一言以蔽之，ringamp是动态调整极点位置的动态放大器。

ring是什么

稍微细说。ringamp是一个三级ring oscillator结构。如图1，RST将三个inverters的转态点（trip-point）置为V_cmx，通过MDAC中的feedback形成ring oscillator，输入信号V_IN持续在trip-point附近振荡。不考虑oscillator属性，这种结构有很多优点，非常适合作为scalability amplifier的解决方案：

1. cascade得到高开环增益；
2. 产生rail-to-rail swing，slewing效率高；
3. layout紧凑；
4. class-ab工作特征，dynamic的power consumption
5. 易于兼容数字cmos……

oscillator < — > amplifier

如图2，三级inverter有3个poles，p1、p2是internal pole，由device形成；而p3是output pole，由loading形成。传统（老）工艺下，p1、p2及p3的数量级相当（挨得近），phase margin（PM）为负，因此系统不稳定。传统上，没有太多的稳定性办法，其中常用方法是Miller补偿，让p1或p2成为主极点，产生正PM，但这样会增加loading，让系统变慢，是一种static的稳定手段；而在nanoscale工艺下，device的寄生减小，而loading几乎不变，因此internal pole (p1、p2 )远大于p3，考虑从p3入手对系统进行稳定十分有意义。这就是ring oscillator到ring amplifier转变的本质，即dynamic改变p3的位置，将它推向低频，产生正PM。dynamic解释，刚开始charging阶段，3个pole挨得很近，负PM，系统不稳定，但bandwidth很宽，允许非常快的settling。随着feedback深入，p3被推向更低频，产生正PM，系统稳定，允许高精度的settling。注意，由于这是大信号过程，仅看ac的PM判断稳定性不够，还要看系统在dc和transient下的表现。

ringamp工作原理

图3是一个实用例子（MDAC for ADC），也是最初ringamp被提出来的基本应用结构。ringamp工作过程及各节点的transient波形如图4所示。ringamp工作分为三个阶段：

• initial slewing phase。V_IN很大，通过inverter得到rail-to-rail的swings，输出管pmos/nmos两者选一，以最大的overdrive voltage被打开（不是都打开）；
• stabilization phase。dynamic feedback将ring oscillator强拉进入stable状态。即，input signal通过第1级inverter被放大，信号被电容C₂/C₃上的offset（dead-zone voltage）平移，也就是信号共模被shift（trip point一直没变），输出pmos/nmos的gate将看到不同的信号，平均overdrive voltage减小，经过feedback，signal的peaks降低、收敛并最终稳定。简言之，ringamp的feedback机制如下：
  1. 输出transistors上的avg. overdrive降低；导致，
  2. 输出电流降低；导致，
  3. oscillation的幅度降低；经feedback，导致，
  4. 输入是信号降低
  5. back to 1
• Steady State。上面1-4过程周而复始，signal幅度越来越小，最终稳定。

以上就是ringamp的基本工作原理，虽然在先进工艺下，ringamp的一些细节稍有差异，但基本原理类似，细节之处还请移步IEEE papers。

参考文献

[1] Ring amplifiers for switched-capacitor circuits

B. Hershberg, S. Weaver, K. Sobue, S. Takeuchi, K. Hamashita, and U. Moon. In Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers (ISSCC), 2012 IEEE International, Feb, 2012.