基于0.13μm CMOS工藝的快速穩(wěn)定的高增益Telescop

近年來(lái)，軟件無(wú)線電(Software Radio)的技術(shù)受到廣泛的關(guān)注。理想的軟件無(wú)線電臺(tái)要求對(duì)天線接收的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后直接采樣，但是由于通常射頻頻率(GHz頻段)過(guò)高，技術(shù)上所限難以實(shí)現(xiàn)，而多采用中頻采樣的方法。而對(duì)于百兆赫茲的射頻段，可以直接射頻帶通采樣，這就要求采樣系統(tǒng)有高的分辨率，而且其Nyquist頻率要求比較高。本文設(shè)計(jì)的用于軟件無(wú)線電臺(tái)12 b A/D轉(zhuǎn)換器中的高精度，高速運(yùn)算放大器，采用了增益提高電路，在不影響頻率響應(yīng)的同時(shí)，得到普通運(yùn)放所達(dá)不到的高增益。

1 高精度，高速度模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)運(yùn)算放大器指標(biāo)的要求

為了達(dá)到12 b的A/D,第一級(jí)轉(zhuǎn)換器出來(lái)的信號(hào)誤差必須要小于后級(jí)所能辨認(rèn)的最小精度,比如本文需要設(shè)計(jì)第一級(jí)的運(yùn)算放大器，他后面一級(jí)的最小分辨力是10 b，那么，所設(shè)計(jì)的這個(gè)放大器的誤差系數(shù)

本文設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器，用在12 b模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用流水線結(jié)構(gòu)，每一級(jí)的比特?cái)?shù)為2.5 b，電路的方框圖如圖1所示。

圖1中放大器接成負(fù)反饋形式，CS是輸入采樣電容，Cf是環(huán)路反饋電容，在2.5 b每級(jí)的應(yīng)用中，CS=3Cf，閉環(huán)增益是4倍，這種2.5 b每級(jí)的結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的1.5 b每級(jí)的結(jié)構(gòu)，放大器的數(shù)目減少了一半，可是由于閉環(huán)放大倍數(shù)變大了1倍，所以，反饋因子減小到一半，可以算出，運(yùn)放的反饋因子大約為：

上式中的β為反饋系數(shù)，Copamp是運(yùn)算放大器的反饋電容。

運(yùn)算放大器可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差，靜態(tài)誤差是由于運(yùn)放的直流增益不可能為無(wú)窮大而導(dǎo)致的，而動(dòng)態(tài)增益是由于運(yùn)放的響應(yīng)速度不可能為無(wú)窮快而導(dǎo)致的，經(jīng)過(guò)分析，可以得到靜態(tài)誤差的方程，表示為直流增益ADC和反饋系數(shù)的函數(shù)，如下：

為了分析所設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器的速度要求，需要把所能容忍的誤差系數(shù)和電路的建立時(shí)間(Settling Time)聯(lián)系起來(lái)，為了便于分析，我們先分析環(huán)路中只有一個(gè)主極點(diǎn)的情況，利用一階響應(yīng)三要素法，因?yàn)樾枰O(shè)計(jì)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作頻率是100 MHz，所以放大器的建立時(shí)間tsettle要小于4.5 ns，立即可以得到放大器的單位增益帶寬為：

利用式(2)，式(3)，可以得到滿足12 b A/D轉(zhuǎn)換器要求的指標(biāo)，如表1所示。