用于连续型ΣΔADC的有源电容倍增型RC积分器电路

本发明属于电子电路，具体涉及一种用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路。

背景技术：

1、低噪声、高线性度、连续时间rc积分器是连续型σδadc的核心模块，直接决定了adc的性能。在低速高精度连续型σδadc的设计中，rc积分器系数为ts/rc，其中ts为adc的采样频率。由于rc积分器的输入电阻r的大小决定了系统的噪声性能，为了达到极低的噪声，输入电阻r往往很小。为了保证rc积分器系数整体保持不变，此时就需要一个比较大的电容c。而这个大电容在片上会占用较大的面积，造成面积的浪费。

2、因此，如何基于比较小的片上面积实现低速低噪声rc积分器成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、本发明提供了一种用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，包括：输入电阻rin、积分运放otai以及有源电容倍增电路；有源电容倍增电路包括：充电电容c和电容倍增运放otac；

4、输入电阻rin用于将输入电压vin转化为电流iin；

5、积分运放otai用于为有源电容倍增型rc积分器电路的积分充电过程提供正确的工作点；

6、充电电容c用于在工作点作用下基于电流i0执行充电过程，并输出电压vn；电流i0为电流iin中的部分电流；

7、电容倍增运放otac设置为电压跟随器模式，用于基于电压跟随器模式形成的虚短效应和电压vn形成倍增电流；倍增电流表示为k*i0；

8、有源电容倍增型rc积分器电路在电流i0和倍增电流共同作用下，形成倍增电容。

9、可选地，输入电阻rin的一端与输入电压vin连接；输入电阻rin的另一端与积分运放otai的反向输入端、充电电容c的一端以及电容倍增运放otac的第二输出端连接；积分运放otai的正向输入端接地；积分运放otai的输出端、电容倍增运放otac的正向输入端以及有源电容倍增型rc积分器电路的输出端相互连接；电容倍增运放otac的第一输出端、电容倍增运放otac的反向输入端以及充电电容c的另一端相互连接。

10、可选地，电容倍增运放otac包括：class-ab输出型ota以及电流倍增电路；

11、电流倍增电路包括：pmos管m12和nmos管m13；

12、pmos管m12的栅极、nmos管m13的栅极、pmos管m12的源极以及nmos管m13的源极均与class-ab输出型ota相连；

13、pmos管m12的漏极和nmos管m13的漏极相互连接。

14、可选地，class-ab输出型ota包括：nmos管m1-m3、nmos管m9、nmos管m11、pmos管m4-m8、pmos管m10；

15、nmos管m1的栅极连接片外控制电压vbn；nmos管m1的漏极连接nmos管m2和nmos管m3的源极；nmos管m1的源极、nmos管m9的源极、nmos管m11的源极以及nmos管m13的源极均接地；nmos管m2的栅极连接电容倍增运放otac的正输入端；nmos管m2的漏极连接pmos管m4的栅极和漏极、pmos管m6的漏极、pmos管m8的栅极；nmos管m3的栅极连接电容倍增运放otac的负输入端；nmos管m3的漏极连接pmos管m5的栅极和漏极、pmos管m7的漏极、pmos管m10的栅极以及pmos管m12的栅极；pmos管m4的栅极、pmos管m4的漏极、pmos管m6的漏极、pmos管m8的栅极相互连接；pmos管m4-m8的源级均连接电源电压；pmos管m6的栅极连接片外控制电压vbp；pmos管m7的栅极连接片外控制电压vbp；pmos管m8的漏极分别连接nmos管m9的栅极和漏极、nmos管m11的栅极、nmos管m13的栅极；nmos管m9的栅极和漏极、pmos管m8的漏极、nmos管m11的栅极以及nmos管m13的栅极相互连接；pmos管m10的漏极和nmos管m11的漏极均与电容倍增运放otac的第一输出端to连接；pmos管m12的漏极和nmos管m13的漏极均与电容倍增运放otac的第二输出端tok相互连接。

16、可选地，pmos管m12的尺寸为pmos管m10尺寸的k倍；nmos管m13的尺寸为nmos管m11尺寸的k倍。

17、可选地，pmos管m12与nmos管m13基于相同的电压控制。

18、可选地，电容倍增运放(otac)的第二输出端电流表示为：

19、iok＝vpn*k*gm＝(i0/gm)*k*gm＝k*i0；

20、其中，iok表示电容倍增运放otac的第二输出端电流，vpn表示电容倍增运放otac的正向输入端和反向输入端之间的差分电压；gm表示输入电压vin到电容倍增运放otac的第一输出端输出电流的跨导增益；i0表示充电电容c的电流。

21、可选地，有源电容倍增型rc积分器电路的输出端电压表示为：

22、

23、vout表示有源电容倍增型rc积分器电路的输出端电压，ceq表示有源电容倍增型rc积分器电路的等效电容值，iin表示输入电阻rin的电流。

24、本发明提供的一种用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，包括：输入电阻rin、积分运放otai以及有源电容倍增电路；有源电容倍增电路包括：充电电容c和电容倍增运放otac；输入电阻rin用于将输入电压vin转化为电流iin；积分运放otai用于为有源电容倍增型rc积分器电路的积分充电过程提供正确的工作点；充电电容c用于在工作点作用下基于电流i0执行充电过程，并输出电压vn；电流i0为电流iin中的部分电流；电容倍增运放otac设置为电压跟随器模式，用于基于电压跟随器模式形成的虚短效应和电压vn形成倍增电流；倍增电流表示为k*i0；有源电容倍增型rc积分器电路在电流i0和倍增电流共同作用下，形成倍增电容。在本发明中，由于电容倍增运放otac设置为电压跟随器模式，即第一输出端与反向输入端连接在一起，此时电容倍增运放otac中的感应电流转化为正向输入端和反向输入端之间的差分电压，进而得到倍增电流k*i0，由于晶体管相比于电容尺寸的改变大大减小，因此在维持rc积分器系数的同时，降低了有源电容倍增型rc积分器电路的片上面积。

25、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，包括：输入电阻rin、积分运放otai以及有源电容倍增电路；所述有源电容倍增电路包括：充电电容c和电容倍增运放otac；

2.根据权利要求1所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，所述输入电阻rin的一端与输入电压vin连接；输入电阻rin的另一端与所述积分运放otai的反向输入端、充电电容c的一端以及电容倍增运放otac的第二输出端连接；所述积分运放otai的正向输入端接地；所述积分运放otai的输出端、电容倍增运放otac的正向输入端以及有源电容倍增型rc积分器电路的输出端相互连接；电容倍增运放otac的第一输出端、电容倍增运放otac的反向输入端以及充电电容c的另一端相互连接。

3.根据权利要求1所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，所述电容倍增运放otac包括：class-ab输出型ota以及电流倍增电路；

4.根据权利要求3所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，所述class-ab输出型ota包括：nmos管m1-m3、nmos管m9、nmos管m11、pmos管m4-m8、pmos管m10；

5.根据权利要求4所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，pmos管m12的尺寸为pmos管m10尺寸的k倍；nmos管m13的尺寸为nmos管m11尺寸的k倍。

6.根据权利要求4所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，pmos管m12与nmos管m13基于相同的电压控制。

7.根据权利要求5所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，电容倍增运放otac的第二输出端电流表示为：

8.根据权利要求7所述的用于连续型σδadc的有源电容倍增型rc积分器电路，其特征在于，有源电容倍增型rc积分器电路的输出端电压表示为：

技术总结本发明提供的用于连续型ΣΔADC的有源电容倍增型RC积分器电路，包括：输入电阻R<subgt;IN</subgt;、积分运放OTAI以及有源电容倍增电路；有源电容倍增电路包括：充电电容C和电容倍增运放OTAC；电容倍增运放OTAC设置为电压跟随器模式，用于基于电压跟随器模式形成的虚短效应和电压V<subgt;N</subgt;形成倍增电流；在本发明中，由于电容倍增运放OTAC设置为电压跟随器模式，即第一输出端与反向输入端连接在一起，此时电容倍增运放OTAC中的感应电流转化为正向输入端和反向输入端之间的差分电压，故而得到倍增电流k*I<subgt;0</subgt;，由于晶体管相比于电容尺寸的改变大大减小，因此在维持RC积分器系数的同时，降低了有源电容倍增型RC积分器电路的片上面积。技术研发人员：梁宇华,宋家俊,朱樟明受保护的技术使用者：西安电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10