用于软件无线电12 b高精度 A/D转换器设计

　本文设计的用于软件无线电台12 b A/D转换器中的高精度，高速运算放大器，采用了增益提高电路，在不影响频率响应的同时，得到普通运放所达不到的高增益。

　　1 高精度，高速度模数转换器对运算放大器指标的要求

　　为了达到12 b的A/D,第一级转换器出来的信号误差必须要小于后级所能辨认的最小精度,比如本文需要设计第一级的运算放大器，他后面一级的最小分辨力是10 b，那么，所设计的这个放大器的误差系数。

　　本文设计的运算放大器，用在12 b模数转换器中，模数转换器采用流水线结构，每一级的比特数为2.5 b，电路的方框图如图1所示。

　　图1中放大器接成负反馈形式，CS是输入采样电容，Cf是环路反馈电容，在2.5 b每级的应用中，CS=3Cf，闭环增益是4倍，这种2.5 b每级的结构，比传统的1.5 b每级的结构，放大器的数目减少了一半，可是由于闭环放大倍数变大了1倍，所以，反馈因子减小到一半，可以算出，运放的反馈因子大约为：

　　上式中的β为反馈系数，Copamp是运算放大器的反馈电容。

　　运算放大器可能会导致静态误差和动态误差，静态误差是由于运放的直流增益不可能为无穷大而导致的，而动态增益是由于运放的响应速度不可能为无穷快而导致的，经过分析，可以得到静态误差的方程，表示为直流增益ADC和反馈系数的函数，如下：

　　为了分析所设计的运算放大器的速度要求，需要把所能容忍的误差系数和电路的建立时间(Settling Time)联系起来，为了便于分析，我们先分析环路中只有一个主极点的情况，利用一阶响应三要素法，因为需要设计的模数转换器的工作频率是100 MHz，所以放大器的建立时间tsettle要小于4.5 ns，立即可以得到放大器的单位增益带宽为：

　　利用式(2)，式(3)，可以得到满足12 b A/D转换器要求的指标，如表1所示。

　　2 电压增益模型

　　基本的增益提升技术应用于Telescopic放大器的电路如图2所示，图中的MN1，MN2，MP1和MP2组成了基本的Telescopic放大器，但是若不采取其他措施，在0.13 μm工艺的条件下，电压增益通常只能到60 dB，而从前面的分析来看，这样的增益是不够的。

　　图中的OPp和OPn是两个增益提高电路，有了这两个辅助的放大器之后，输出电阻可以表示成为：