等领域。

2、在物联网应用领域，由于各种传感器设备都需要电池供电，为了有更长的待机时间并且延长电池寿命，其对低功耗高精度模数转换器有着强烈的需求。但是，sigma-delta模数转换器通常需要基于运算放大器(ota)的高性能有源积分器，大多数功率被基于ota的开关电容积分器消耗，并且与先进工艺兼容性差。在纳米cmos时代，由于电压的降低、晶体管本征增益的下降和匹配特性的恶化，高性能运算放大器的设计挑战越来越大。开关电容积分器是sigma-delta模数转换器最重要的组成单元，其ota的性能直接影响整体电路性能，也是整个sigma-delta模数转换器最主要的功耗来源。

3、为了实现较低的功耗以及保证系统的高精度，近年来出现了多种针对开关电容积分器的低功耗技术，并应用于sigma-delta调制器中。常见的低功耗技术有基于比较器的开关电容电路、基于反相器的积分器、无源积分器以及基于动态放大器的开关电容积分器等。比较器的结构简单加之开环的实现方式，降低了整个积分器的功耗。但基于比较器的积分器受限于比较器的噪声和失配、电流源的非理想性等因素，很难实现高精度；采用反相器作为ota，可以设计低电源电压和高功率效率的sigma-delta调制器。然而，这种设计对电源电压、工艺、温度(pvt)较为敏感，需要额外的偏置电路和共模反馈电路，增加了电路设计的复杂度和功耗。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的动态放大器、模拟积分器及sigma-delta调制器。

2、第一方面，提供一种动态放大器，包括：

3、放大电路和共模检测电路，所述共模检测电路包括动态比较器；

4、所述放大电路包括：第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管、第一电流源、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、三个第一开关和三个第二开关；其中，所述第一mos管和所述第二mos管的栅极分别为所述动态放大器的正相输入端和负相输入端；所述第一mos管和所述第二mos管的源极相连，并通过一个所述第一开关与所述第一电流源相连；所述第一电流源的另一端与参考地电压相连；所述第一mos管和所述第二mos管的漏极与所述第三mos管和所述第四mos管的源极相连；所述第三mos管和所述第四mos管的栅极均与放大时钟信号相连；所述第三mos管和所述第四mos管的漏极分别通过一个所述第一开关与所述动态放大器的负相输出端和正相输出端相连；所述动态放大器的负相输出端通过所述第三电容与参考地电压相连；所述动态放大器的正相输出端通过所述第四电容与参考地电压相连；所述动态放大器的负相输出端和正相输出端还分别通过一个所述第二开关与参考高电压相连；所述第一电容与所述第二电容串联，且所述第一电容的一端与所述动态放大器的负相输出端相连，所述第二电容的一端与所述动态放大器的正相输出端相连，所述第一电容和所述第二电容相连的一端通过一个所述第二开关与参考高电压相连；所述共模检测电路还包括：第一与门、第二与门、第一反相器和第二反相器；其中，所述动态比较器的负相输入端与第一参考电平相连，所述动态比较器的正相输入端与第二参考电平相连，所述第二参考电平为所述第一电容与所述第二电容相连端的电平；所述动态比较器的输出端与所述放大时钟信号通过所述第一与门相与后输出所述第一开关的时钟信号；所述放大时钟信号通过所述第一反相器产生的时钟信号与所述第一开关信号通过所述第二反相器产生的时钟信号，两者通过所述第二与门相与后输出所述第三开关的时钟信号。

5、可选的，所述预放大器包括第二电流源、第五mos管、第六mos管、第七mos管和第八mos管；所述动态锁存器包括第九mos管、第十mos管、第一开关管、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第三开关和第四开关；其中，所述第五mos管和所述第六mos管的栅极分别为所述动态比较器的正相输入端和负相输入端；所述第五mos管和所述第六mos管的源极相连，并通过所述第二电流源与参考地电压相连；所述第五mos管和所述第六mos管的漏极分别与所述第七mos管和所述第八mos管的漏极相连；所述第七mos管和所述第八mos管的源极相连，并通过所述第一开关管与电源电压相连；所述第七mos管和所述第八mos管的栅极相连，所述第七mos管的栅极与漏极相连；所述第九mos管和所述第十mos管的源极相连，并通过所述第四开关与所述参考高电压相连；所述第九mos管和所述第十mos管的漏极相连并与所述第三反相器的输入端相连，并通过所述第三开关与参考地电压相连；所述第三反相器的输出端连接所述第四反相器的输入端，所述第四反相器的输出端连接所述第五反相器的输入端，所述第五反相器的输出端作为所述动态比较器的输出端；所述第九mos管的栅极与所述第六mos管的漏极相连，作为所述预放大器的输出端；所述第四开关与所述第三开关的时序信号反相；所述第十mos管的栅极与所述第三反相器的输出端相连；所述第一开关管的栅极与所述第四反相器的输出端相连。

6、可选的，所述第一电容与所述第二电容大小相等；所述第三电容与所述第四电容大小相等。

7、第二方面，提供一种模拟积分器，包括第一方面任一所述的动态放大器，还包括：两个采样电容、两个积分电容、两个第五开关、两个第六开关，两个第七开关和两个第八开关；

8、其中，所述模拟积分器的正相输入端通过一个所述第六开关与一个所述采样电容的第一端相连接，所述采样电容的第二端通过一个所述第七开关与所述动态放大器的正相输入端相连接；所述采样电容的所述第一端还通过一个所述第八开关与第一共模输入电压连接，所述采样电容的所述第二端还通过所述第五开关与第二共模输入电压连接；所述模拟积分器的负相输入端通过一个所述第六开关与一个所述采样电容的第一端相连接，所述采样电容的第二端通过一个所述第七开关与所述动态放大器的负相输入端相连接；所述采样电容的所述第一端还通过一个所述第八开关与所述第一共模输入电压连接，所述采样电容的所述第二端还通过所述第五开关与所述第二共模输入电压连接；两个所述积分电容分别跨接在所述动态放大器的正相输入端和负相输出端之间，以及所述动态放大器的负相输入端和正相输出端之间。

9、可选的，所述第一共模输入电压和所述第二共模输入电压均为所述电源电压的二分之一。

10、可选的，所述模拟积分器还包括：外部时钟，用于产生所述第五开关、所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关的时钟信号，以及产生所述动态放大器的第二开关的复位时钟信号和所述放大时钟信号；其中，所述第六开关的时钟信号滞后于所述第五开关的时钟信号，所述第八开关的时钟信号滞后于所述第七开关的时钟信号；所述放大时钟信号连续工作于所述复位时钟信号之后，所述放大时钟信号和所述复位时钟信号的总工作区间与所述第七开关和所述第八开关的时钟信号的工作区间相同。

11、第三方面，提供一种sigma-delta调制器，包括：

12、信号输入端、信号输出端，以及沿所述信号输入端至所述信号输出端方向依次串接的第一模拟加法器、第一模拟积分器、第二模拟加法器、第二模拟积分器、第三模拟加法器和比较器；

13、其中，所述信号输入端和所述第一模拟加法器之间设置有第一输入放大器；所述信号输入端和所述第二模拟加法器之间设置有第二输入放大器；所述信号输入端和所述第三模拟加法器之间设置有第三输入放大器；所述信号输出端与数模转换器的输入端相连接；所述数模转换器的输出端和所述第一模拟加法器之间设置有第一反馈放大器；所述数模转换器的输出端和所述第二模拟加法器之间设置有第二反馈放大器；所述第一模拟积分器和所述第二模拟加法器之间设置有第一输出放大器；所述第二模拟积分器和所述第三模拟加法器之间设置有第二输出放大器；

14、其中，所述第一模拟积分器和所述第二模拟积分器为第二方面任一所述的模拟积分器。

15、可选的，所述第一输入放大器与所述第一反馈放大器的放大倍数互为相反数；所述第二输入放大器与所述第二反馈放大器的放大倍数互为相反数。

16、第四方面，提供一种sigma-delta调制器，包括：

17、信号输入端、信号输出端，以及沿所述信号输入端至所述信号输出端方向依次串接的第一模拟加法器、第一模拟积分器、第二模拟积分器、第二模拟加法器和比较器；

18、其中，所述信号输入端和所述第一模拟加法器之间设置有第一输入放大器；所述信号输入端和所述第二模拟加法器之间设置有第二输入放大器；所述信号输出端与数模转换器的输入端相连接；所述数模转换器的输出端和所述第一模拟加法器之间设置有第一反馈放大器；所述第一模拟积分器和所述第二模拟积分器之间设置第一输出放大器；所述第一模拟积分器和所述第二模拟加法器之间设置第一前馈放大器；所述第二模拟积分器和所述第二模拟加法器之间设置第二前馈放大器；

19、其中，所述第一模拟积分器和所述第二模拟积分器为第二方面任一所述的模拟积分器。

20、可选的，所述第一输入放大器与所述第一反馈放大器的放大倍数互为相反数。

21、本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

22、本发明实施例提供的动态放大器、模拟积分器及sigma-delta调制器，在动态放大器中引入了动态比较器，并通过动态比较器中预放大器和动态锁存器来稳定输出共模，与应用传统的放大器相比，不仅电路设计简便，且可以降低约10倍的功耗，进而很好的实现高精度和低功耗，提高整个芯片的性能。进一步，还设置基于该动态放大器的开关电容积分器去实现模拟积分器，并以此模拟积分器应用于sigma-delta调制器，可以显著的降低整个电路的功耗。