專(zhuān)利名稱(chēng)：采樣保持電路以及使用該電路的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用開(kāi)關(guān)電容器(switched capacitor)的采樣保持電路以及使用它的流水線模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
圖1顯示了傳統(tǒng)上使用的基本S/H(采樣和保持)電路10。由運(yùn)算放大器11、開(kāi)關(guān)SW11、SW12、SW13、SW14、SW15、SW16、SW17、SW18、SW19和SW20以及由電容CS10、CS11、Cf10和Cf11組成的開(kāi)關(guān)電容器構(gòu)成S/H電路10。
Vag經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW13連接到電容器CS10的一側(cè)，而Vip經(jīng)由SW11連接到電容器CS10的一側(cè)。而另一端連接到運(yùn)算放大器11的第一輸入端。
此外，Vin經(jīng)由SW12連接到電容器CS11的一側(cè)，而Vag經(jīng)由SW14連接到電容器CS11的一側(cè)。另一端連接到運(yùn)算放大器11的第二輸入端。
運(yùn)算放大器11的第一輸出端經(jīng)由SW16連接到第一輸入端，而串聯(lián)連接的SW17和電容器Cf10被并聯(lián)到第一輸入端和輸出端。
運(yùn)算放大器11的第二輸出端經(jīng)由SW20連接到第二輸入端，而串聯(lián)連接的SW19和電容器Cf11被并聯(lián)到第二輸入端和輸出端。
這里，由時(shí)鐘信號(hào)1(CK1)控制SW11、SW12、SW15、SW16、SW18和SW20的接通/斷開(kāi)，而由時(shí)鐘信號(hào)2(CK2)控制SW13、SW14、SW17和SW19的接通/斷開(kāi)。
通過(guò)使用圖2的操作定時(shí)波形來(lái)解釋S/H電路10的操作。由圖2所示的2相非重疊時(shí)鐘信號(hào)(CK1，CK2)控制開(kāi)關(guān)的接通/斷開(kāi)，并且由重置(采樣)模式和放大(保持)模式兩個(gè)階段操作這些開(kāi)關(guān)。
如圖2A和圖2B所示，在重置模式中，當(dāng)將CK1設(shè)置在“H”電平，將CK2設(shè)置在“L”電平時(shí)，SW11、SW12、SW15、SW16、SW18和SW20變?yōu)榻油?短路)，而SW13、SW14、SW17和SW19變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)(開(kāi)路)。
結(jié)果，運(yùn)算放大器11的第一輸入端和輸出端以及第二輸入端和輸出端被短路，并且將運(yùn)算放大器11偏置到具有最高增益的操作點(diǎn)(Vag)。
此外，將輸入電壓(Vip，Vin)充電到采樣電容器CS用于Vag。充入采樣電容器CS(CS10，CS11)和反饋電容器Cf(Cf10，Cf11)的電荷量(僅關(guān)注一側(cè)的變化)變?yōu)橄旅娣匠蘍cs＝CS(Vip-Vag)(1)Qcf＝0 (2)另一方面，在放大模式中，在圖2A和圖2B中，CK1變?yōu)椤癓”電平，而CK2變?yōu)椤癏”電平。結(jié)果，SW11、SW12、SW15、SW16、SW18和SW20斷開(kāi)，而SW13、SW14、SW17和SW19接通(短路)。結(jié)果，運(yùn)算放大器11變?yōu)殡娙菪苑答佇头糯笃鳌?br> 在運(yùn)算放大器11的輸入側(cè)，SW13和SW14接通，輸入端的開(kāi)關(guān)被切換到Vag(端子)，而充入采樣電容器CS(CS10，CS11)以及反饋電容器Cf(Cf10，Cf11)的電荷量變?yōu)槿缦路匠蘍cs＝0 (3)Qcf＝Cf(Von-Vag) (4)在重置模式和放大模式中的總體電荷量是恒定的，因此，輸出電壓Von變?yōu)閂on＝(CS/Cf)*(Vip-Vag)+Vag (5)并且使用Vag作為參考和輸出將輸入電壓的差值與電容率相乘。
在許多情況下，如圖3所示的源極耦合對(duì)晶體管輸入高增益運(yùn)算放大器(source-coupled pair transistors input high gain operational amplifier)用于這樣的開(kāi)關(guān)電容器型運(yùn)算放大器。由于其為理想的差分類(lèi)型，因此，一般實(shí)踐是檢測(cè)輸出信號(hào)的中間點(diǎn)電壓，并且施加公共模式反饋(CMFB)來(lái)獲得理想的輸出操作點(diǎn)Vag。
另一方面，隨著電壓的最新降低，很難如圖3所示垂直地堆疊多個(gè)晶體管。
如圖3所示，PMOS晶體管Q51的源極連接到電壓源VDD，而其漏極連接到PMOS晶體管Q52的源極。此外，PMOS晶體管Q51的柵極連接到偏壓(Bias3)。PMOS晶體管Q52的漏極連接到NMOS晶體管Q53的漏極，而其柵極連接到偏壓(Bias2)。NMOS晶體管Q53的源極連接到NMOS晶體管Q54的漏極，并且其柵極連接到偏壓(Biasl)。NMOS晶體管Q54的柵極連接到Vin，其源極公共地連接到NMOS晶體管Q58的源極并連接到組成電流源的NMOS晶體管Q59的漏極，并且NMOS晶體管Q59的源極接地。
PMOS晶體管Q55的源極連接到電壓源VDD，并且其漏極連接到PMOS晶體管Q56的源極。此外，PMOS晶體管Q55的柵極連接到偏壓(Bias3)。PMOS晶體管Q56的漏極連接到NMOS晶體管Q57的漏極，而其柵極連接到偏壓(Bias2)。NMOS晶體管Q57的源極連接到NMOS晶體管Q58的漏極，而其柵極連接到偏壓(Biasl)。NMOS晶體管Q58的柵極連接到Vip，而其源極公共地連接到NMOS晶體管Q54的源極。
NMOS晶體管Q53和NMOS晶體管Q57的漏極連接到CMFB(公共模式反饋)電路51，并且連接到輸出Vop和Von。
此外，CMFB電路51的輸出端連接到NMOS晶體管Q59的電流源的柵極，并且控制電流量。
如上所述，運(yùn)算放大器50具有含有垂直堆疊的MOS晶體管的源極耦合對(duì)晶體管的輸入配置。其具有可以將其輸出電阻做得很大的優(yōu)點(diǎn)，但是卻犧牲了運(yùn)算放大器50的輸出的動(dòng)態(tài)范圍。為此，存在采用折疊配置的情況，但是這具有總體電流效率低的缺陷。
與之相反，在圖4中顯示了通過(guò)采用具有源極接地型輸入級(jí)的運(yùn)算放大器的適合降低電壓的采樣保持電路100的電路配置的實(shí)例。
電流源I100的一側(cè)連接到電壓源VDD，而另一側(cè)連接到NMOS晶體管Q100的漏極。NMOS晶體管Q100的源極接地，在柵極和漏極之間連接SW106，并且將串聯(lián)的SW107和電容器Cf100與之并聯(lián)。這些電容器Cf100和SW107的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW105連接到Vag。
此外，電流源I101的一側(cè)連接到電壓源VDD，而NMOS晶體管Q101的漏極連接到另一側(cè)。NMOS晶體管Q101的源極接地，SW108連接在柵極和漏極之間，并且將串聯(lián)連接的SW109和電容器Cf101與之并聯(lián)。這些電容器Cf101和SW109的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW110連接到Vag。
NMOS晶體管Q100的柵極連接到電容器CS100，還經(jīng)由SW101連接到Vip，并且經(jīng)由SW103連接到Vag。
NMOS晶體管Q101的柵極連接到電容器CS101，還經(jīng)由SW102連接到Vin，并且經(jīng)由SW104連接到Vag。
如上所述，使用兩個(gè)源極接地放大器(Q100，Q101)，它們以偽差分形式運(yùn)行。在電流源上不偏置輸入級(jí)對(duì)晶體管，因此可以確保一個(gè)晶體管輸出的較大動(dòng)態(tài)范圍。此外，通過(guò)由電流源(I100，I101)從負(fù)載側(cè)偏置來(lái)確定輸出操作點(diǎn)，因此不需要常規(guī)運(yùn)算放大器中的CMFB電路。
然而，在使用接地源極的以上運(yùn)算放大器中，通過(guò)頻率確定gm(晶體管導(dǎo)電性)，因此不能期望進(jìn)一步降低功率消耗。此外，具有接地源極的運(yùn)算放大器的電特性隨輸入的公共電壓的波動(dòng)而改變。另外，以與差分信號(hào)分量相同的方式放大公共電壓的波動(dòng)量。為此，存在輸出點(diǎn)上的操作從原始操作點(diǎn)波動(dòng)的缺陷，并且這縮小了輸出的動(dòng)態(tài)范圍。
專(zhuān)利文檔1日本專(zhuān)利公開(kāi)HEINo.5-14199專(zhuān)利文檔2日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2000-201054非專(zhuān)利文檔1Daisuke Miyazaki et al.，“A 10-b 30-MS/s LOW-POWERPipelined CMOS A/D Converter Using a Pseudo Differential Architecture”，IEEEJOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT，VOL.38，No.2，pp.370-373，F(xiàn)EBUARY 2003。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題考慮以上問(wèn)題做出本發(fā)明，其能夠降低接地源極運(yùn)算放大器的功率消耗，并且提供采用具有抵抗輸入公共波動(dòng)的源極接地輸入晶體管的運(yùn)算放大器的采樣保持電路以及使用該電路的AD轉(zhuǎn)換器。
用于解決問(wèn)題的裝置本發(fā)明具有第一開(kāi)關(guān)，被提供有第一參考信號(hào)并由第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第二開(kāi)關(guān)，被提供有第一輸入信號(hào)并由第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第三開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第四開(kāi)關(guān)，被提供有第二輸入信號(hào)并由所述第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第一電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第一和第二開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；第二電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第三和第四開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；第一放大器，其使所述第一和第二電容器的輸出連接到第一和第二輸入端，放大所述輸出，并且將其從第一和第二輸出端輸出；第五開(kāi)關(guān)和第三電容器，連接在所述第一輸入端和第一輸出端之間；第六開(kāi)關(guān)和第四電容器，連接在所述第二輸入端和第二輸出端之間；連接在所述第一放大器的第一和第二輸出端以及參考電源之間的第一和第二可變電流源；和操作設(shè)置電路，被提供有所述第二控制信號(hào)并在提供第二控制信號(hào)期間固定所述放大器的操作狀態(tài)。
替代地，本發(fā)明具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，其由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，并且在所述第一時(shí)鐘接通時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上變?yōu)榻油顟B(tài)，第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容器和用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)的電容器，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，通過(guò)2組源極接地輸入級(jí)和2組電流源配置所述運(yùn)算放大器，將通過(guò)所述第二時(shí)鐘變?yōu)榻油顟B(tài)的開(kāi)關(guān)插入在每一級(jí)中，并且與所述第二時(shí)鐘同步將輸入晶體管的偏置電流值和柵極寬度大小與(n+1)相乘[n＞0，整數(shù)]。
替代地，本發(fā)明具有第一開(kāi)關(guān)，被提供有第一參考信號(hào)并由第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第二開(kāi)關(guān)，被提供有第一輸入信號(hào)并由第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第三開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第四開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第一和第二開(kāi)關(guān)交替地向其提供第一輸出信號(hào)的第一電容器；響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第三和第四開(kāi)關(guān)交替地向其提供所述第二輸出信號(hào)的第二電容器；第一放大器，其使所述第一和第二電容器的輸出連接到第一和第二輸入端，放大所述輸出，并且將其從第一和第二輸出端輸出；第五開(kāi)關(guān)和第三電容器，連接在所述第一輸入端和第一輸出端之間；第六開(kāi)關(guān)和第四電容器，連接在所述第二輸入端和第二輸出端之間；校正電路，向其提供所述第一和第二輸入信號(hào)以及第三參考信號(hào)，并且響應(yīng)于所述第二控制信號(hào)向所述第三和第四電容器輸出用于校正所述第一放大器的操作的校正信號(hào)；和操作設(shè)置電路，被提供有所述第二控制信號(hào)并在提供第二控制信號(hào)期間固定所述放大器的操作狀態(tài)。
替代地，本發(fā)明具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，而第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，并且還提供根據(jù)所述參考電壓將所述輸入信號(hào)和校正電壓連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)的前饋電路。
替代地，本發(fā)明具有第一開(kāi)關(guān)，被提供有第一參考信號(hào)并由第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第二開(kāi)關(guān)，被提供有第一輸入信號(hào)并由第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第三開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第四開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第一電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第一和第二開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；第二電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第三和第四開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；放大器，其使所述第一和第二電容器的輸出連接到第一和第二輸入端，放大所述輸出，并且將其從第一和第二輸出端輸出；第五開(kāi)關(guān)和第三電容器，連接在所述第一輸入端和第一輸出端之間；第六開(kāi)關(guān)和第四電容器，連接在所述第二輸入端和第二輸出端之間；校正電路，向其提供所述第一和第二輸入信號(hào)以及第三參考信號(hào)，并且響應(yīng)于所述第二控制信號(hào)向所述第三和第四電容器輸出用于校正所述第一放大器的操作的校正信號(hào)；和操作設(shè)置電路，被提供有所述第二控制信號(hào)并在提供第二控制信號(hào)期間固定所述放大器的操作狀態(tài)。
替代地，本發(fā)明是采樣保持電路，包括第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，而第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，并且在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，并且還提供根據(jù)所述參考電壓將所述采樣保持電路的公共輸出和校正電壓連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)的前饋電路。
本發(fā)明是流水線AD轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，其連接多個(gè)AD轉(zhuǎn)換子塊，每個(gè)子塊由用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼的AD轉(zhuǎn)換器、用于將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換為模擬值的DA轉(zhuǎn)換器和用于將施加到所述AD轉(zhuǎn)換為的模擬信號(hào)和從所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)之間的差乘以2(a-1)[aAD轉(zhuǎn)換器的分辨率]并將其輸出的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，其由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，并且在所述第一時(shí)鐘接通時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上變?yōu)榻油顟B(tài)，第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器；和用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)的電容器，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，通過(guò)2組源極接地輸入級(jí)和2組電流源配置所述運(yùn)算放大器，將通過(guò)所述第二時(shí)鐘變?yōu)榻油顟B(tài)的開(kāi)關(guān)插入在每一級(jí)中，并且與所述第二時(shí)鐘同步將輸入晶體管的偏置電流值和柵極寬度大小與(n+1)相乘[n＞0，整數(shù)]。
本發(fā)明是流水線AD轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，其連接多個(gè)AD轉(zhuǎn)換子塊，每個(gè)子塊由用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼的AD轉(zhuǎn)換器、用于將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換為模擬值的DA轉(zhuǎn)換器和用于將施加到所述AD轉(zhuǎn)換為的模擬信號(hào)和從所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)之間的差乘以2(a-1)[aAD轉(zhuǎn)換器的分辨率]并將其輸出的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，而第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，將用于檢測(cè)所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差，同時(shí)將差值電壓放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍的電路的輸出連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)，并且該電路的極性與所述運(yùn)算放大器的極性相反。
本發(fā)明是流水線AD轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，其連接多個(gè)AD轉(zhuǎn)換子塊，每個(gè)子塊由用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼的AD轉(zhuǎn)換器、用于將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換為模擬值的DA轉(zhuǎn)換器和用于將施加到所述AD轉(zhuǎn)換為的模擬信號(hào)和從所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)之間的差乘以2(a-1)[aAD轉(zhuǎn)換器的分辨率]并將其輸出的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，而第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，并且在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，將用于檢測(cè)所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差，同時(shí)將差值電壓放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍的電路的輸出連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)，并且該電路的極性與所述運(yùn)算放大器的極性相反。
本發(fā)明效果本發(fā)明的采樣保持電路通過(guò)使用開(kāi)關(guān)根據(jù)操作模式切換放大器的電流源和放大使用晶體管的大小，并且使操作電流可變，使得可以降低操作平均電流。
此外，通過(guò)在流水線AD轉(zhuǎn)換器中使用該采樣保持電路，可以降低功率消耗。
本發(fā)明的采樣和保持電流增加輸出動(dòng)態(tài)范圍，此外可以通過(guò)在放大器中提供前饋電路來(lái)抑制輸入公共模式波動(dòng)。
此外，通過(guò)在流水線AD轉(zhuǎn)換器中使用該采樣保持電路，可以實(shí)施抵抗公共模式波動(dòng)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換操作。
本發(fā)明得采樣保持電路可以通過(guò)在放大器中提供反饋電路來(lái)抑制輸入公共模式波動(dòng)。
此外，通過(guò)將放大器配置為源極接地型，可以增加輸出動(dòng)態(tài)范圍。
此外，通過(guò)在流水線AD轉(zhuǎn)換器中使用該采樣保持電路，可以實(shí)施抵抗公共模式波動(dòng)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換操作。


圖1是顯示常規(guī)實(shí)例的采樣保持電路的電路圖。
圖2是用于解釋圖1所示的采樣保持電路的操作的操作定時(shí)圖。
圖3是顯示在圖1所示的采樣保持電路中使用的放大器的電路配置的電路圖。
圖4是顯示常規(guī)實(shí)例的另一采樣保持電路的配置的電路圖。
圖5是顯示本發(fā)明的采樣保持電路的配置的總體方框圖。
圖6是用于解釋圖5所述的采樣保持電路的操作定時(shí)圖。
圖7是顯示本發(fā)明的采樣保持電路的配置的總體方框圖。
圖8是顯示公共模式和/或圖7所示的采樣保持電路中形成的前饋電路配置的電路圖。
圖9是用于解釋圖8所示的采樣保持電路的操作的操作定時(shí)圖。
圖10是顯示本發(fā)明的采樣保持電路的配置的總體方框圖。
圖11是顯示公共模式和/或圖10所示的采樣保持電路中形成的前饋電路配置的電路圖。
圖12是顯示流水線AD轉(zhuǎn)換器的配置的總體方框圖。
圖13是顯示在圖12所示的流水線AD轉(zhuǎn)換器中使用的MDAC電路的配置的電路圖。
圖14是顯示在圖12所示的流水線AD轉(zhuǎn)換器中使用的另一MDAC電路的配置的電路圖。
圖15是顯示在圖12所示的流水線AD轉(zhuǎn)換器中使用的另一MDAC電路的配置的電路圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10、100、150、200、300、414、421…S/H(采樣和保持)電路，11…放大器，50、251、351…運(yùn)算放大器(放大器)，51、302、350…CMFB(公共模式反饋)電路，202、250…CMFF(公共模式前饋)電路，400…流水線AD轉(zhuǎn)換器，402A到402N、403A到403N…輸入電路，410、422A到422D…MDAC(乘法DAC)，411…AD轉(zhuǎn)換器(ADC)，412…DA轉(zhuǎn)換器(DAC)，413…減法器和423…糾錯(cuò)/時(shí)鐘產(chǎn)生電路。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1)在圖5中顯示根據(jù)本發(fā)明的采樣保持電路50。
電流源I151的一側(cè)連接到電壓源VDD，另一側(cè)連接到NMOS晶體管Q151的漏極，并且將串聯(lián)連接的電流源I153和開(kāi)關(guān)SW163并聯(lián)到電流源I151。電流源I153是用于流過(guò)電流源I151的n倍電流的電流源。NMOS晶體管Q151的源極接地，在柵極和漏極之間連接SW156。將串聯(lián)連接的SW157和電容器Cf151并聯(lián)到它。經(jīng)由SW155將這些電容器Cf151和SW157的公共連接點(diǎn)連接到Vag。
與配置偽差分電路的NMOS晶體管Q151并聯(lián)地提供源極接地型NMOS晶體管Q153，其柵極公共地連接到Q151的柵極，并且漏極經(jīng)由SW161連接到Q151的漏極。
此外，電流源I152的一側(cè)連接到電壓源VDD，而另一側(cè)連接到NMOS晶體管Q152的漏極。此外，與電流源I152并列，串聯(lián)連接電流源I154和SW164。電流源I154是用于通過(guò)電流源I152的n倍電流的電流源。
NMOS晶體管Q152的源極接地，SW158連接在柵極和漏極之間，并且將串聯(lián)連接的SW159和電容器Cf152與之并聯(lián)。將這些電容器Cf152和SW159的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW160連接到Vag。
此外，以與NMOS晶體管Q153相同的方式配置NMOS晶體管Q154。也就是，與NMOS晶體管Q152并聯(lián)地提供源極接地型NMOS晶體管Q154，其柵極公共連接到Q152的柵極，并且漏極經(jīng)由SW162連接到Q152的漏極。
這里，在將NMOS晶體管Q153和Q154的柵極寬度設(shè)置為NMOS晶體管Q151和Q152的柵極寬度的n倍，并且在NMOS晶體管Q151和Q152中流過(guò)的漏極電流是I0的情況下，漏極電流n*I0流過(guò)。
NMOS晶體管Q151和Q153的柵極連接到電容器CS151，進(jìn)一步經(jīng)由SW151連接到Vip，并經(jīng)由SW153連接到Vag。
NMOS晶體管Q152和Q154的柵極連接到電容器CS152，進(jìn)一步經(jīng)由SW152連接到Vin，并經(jīng)由SW154連接到Vag。
然后，NMOS晶體管Q151和Q152的漏極連接到輸出Von和Vop。
接下來(lái)，通過(guò)使用圖6所示的定時(shí)波形來(lái)解釋圖5所示的本發(fā)明的采樣保持電路150的基本操作。
在圖6A中，在重置模式時(shí)間，CK1變?yōu)椤癏”電平，而圖6B的CK2變?yōu)椤癓”電平。關(guān)于此時(shí)的開(kāi)關(guān)，SW151、SW152、SW155、SW156、SW158和SW160處于接通狀態(tài)，而SW153、SW154、SW157、SW159、SW161、SW162、SW163和SW164處于斷開(kāi)狀態(tài)。
SW163和SW164變?yōu)閿嚅_(kāi)，因此NMOS晶體管Q151和Q152的電流源是具有電流值I0的I151和I152。這些作為漏極電流經(jīng)由源極流向地。
此外，SW161和SW162變?yōu)閿嚅_(kāi)，因此，如上所述，僅有NMOS晶體管Q151和Q152操作。
短路NMOS晶體管Q151和152的輸入/輸出端的柵極和漏極，所以該晶體管作為MOS二極管操作。
SW157和SW159變?yōu)閿嚅_(kāi)，因此將Vag電壓提供到反饋電容器Cf151和Cf152并預(yù)充電這些電容器。
在運(yùn)算放大器的輸入側(cè)，SW151和SW152處于接通狀態(tài)，并且被短路，因此，將Vip提供到輸入電容器CS151，并且關(guān)于NMOS晶體管Q151(MOS二極管)的Vgs進(jìn)行充電。
另一方面，經(jīng)由SW152將Vin提供到輸入電容CS152，并且充入NMOS晶體管Q152(MOS二極管)。
以這種方式，本電路通過(guò)在采樣保持電路處于重置模式時(shí)切換開(kāi)關(guān)來(lái)降低電流量，同時(shí)將晶體管的大小(柵極寬度)乘以1/(n+1)來(lái)使電流密度總是相等。
這是因?yàn)楫?dāng)僅改變電流值，但是不隨之改變晶體管的大小時(shí)，柵極和源極之間的電壓Vgs的幅度改變，并且等效于輸入的公共電壓的變化。結(jié)果，由于在源極接地型放大器的輸入級(jí)中放大該改變量，因此出現(xiàn)輸出操作點(diǎn)漂移的問(wèn)題。
為了防止該問(wèn)題，在本發(fā)明的配置中，提供開(kāi)關(guān)，并且使晶體管的大小可變，使得當(dāng)切換電流源時(shí)電流密度恒定。
接下來(lái)，將解釋放大模式的定時(shí)。在圖6A中，CK1處于“L”電平，而在圖6B中，CK2處于“H”電平。
此時(shí)，SW151、SW152、SW155、SW156、SW158和SW160斷開(kāi)，并且SW153、SW154、SW157、SW159、SW161、SW162、SW163和SW164接通。
SW163變?yōu)榻油?，因此電流源變?yōu)镼151和I153的總體的(1+n)*I0。該電流流在源極接地NMOS晶體管Q151和Q153中。此外，SW164還變?yōu)榻油?，因此電流源的漏極電流(I152和I154的總體的(1+n)*I0)流在NMOS晶體管Q152和Q154中。
關(guān)于DC，NMOS晶體管Q151和Q153以及Q152和Q154的輸入/輸出端的柵極和漏極變?yōu)殚_(kāi)路(open)，由此晶體管從二極管變?yōu)榉糯笃鳌?br> 經(jīng)由SW153向輸入電容器CS151提供Vag。然后，反饋電容器Cf151存儲(chǔ)與通過(guò)將增益(CS151/Cf151)與輸入電壓Vin到Vag的電壓差相乘獲得的電壓以及在Cf151中預(yù)充入的電荷對(duì)應(yīng)的電荷。
以相同的方式，經(jīng)由SW154將Vag提供到輸入電容器CS152。反饋電容器Cf152存儲(chǔ)與通過(guò)將增益(CS152/Cf152)與輸入電壓Vin到Vag的電壓差相乘獲得的電壓以及在Cf152中預(yù)充入的電荷對(duì)應(yīng)的電荷。
如上所述，在放大模式時(shí)，與重置模式時(shí)相比，將電流源的操作電流乘以(1+n)，然后晶體管的大小隨之乘以(1+n)，因此可以實(shí)現(xiàn)高速操作，并且此時(shí)柵極和源極之間的Vgs可以保持恒定，所以可以防止與輸入側(cè)的公共模式對(duì)應(yīng)的相同相位電壓的波動(dòng)。
此外，通過(guò)在重置模式中產(chǎn)生操作電流I0，在放大模式中將I0乘以(1+n)，并且根據(jù)操作模式切換電流值來(lái)獲得高效操作，可以降低平均操作電流。
顯示了使用NMOS晶體管的上述實(shí)施例的采樣保持電路150的實(shí)例。除了該實(shí)例，還可以由PMOS晶體管配置該電路，并且可以由使用絕緣柵極的FET進(jìn)行配置。
(實(shí)施例2)接下來(lái)，在圖7中顯示作為本發(fā)明另一實(shí)施例的采樣保持電路200。這里用相同的注釋標(biāo)記指示與圖5的元件相同配置的元件。此外，該采樣保持電路200具有通過(guò)將公共模式前饋(CNFF)電路添加到通過(guò)刪除圖5的一部分形成的電路而獲得的配置。
下面，為了簡(jiǎn)化電路配置及其說(shuō)明，僅顯示一個(gè)MOS晶體管作為源極接地晶體管，但是可以通過(guò)使用開(kāi)關(guān)來(lái)并聯(lián)其它MOS晶體管，并且還可以在與之對(duì)應(yīng)的恒定電流源中并聯(lián)地提供開(kāi)關(guān)(SW)和電流源。
CMFF電路202的輸入端連接到Vip和Vin，并且還連接到Vag。CMFF電路202的輸出端經(jīng)由SW155和SW160連接到電容器Cf151和SW157的公共連接點(diǎn)以及電容器Cf152和SW159的公共連接點(diǎn)。其它電路配置與圖5的采樣保持電路150相同，所以這里省略其描述。
接下來(lái)通過(guò)使用圖6所示的定時(shí)波形來(lái)解釋圖7所示的采樣保持電路200的基本操作。
在圖6A中，在重置模式中，CK1變?yōu)椤癏”電平，而圖6B的CK2變?yōu)椤癓”電平。關(guān)于此時(shí)的開(kāi)關(guān)，SW151、SW152、SW155、SW156、SW158和SW160處于接通狀態(tài)，而SW153、SW154、SW157和SW159處于斷開(kāi)狀態(tài)。
結(jié)果NMOS晶體管Q151和Q152的輸入/輸出端的柵極和漏極被短路。
SW151和SW152接通并被短路，因此將Vip和Vin提供到輸入電容器CS151和CS152并被充電。另一方面，還將這些Vin和Vip提供到CMFF電路202。CMFF電路202具有檢測(cè)電壓Vag和輸入公共電壓(Vcmn＝(Vin+Vip)/2)之間的差值，并且將該差值電壓放大到采樣保持電路的增益(這里，CS151/Cf151)的倍數(shù)的功能。將在CMFF電路202中產(chǎn)生的校正信號(hào)的VCMMD經(jīng)由SW155和SW160施加到Cf151和SW157的公共連接點(diǎn)以及Cf152和SW159的公共連接點(diǎn)。
在重置模式的情況下，SW157和SW159變?yōu)榻刂梗虼?，在反饋電容器Cf151中，VCMMD被充入到NMOS晶體管Q151的Vgs。在反饋電容器Cf152中，VCMMD被充入到NMOS晶體管Q152的Vgs。
此外，經(jīng)由SW151將Vip提供到輸入電容器CS151，并且關(guān)于NMOS晶體管Q151的Vgs充電輸入電容器CS151。
另一方面，經(jīng)由SW152將Vin提供到輸入晶體管CS152，并且于MOS晶體管Q152的Vgs充電輸入電容器CS152。
以這種方式，當(dāng)采樣保持電路處于重置模式時(shí)，該電路經(jīng)由開(kāi)關(guān)(SW)155和開(kāi)關(guān)(SW)160將其校正電壓VCMMD預(yù)先預(yù)充入到反饋電容器Cf151和Cf152。
接下來(lái)，將解釋放大模式。在圖6A中，CK1處于“L”電平，而在圖6B中，CK2處于“H”電平。
此時(shí)，SW展現(xiàn)出與重置模式時(shí)間相反的操作狀態(tài)。結(jié)果，NMOS晶體管Q151和Q152的輸入/輸出端以及柵極和漏極關(guān)于DC變?yōu)閿嚅_(kāi)，并且操作變?yōu)榉糯鬆顟B(tài)。
通過(guò)切換輸入端的開(kāi)關(guān)，從Vip和Vin到Vag的變化量經(jīng)由輸入電容器CS151和CS152傳送到NMOS晶體管Q151和Q152。將變化量乘以CS151/Cf151(或CS152/Cf152)并且輸出Vop和Von。此時(shí)，如前所述，在Cf151和Cf152中，預(yù)先預(yù)充電VCMMD，因此將該校正電源添加到輸出電壓源。
例如，假設(shè)在輸入公共點(diǎn)中出現(xiàn)波動(dòng)ΔV，在放大模式中采樣保持電路的輸出操作點(diǎn)波動(dòng)-ΔV(Cs/Cf)。與此相反，通過(guò)在CMFF電路202產(chǎn)生ΔV(Cs/Cf)并在采樣保持電路的重置模式中將其預(yù)先預(yù)充電到反饋電容器，在放大模式中波動(dòng)量相互抵消，因此，運(yùn)算放大器的操作點(diǎn)將不改變。
作為以上實(shí)施例的采樣保持電路200，顯示了使用NMOS晶體管的實(shí)例，但是除了這些，可以由PMOS晶體管配置該電路，并且可以由其它絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行配置。
(實(shí)施例3)
圖8顯示本實(shí)施例的CMFF電路250。CMFF電路250對(duì)應(yīng)于之前解釋的采樣保持電路200中配置的CMFF電路202。在圖9中顯示用于解釋其操作的定時(shí)。提供到CMFF電路250(202)的時(shí)鐘信號(hào)(CK3、CK4)作為采樣保持電路200的控制時(shí)鐘信號(hào)(CK1、CK2)的反相時(shí)鐘操作。
在圖8中，被提供有Vin的輸入端連接到SW251的一端，而SW251的另一端連接到電容器CS250。此外，該SW251和電容器CS250的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW253連接到Vag。
被提供有Vip的輸入端連接到SW252的一端，而SW252的另一端連接到電容器CS251。此外，該SW252和電容器CS251的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW254連接到Vag。
電容器CS250和CS251的另一端公共地連接，并且連接到運(yùn)算放大器251的一個(gè)輸入端。該運(yùn)算放大器251的另一個(gè)輸入端連接到Vag。SW256連接在運(yùn)算放大器251的輸出端和一個(gè)輸入端之間，并且進(jìn)一步將串聯(lián)連接的電容器Cf250和SW255與SW256并聯(lián)。電容器Cf250和SW255的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW257連接到Vag。
當(dāng)CMFF電路處于重置模式時(shí)，圖7所示的采樣保持電路200處于放大模式，并且圖9的CK2處于“H”電平。在圖9A到圖9D中顯示其關(guān)系。在圖9C和圖9D中，當(dāng)CK3處于“H”電平時(shí)，CK4變?yōu)椤癓”電平，因此SW253、SW254、SW256和SW257變?yōu)榻油ǎ鳶W251、SW252和SW255變?yōu)閿嚅_(kāi)。
因此，SW253和SW254接通并連接到Vag，并且將Vag輸入到CMFF電路250的采樣電容器CS250和CS251，但是運(yùn)算放大器251的輸入/輸出端是Vag，因此不存儲(chǔ)電荷。
接下來(lái)，當(dāng)CMFF電路250處于放大模式時(shí)，CK3變?yōu)椤癓”電平，并且CK4變?yōu)椤癏”電平(圖9C，圖9D)。結(jié)果，SW253、SW254、SW256和SW257變?yōu)閿嚅_(kāi)，并且SW251、SW252和SW255變?yōu)榻油ā?br> SW251和SW252變?yōu)榻油?，將Vin和Vip提供到CS250和CS251，并且將通過(guò)相加這些而獲得的平均電壓(Vin+Vip)/2輸出到電容器CS250和CS251的公共連接點(diǎn)，并且提供到運(yùn)算放大器251的一個(gè)輸入。運(yùn)算放大器251的另一個(gè)輸入連接符Vag，因此該公共電壓(＝(Vin+Vip)/2)和Vag之間的差值與(CS250+CS251)/Cf250相乘，并且將其從運(yùn)算放大器251的輸出Vo作為VCMMD電壓輸出。在CMFF電路250中，預(yù)先采樣Vag，然后執(zhí)行到輸入電壓的切換，因此公共電壓的變化量具有與在采樣保持電路中發(fā)生的公共變化量相同的幅度，但是具有不同的極性。
注意，對(duì)于確定CMFF電路250的增益的采樣電容CS250和CS251，不需要使用相同值來(lái)作為在采樣保持電路中使用的電容。這些CS250、CD251和Cf250可以具有與采樣保持電路200中使用的那些幾乎相同的電容比值。與采樣保持電路的輸入電容器CS151和CS152相比，可以選擇具有較小值的CS250和CS251，并且與反饋電容器Cf151和Cf152相比，可以選擇具有較小值的Cf152。
此外，以相同的方式，運(yùn)算放大器251的增益不必是高增益。作為CMFF電路202的總體增益，與采樣保持電路200的增益一致就足夠了。
(實(shí)施例4)接下來(lái)，在圖10中顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例的采樣保持電路300。在圖10的電路中，向與圖5相同的組成部分賦予相同的注釋。
采樣保持電路300具有圖7所示的采樣保持電路200，而用連接在MOS晶體管Q151和Q152的輸出以及SW155和SW160之間的CMFB電路302來(lái)代替CMFF電路202，因此該CMFB電路302還接收Vag作為輸入。
接下來(lái)，將通過(guò)使用圖6的定時(shí)波形來(lái)解釋圖10所示的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有源極接地對(duì)晶體管的運(yùn)算放大器。
將解釋重置模式情況下的操作。在圖6A中，CK1變?yōu)椤癏”電平，而圖6B的CK2變?yōu)椤癓”電平。在此時(shí)的開(kāi)關(guān)操作與上述圖7的開(kāi)關(guān)操作相同。
結(jié)果，NMOS晶體管Q151和Q152的輸入/輸出端的柵極和漏極被短路，并且晶體管作為MOS二極管運(yùn)行。此外，在此時(shí)，將輸入電容器CS151和CS152以及MOS晶體管(二極管)Q151和Q152的連接點(diǎn)的電壓固定在Vgs，并且這些連接點(diǎn)的阻抗變?yōu)榈汀?br> SW151和SW152接通被短路，因此將Vip和Vin提供到輸入電容器CS151和CS152，并且關(guān)于MOS二極管Q151和Q152充電。另一方面，CMFB電路302將電壓Vag與在當(dāng)前周期(循環(huán))之前半個(gè)周期(循環(huán))的放大模式時(shí)從采樣保持電路輸出的輸出電壓的公共電壓(Vcmn＝(Von+Vop)/2)之間的差值經(jīng)由SW155和SW160輸出到Cf151和Cf152來(lái)作為VCMMD電壓。
此外，經(jīng)由SW151將Vip提供到輸入電容器CS151并在CS151中關(guān)于MOS二極管(Q151)的Vgs充電。以相同的方式，還在輸入電容器CS152中，關(guān)于MOS二極管(Q152)的Vgs充電Vin。
接下來(lái)，將解釋放大模式的時(shí)間。在圖6A中，CK1變?yōu)椤癓”電平，而圖6B的CK2變?yōu)椤癏”電平。在此時(shí)的開(kāi)關(guān)操作變?yōu)榕c重置模式時(shí)的操作相反。
結(jié)果，NMOS晶體管Q151和Q152的輸入/輸出端的柵極和漏極關(guān)于DC斷開(kāi)，并且變?yōu)榉糯蟛僮鳡顟B(tài)。
將Vag從SW153和SW154提供到輸入電容器CS151和CS152。將與在重置時(shí)充入的電壓(Vip，Vin)相關(guān)的變化量傳送到運(yùn)算放大器。另一方面，由于SW155和SW160斷開(kāi)，因此不將來(lái)自CMFB電路302的輸出電壓提供到SW157和Cf151的公共連接點(diǎn)以及SW159和Cf152的公共連接點(diǎn)。
然而，反饋電容器Cf151和Cf152已經(jīng)存儲(chǔ)了與在重置模式中從CMFB電路302輸出的差分電壓(Von+Vop)/2和Vag對(duì)應(yīng)的公共模式校正電壓VCMMD。該VCMMD電壓用于校正在放大模式中的輸出操作點(diǎn)。
結(jié)果，將VCMMD加到通過(guò)將Vip和Vag之間的差值乘以增益CS151/Cf151而獲得的值，并且將結(jié)果輸出。此外，也對(duì)應(yīng)NMOS晶體管Q152，作為Cf152的輸出側(cè)的電壓，將VCMMD加到通過(guò)將Vin和Vag之間的差值乘以增益CS152/Cf152而獲得的值，并且將結(jié)果輸出。
以這種方式，當(dāng)假設(shè)在放大模式(例如第n放大模式)中在輸出公共點(diǎn)中出現(xiàn)ΔV的波動(dòng)時(shí)，CMFB電路302產(chǎn)生-ΔV。在下一重置模式(例如第n+1重置模式)時(shí)，通過(guò)預(yù)充電反饋電容器，在下一放大模式(例如第n+1放大模式)時(shí)，波動(dòng)量相互抵消，而運(yùn)算放大器的操作點(diǎn)將不改變。
應(yīng)該注意的是，如上所述，在采樣保持電路300的放大模式時(shí)從電壓(Von，Von)檢測(cè)公共電壓的偏差，因此，在當(dāng)前周期(循環(huán))后一個(gè)周期(循環(huán))的放大模式中執(zhí)行變化量的校正。
下面，以相同的方式，交替重復(fù)重置操作和放大操作。
以這種方式，當(dāng)采樣保持電路處于重置模式狀態(tài)時(shí)，CMFB電路302經(jīng)由開(kāi)關(guān)(SW)155和開(kāi)關(guān)(SW)160預(yù)先在反饋電容的電容器Cf151和Cf152中充入作為公共模式校正用VCMMD電壓的差值電壓。
作為以上實(shí)施例的采樣保持電路300，顯示了使用NMOS晶體管的實(shí)例，但是除了它們，可以由PMOS晶體管配置該電路，并且還可以由其它絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行配置。
(實(shí)施例5)圖11顯示實(shí)施例的CMFB電路350(302)。由與采樣保持電路的控制時(shí)鐘信號(hào)(CK1，CK2)的反相時(shí)鐘(CK3，CK4)操作該CFMB電路350。
在圖11中，被提供有采樣保持電路(300)的負(fù)輸出電壓Von的輸入端(Vin)連接到SW351的一端，而SW351的另一端連接到電容器CS350。此外，這些SW351和電容器CS350的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW353連接到Vag。
被提供有采樣保持電路(300)的正輸出電壓Vop的輸入端(Vin)連接到SW352的一端，而SW352的另一端連接到電容器CS351。此外，這些SW352和電容器CS351的公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW354連接到Vag。
電容器CS350和CS351的另一端公共地連接，并且連接到運(yùn)算放大器351的一個(gè)輸入端，并且該公共連接點(diǎn)經(jīng)由SW355連接到Vag。運(yùn)算放大器351的輸出端連接到其它輸入端，并且該電路配置形成電壓跟隨電路。
將通過(guò)使用圖9和圖11解釋CFMB電路350的操作。當(dāng)采樣保持電路300處于放大模式時(shí)，CMFB電路350處于重置模式，CK3變?yōu)椤癏”電平，而CK4變?yōu)椤癓”電平(圖9C，圖9D)。結(jié)果，SW351、SW352和SW355變?yōu)榻油?，而SW353和SW354變?yōu)閿嚅_(kāi)。
SW351和SW352以及SW355變?yōu)榻油ǎ⑶覍⒉蓸颖３蛛娐返妮敵鲭妷篤on和Vop提供到CS350和CS351，并且關(guān)于Vag充電。
接下來(lái)，當(dāng)采樣保持電路300處于重置模式，并且當(dāng)CFMB電路350處于放大模式時(shí)，CK3變?yōu)椤癓”電平，而CK4變?yōu)椤癏”電平(圖9C，圖9D)。結(jié)果，SW351、SW352和SW355變?yōu)閿嚅_(kāi)，而SW353和SW354變?yōu)榻油ā?br> SW353和SW354變?yōu)榻油?，因此將Vag提供到輸入電容器CS350和CS351，并且將來(lái)自采樣保持電路的之前充電的輸出電壓的變化量傳送到電壓跟隨電路的輸入端。結(jié)果，由于輸入電容器CS350和CS351公共連接，因此從電壓跟隨電路輸出這些改變量的均值(Von+Vop)/2。
當(dāng)前CMFB電路350預(yù)先對(duì)采樣保持電路300的Von和Vop的輸出電壓進(jìn)行采樣，然后切換到Vag，因此，雖然其幅度與在采樣保持電路10的輸出中發(fā)生的公共變化量相同，但是它們的極性不同。
當(dāng)采樣保持電路300處于重置模式時(shí)，該CMFB電路350經(jīng)由SW155和SW160向反饋電容器Cf151和Cf152預(yù)充電當(dāng)前周期(循環(huán))之前半個(gè)周期(循環(huán))的固定模式時(shí)的輸出公共模式電壓與Vag之間的差值。
以這種方式，通過(guò)預(yù)先在采樣和保持的重置時(shí)充電反饋電容器，在下一放大模式時(shí)波動(dòng)量相互抵消，由此防止運(yùn)算放大器的操作點(diǎn)改變。
注意，為了檢測(cè)在采樣保持電路300的放大模式時(shí)自輸出電壓的公共電壓的偏差，在當(dāng)前周期(循環(huán))后的一個(gè)周期(循環(huán))的放大模式中校正變化量。
(實(shí)施例6)圖12顯示流水線AD轉(zhuǎn)換器400的實(shí)例。在初始級(jí)中，布置采樣和保持(S/H)電路421，之后根據(jù)分辨率(resolution)級(jí)聯(lián)n位/級(jí)位塊(stage bit block)(422A，422B，422C、422D…)。在糾錯(cuò)/時(shí)鐘產(chǎn)生電路423處將從位塊AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)彼此相加，并且在糾錯(cuò)后輸出。
n位/級(jí)位塊(422A，422B，422C、422D…)具有n位ADC 411和DAC412和用于將輸入模擬電壓和從DAC 412再現(xiàn)的輸出電壓之間的差放大2(n-1)倍的采樣保持電路414?？梢杂稍诹魉€ADC(轉(zhuǎn)換器)中頻繁使用的稱(chēng)為MDAC(乘法DAC)410的一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)DAC、減法器、放大器和保持電路。在該MDAC 410中，可以應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的三種S/H電路(150，200，300)。
接下來(lái)，將解釋該流水線AD轉(zhuǎn)換器400的基本操作。當(dāng)將模擬輸入信號(hào)(模擬in)輸入端采樣和保持(S/H)電路421時(shí)，在采樣周期，與采樣時(shí)鐘同步采樣模擬信號(hào)。在下一定時(shí)(時(shí)鐘)保持經(jīng)采樣的模擬信號(hào)。
將在S/H電路421中保持的信號(hào)輸入到位塊422A中，使用預(yù)定的精度(位)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。作為AD轉(zhuǎn)換器411的位精度，存在1.5位或2、3或4位等，并且在每個(gè)位塊中選擇性使用精度。
將閃速型配置用于AD轉(zhuǎn)換器411的配置。其執(zhí)行高速操作，使得可以實(shí)現(xiàn)流水線操作。為此，比較器的數(shù)量與位數(shù)的2次冪成比例。因此，盡量降低位數(shù)。比較器的數(shù)量在1.5位時(shí)變?yōu)?，在2位時(shí)變?yōu)?，在3位時(shí)變?yōu)?…。比較器的數(shù)量越大，芯片面積越大。因此考慮位塊級(jí)的數(shù)量和位精度來(lái)確定它。
將在AD轉(zhuǎn)換器411被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)提供到圖12所示的糾錯(cuò)/時(shí)鐘產(chǎn)生電路423，并且將其提供到配置MDAC 410的DA轉(zhuǎn)換器412。
在DA轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并且提供到減法器413，其中將其減去所保持的輸入模擬信號(hào)。即，輸出通過(guò)從輸入模擬信號(hào)減去高有效位(422A)獲得的信號(hào)作為從該減法器413輸出的信號(hào)。將該差值信號(hào)提供到S/H電路414，將增益與2的(n-1)次冪相乘，然后保持經(jīng)放大的信號(hào)。
接下來(lái)，將在位塊422A的S/H電路414處保持的模擬信號(hào)提供到下一級(jí)的位塊422B，執(zhí)行在422A中解釋的相同操作，并且進(jìn)一步執(zhí)行精細(xì)量化。下面，與從糾錯(cuò)/時(shí)鐘產(chǎn)生電路輸出的時(shí)鐘定時(shí)同步地重復(fù)該操作。
上述每個(gè)位塊具有采樣和保持功能，因此位塊關(guān)于根據(jù)時(shí)間連續(xù)的輸入信號(hào)順序地執(zhí)行轉(zhuǎn)換，并且高速轉(zhuǎn)換操作是可能的。即，例如當(dāng)位塊422A執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換操作時(shí)，在下一轉(zhuǎn)換操作中位塊422B執(zhí)行在由位塊422A進(jìn)行信號(hào)AD轉(zhuǎn)換之前一次采樣的模擬信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換。
以這種方式，同時(shí)地AD轉(zhuǎn)換以位塊的精確級(jí)數(shù)的時(shí)間順序采樣的模擬信號(hào)，并且可以與時(shí)鐘定時(shí)同步從糾錯(cuò)/時(shí)鐘產(chǎn)生電路423中提取經(jīng)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)作為后續(xù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
(實(shí)施例7)圖13顯示MDAC450的另一實(shí)施例。如圖12所示，在MDAC 450中，由一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換器412、減法器413和S/H電路414的功能。向圖13中具有與圖5的S/H電路150相同配置的MDAC 450的元件賦予相同的注釋。
此外，S/H電路具有與圖5相同的電路配置，因此省略其說(shuō)明，并且將主要提供連接到其輸入的DA轉(zhuǎn)換器(412)的說(shuō)明。
配置源極接地的NMOS晶體管Q151的柵極連接到輸入電路402A、402B、…402N。例如，將該柵極連接到該輸入電路402A的電容器CS402A，并且經(jīng)由SW402AA連接到輸入信號(hào)Vip，并且經(jīng)由SW402AB和SW402AC連接到參考電壓VT和VB。以相同的方式連接402B、…、402N。
NMOS晶體管Q152的柵極連接到輸入電路403A、403B、…、403N。例如，將該柵極連接到配置該輸入電路403A的電容器CS403A，并且經(jīng)由SW403AA連接到輸入信號(hào)Vin，并且經(jīng)由SW403AB和SW403AC連接到參考電壓VT和VB。此外，以相同的方式連接輸入電路403B、…、403N。
NMOS晶體管Q151和Q153以及Q152和Q154的漏極連接到輸出Von和Vop。
根據(jù)位塊的AD轉(zhuǎn)換的分辨率提供在輸入電路402A、402B、…、402N以及403A、403B、…、403N中提供的電容器CS402A到402N以及CS403A到403N，并且響應(yīng)于位塊的AD的溫度計(jì)碼輸出(thermometer code output)連接到參考電壓VT或VB。
接下來(lái)，將解釋MDAC 450的操作?，F(xiàn)在假設(shè)在AD轉(zhuǎn)換器411選擇輸入電路402A和403A。
在重置模式時(shí)，參照?qǐng)D6A和圖6B，CK1變?yōu)椤癏”電平，而CK2變?yōu)椤癓”電平。在此時(shí)的開(kāi)關(guān)操作與圖5的S/H電路150相同。此外，SW402AA和SW403AA接通，而SW402AB、SW402AC、SW403AB和SW403AC斷開(kāi)。注意，由ADC 411控制SW402AB、SW402AC、SW403AB和SW403AC。它們執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作，使得選擇VT或VB中的任意一個(gè)。
然后，僅有NMOS晶體管Q151和Q152操作，然后在I151和I152設(shè)置它們的操作電流，因此它們作為MOS二極管操作。
經(jīng)由SW155和SW160將Vag提供到Cf151和Cf152，并且關(guān)于NMOS晶體管Q151和Q152(MOS二極管)的Vgs充電Vag。
例如，假設(shè)選擇輸入電路402A，則開(kāi)關(guān)SW402AA接通，因此現(xiàn)在提供來(lái)自前一級(jí)中的位塊的MDAC(410)的輸出電壓作為輸入電壓，例如Vip。經(jīng)由該開(kāi)關(guān)將其提供到采樣電容器CS402A并關(guān)于NMOS晶體管Q151(MOS二極管)的Vgs充電。
然而，另外兩個(gè)SW(SW402AB和SW402AC)斷開(kāi)，因此，不提供響應(yīng)于AD轉(zhuǎn)換器的溫度計(jì)碼輸出的熱電壓(參考電壓源VB，VT)。此外，還針對(duì)向其提供Vin的輸入電路403A(到403N)執(zhí)行相同的操作。
接下來(lái)，在放大模式時(shí)，每個(gè)SW的操作變?yōu)樵谥刂脮r(shí)的反相操作狀態(tài)。結(jié)果，NMOS晶體管Q151、Q153以及Q152和Q154變?yōu)榉糯蟛僮鳡顟B(tài)。此外，由來(lái)自ADC 411的控制信號(hào)操作SW402AB、SW402AC、SW403AB、SW403AC的接通/斷開(kāi)，并且連接到VT或VB中的任意一個(gè)。結(jié)果，在經(jīng)由輸入晶體管在重置時(shí)采樣輸入信號(hào)，并且將來(lái)自VT或VB的變化量傳送到運(yùn)算放大器。這些變化量是在MDAC 410相乘(＝CS402/Cf151，這里，CS402＝CS402A+CS402B+…+CS402N)的增益。
以這種方式，在放大模式時(shí)，同時(shí)提供電流源的I151和I153以及I152和I54，將每個(gè)放大器的操作電流設(shè)置為(1+n)*I0，并且與重置周期的操作相比執(zhí)行高速操作。
另一方面，并聯(lián)Q151和Q153以及Q152和Q154，作為配置放大器的NMOS晶體管。將電流密度保持恒定，并且使Vgs恒定，同時(shí)，可以通過(guò)使用來(lái)自以上電流源的增加電流執(zhí)行高速操作。
下面，以相同的方式，在位塊間重復(fù)相同的操作，并且與時(shí)鐘定時(shí)同步地執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換的操作。
以這種方式，在重置模式時(shí)，將放大器的操作電流值抑制到1/(1+n)倍，并且降低采樣保持電路的平均電流源。此時(shí)，還以相同方式將放大器的輸入級(jí)的晶體管大小乘以1/(1+n)，并且晶體管的電流密度總是相等。因此，當(dāng)僅改變電流值時(shí)，輸入晶體管的柵極/源極電壓Vgs的幅度改變，并且等效于輸入公共電壓。源極接地輸入級(jí)的放大器執(zhí)行該變化量的放大操作，因此存在輸出操作點(diǎn)的移動(dòng)的問(wèn)題，但是根據(jù)本發(fā)明可以防止該問(wèn)題。
(實(shí)施例8)接下來(lái)，在圖14中顯示另一實(shí)施例MDAC500。該MDAC 500具有通過(guò)使用圖12所示的MDAC 400中的S/H電路200而獲得的配置。
在MDAC 500的電路配置中，DAC連接到圖7所示的S/H電路200，并且DAC進(jìn)一步連接到NMOS晶體管Q151和Q152的柵極。如圖13所示，每個(gè)DAC具有相同的電路配置，因此，這里省略電路配置的說(shuō)明，并且將僅解釋電路操作。
將解釋MDAC 500的操作。現(xiàn)在假設(shè)在AD轉(zhuǎn)換器411選擇輸入電路402A和403A。
參照?qǐng)D6A和圖6B，當(dāng)運(yùn)算放大器處于重置模式時(shí)，CK1變?yōu)椤癏”電平，而CK2變?yōu)椤癓”電平。此時(shí)開(kāi)關(guān)執(zhí)行與圖13所示的MDAC 450的操作相同的開(kāi)關(guān)操作。結(jié)果，NMOS晶體管Q151和Q152用作MOS二極管。此外，經(jīng)由SW155和SW160將VCMMD電壓從CMFF電路202提供到Cf151和CF152。將來(lái)自前一級(jí)中的位塊的MDAC(500)的輸出電壓作為輸入電壓(例如Vip和Vin)提供到采樣電容器，并且關(guān)于MOS晶體管Q151和Q152的Vgs充電。
接下來(lái)，在放大模式時(shí)，每個(gè)SW變?yōu)橹刂媚Ｊ綍r(shí)的反相操作狀態(tài)，結(jié)果，NMOS晶體管Q151和Q152變?yōu)榉糯蟛僮鳡顟B(tài)。此外，響應(yīng)于來(lái)自ADC411的控制信號(hào)操作輸入電路的開(kāi)關(guān)并將其連接到VT或VB中的任意一個(gè)。經(jīng)由輸入電容器在重置時(shí)采樣的信號(hào)和來(lái)自VT或VB的變化量經(jīng)由每個(gè)輸入電容器被傳送到運(yùn)算放大器。將這些變化量乘以MDAC 500的增益并將其提供到下一級(jí)的位塊。
下面，以相同的方式，在位塊之間重復(fù)相同的操作，并且與時(shí)鐘定時(shí)同步地執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換操作。
(實(shí)施例9)接下來(lái)，在圖15顯示另一實(shí)施例的MDAC 550。使用在圖12中顯示的MDAC 400中使用的圖10的S/H電路300來(lái)配置該MDAC 550。
在MDAC 550的電路配置中，各DAC進(jìn)一步連接到圖10所示的S/H電路300的NMOS晶體管Q151和Q152的柵極。每個(gè)DAC與圖13所示的DAC電路相同，因此，這里省略該電路配置的說(shuō)明，并且僅解釋電路操作。
將解釋MDAC 550的操作。現(xiàn)在假設(shè)在AD轉(zhuǎn)換器411選擇輸入電路402A和403A。
當(dāng)MDAC 550處于重置模式時(shí)，其操作與圖14的MDAC 500的操作相同，結(jié)果，NMOS晶體管Q151和Q152用作MOS二極管。此外，將VCMMD(電壓)從CMFB電路302提供到Cf151和Cf152。
在當(dāng)前周期(循環(huán))之前半個(gè)周期(循環(huán))的放大模式時(shí)從輸出電壓產(chǎn)生VCMMD電壓，檢測(cè)Vag和輸出公共電壓之間的差，將該差電壓作為VCMMD電壓提供到每個(gè)Cf151和Cf152，并且關(guān)于NMOS晶體管Q151和Q152的Vgs充電該VCMMD電壓。
提供來(lái)自前一位塊的MDAC(550)的輸出電壓來(lái)作為(例如)Vip和Vin，并且關(guān)于MOS晶體管Q151和Q152的Vgs充電該輸出電壓。
接下來(lái)，當(dāng)MDAC 550處于放大模式時(shí)，每個(gè)SW變?yōu)橹刂媚Ｊ綍r(shí)的反相操作狀態(tài)。此外，響應(yīng)于來(lái)自ADC 411的控制信號(hào)，其連接到VT或VB，并且經(jīng)由輸入電容器在重置時(shí)采樣該信號(hào)，將與VT或VB相關(guān)的變化量傳送到運(yùn)算放大器。將這些變化量乘以MDAC 550的增益，并且輸出并提供到下一位塊。
在該實(shí)例，如上所述，例如，通過(guò)在第n次重置時(shí)放大波動(dòng)量，并且在第n+1次重置時(shí)充電反饋電容器，在第n+1次放大時(shí)將抵消波動(dòng)量。
下面，以相同的方式，在位塊之間重復(fù)相同的操作，并且與時(shí)鐘定時(shí)同步執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換操作。
在MDAC中，響應(yīng)于位塊的AD轉(zhuǎn)換器的溫度計(jì)代碼輸出將參考電壓VT和VB提供到以上輸入電路，但是在該情況下，當(dāng)輸入公共電壓與VT和VB之間的中間電壓不一致時(shí)，其差值變?yōu)楣搽妷旱牟▌?dòng)，并且將該波動(dòng)量乘以MDAC的增益并將其輸出。為此，運(yùn)算放大器的輸出操作點(diǎn)波動(dòng)，并且輸出動(dòng)態(tài)范圍變窄。
通過(guò)預(yù)先通過(guò)CMFF電路和CMFB電路在反饋電容器中充入公共電壓的變化量，可以抵消在運(yùn)算放大器中發(fā)生的公共電壓的變化量，并且可以執(zhí)行穩(wěn)定操作，而不引起輸出操作點(diǎn)的變化。
工業(yè)適用性可以將本發(fā)明用于使用開(kāi)關(guān)電容器的采樣保持電路以及使用該電路的流水線AD轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種采樣保持電路，包括第一開(kāi)關(guān)，被提供有第一參考信號(hào)并由第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第二開(kāi)關(guān)，被提供有第一輸入信號(hào)并由第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第三開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第四開(kāi)關(guān)，被提供有第二輸入信號(hào)并由所述第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第一電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第一和第二開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；第二電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第三和第四開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；放大器，其使所述第一和第二電容器的輸出連接到第一和第二輸入端，放大所述輸出，并且將其從第一和第二輸出端輸出；第五開(kāi)關(guān)和第三電容器，連接在所述第一輸入端和第一輸出端之間；第六開(kāi)關(guān)和第四電容器，連接在所述第二輸入端和第二輸出端之間；連接在所述放大器的第一和第二輸出端與參考電源之間的第一和第二可變電流源；和操作設(shè)置電路，被提供有所述第二控制信號(hào)并在提供第二控制信號(hào)期間固定所述放大器的操作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的采樣保持電路，其中所述第五開(kāi)關(guān)和所述第三電容器串聯(lián)，而所述第六開(kāi)關(guān)和所述第四電容器串聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的采樣保持電路，其中所述第一和第二可變電流源具有用于通過(guò)使用第七和第八切換開(kāi)關(guān)來(lái)切換電流值的多個(gè)電流源。
4.如權(quán)利要求1所述的采樣保持電路，其中所述放大器具有第一晶體管，而第二晶體管經(jīng)由第九切換開(kāi)關(guān)與第一晶體管并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的采樣保持電路，其中由源極接地絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管配置所述第一和第二晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的采樣保持電路，其中當(dāng)切換所述第九切換開(kāi)關(guān)時(shí)，所述第一和第二晶體管使電流密度恒定。
7.一種采樣保持電路，包括第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，其由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，并且在所述第一時(shí)鐘接通時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上變?yōu)榻油顟B(tài)，第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器、用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容器、和用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)的電容器，所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，通過(guò)2組源極接地輸入級(jí)和2組電流源配置所述運(yùn)算放大器，將通過(guò)所述第二時(shí)鐘變?yōu)榻油顟B(tài)的開(kāi)關(guān)插入在每一組中，并且與所述第二時(shí)鐘同步地將輸入晶體管的偏置電流值和柵極寬度大小與(n+1)相乘[n＞0，整數(shù)]。
8.如權(quán)利要求7所述的采樣保持電路，其中在所述運(yùn)算放大器中，將源極接地輸入級(jí)的開(kāi)關(guān)插入到漏極節(jié)點(diǎn)。
9.一種采樣保持電路，包括第一開(kāi)關(guān)，被提供有第一參考信號(hào)并由第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第二開(kāi)關(guān)，被提供有第一輸入信號(hào)并由第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第三開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第四開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第一電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第一和第二開(kāi)關(guān)交裝置替地向其提供第一輸出信號(hào)；第二電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第三和第四開(kāi)關(guān)裝置交替地向其提供第二輸出信號(hào)；第一放大器，其使所述第一和第二電容器的輸出連接到第一和第二輸入端，放大所述輸出，并且將其從第一和第二輸出端輸出；第五開(kāi)關(guān)和第三電容器，連接在所述第一輸入端和第一輸出端之間；第六開(kāi)關(guān)和第四電容器，連接在所述第二輸入端和第二輸出端之間；校正電路，向其提供所述第一和第二輸入信號(hào)以及第三參考信號(hào)，并且其響應(yīng)于所述第二控制信號(hào)向所述第三和第四電容器輸出用于校正所述第一放大器的操作的校正信號(hào)；和操作設(shè)置電路，被提供有所述第二控制信號(hào)并在提供第二控制信號(hào)期間固定所述放大器的操作狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的采樣保持電路，其中所述第五開(kāi)關(guān)和所述第三電容器串聯(lián)，而所述第六開(kāi)關(guān)和所述第四電容器串聯(lián)。
11.如權(quán)利要求9所述的采樣保持電路，其中將用于校正所述第一放大器的操作的校正信號(hào)提供到串聯(lián)的第五開(kāi)關(guān)和第三電容器的公共連接點(diǎn)以及串聯(lián)的第六開(kāi)關(guān)和第四電容器的公共連接點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求9所述的采樣保持電路，其中所述校正電路響應(yīng)于第三控制信號(hào)經(jīng)由第七和第八開(kāi)關(guān)將所述校正信號(hào)提供到所述第三和第四電容器。
13.如權(quán)利要求9所述的采樣保持電路，其中用于固定所述第一放大器的操作狀態(tài)的操作設(shè)置電路充電第九開(kāi)關(guān)。
14.如權(quán)利要求13所述的采樣保持電路，其中所述第九開(kāi)關(guān)具有連接在所述第一放大器的所述第一輸入端和所述第一輸出端之間并且由所述第二控制信號(hào)控制的第十開(kāi)關(guān)，以及連接在所述放大器的所述第二輸入端和所述第二輸出端之間并且由所述第二控制信號(hào)控制的第十一開(kāi)關(guān)。
15.如權(quán)利要求9所述的采樣保持電路，其中所述放大器具有源極接地的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管。
16.如權(quán)利要求9所述的采樣保持電路，其中所述校正電路具有第五電容器，經(jīng)由第十二開(kāi)關(guān)向其提供所述第一輸入信號(hào)；第六電容器，經(jīng)由第十三開(kāi)關(guān)向其提供所述第二輸入信號(hào)；所述第十一和第十二電容器的輸出公共連接到的第二放大器，其連接到第一輸入端；第十四開(kāi)關(guān)，用于控制所述第二放大器的輸入/輸出的接通/斷開(kāi)；串聯(lián)在所述第二放大器的輸入和輸出之間的第七和第十五開(kāi)關(guān)；和第十六開(kāi)關(guān)裝置，其中響應(yīng)于第三控制信號(hào)將所述第一參考信號(hào)提供到所述第七電容器和第十五開(kāi)關(guān)的公共連接點(diǎn)。
17.一種采樣保持電路，包括第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器，和用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，以及還提供根據(jù)所述參考電壓將所述輸入信號(hào)和校正電壓連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)的前饋電路。
18.一種采樣保持電路，包括第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器，和用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)，將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，將所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差放大所述采樣電容和所述反饋電容的比值那么多倍并將其輸出，以及用于檢測(cè)所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差，同時(shí)將該差值電壓放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍的電路的輸出連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)，并且該電路的極性與所述運(yùn)算放大器的極性相反。
19.如權(quán)利要求18所述的采樣保持電路，其中所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差的檢測(cè)和放大具有以與所述采樣保持電路的所述控制時(shí)鐘反相的開(kāi)關(guān)電容器電路。
20.一種采樣保持電路，具有第一開(kāi)關(guān)，被提供有第一參考信號(hào)并由第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第二開(kāi)關(guān)，被提供有第一輸入信號(hào)并由第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第三開(kāi)關(guān)，被提供有第二參考信號(hào)并由所述第一控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第四開(kāi)關(guān)，被提供有第二輸入信號(hào)并由所述第二控制信號(hào)操作接通/斷開(kāi)；第一電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第一和第二開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；第二電容器，響應(yīng)于所述第一和第二控制信號(hào)從所述第三和第四開(kāi)關(guān)交替地向其提供信號(hào)；放大器，其使所述第一和第二電容器的輸出連接到第一和第二輸入端，放大所述輸出，并且將其從第一和第二輸出端輸出；第五開(kāi)關(guān)和第三電容器，連接在所述第一輸入端和第一輸出端之間；第六開(kāi)關(guān)和第四電容器，連接在所述第二輸入端和第二輸出端之間；校正電路，向其提供所述第一和第二輸入信號(hào)以及第三參考信號(hào)，并且其響應(yīng)于所述第二控制信號(hào)向所述第三和第四電容器輸出用于校正所述放大器的操作的校正信號(hào)；和操作設(shè)置裝置，被提供有所述第二控制信號(hào)，并且其在提供第二控制信號(hào)期間固定所述放大器的操作狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求20所述的采樣保持電路，其中所述第五開(kāi)關(guān)和所述第三電容器串聯(lián)，而所述第六開(kāi)關(guān)和所述第四電容器串聯(lián)。
22.如權(quán)利要求21所述的采樣保持電路，其中將用于校正所述放大器的操作的校正信號(hào)提供到串聯(lián)的第五開(kāi)關(guān)和第三電容器的公共連接點(diǎn)和串聯(lián)的第六開(kāi)關(guān)和第四電容器的公共連接點(diǎn)。
23.如權(quán)利要求21所述的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路還包括從所述校正電路向其提供校正信號(hào)的第七開(kāi)關(guān)，其響應(yīng)于第三控制信號(hào)將所述校正信號(hào)提供到所述第三電容器；和從所述校正電路向其提供校正信號(hào)的第八開(kāi)關(guān)，其響應(yīng)于所述第三控制信號(hào)將所述校正信號(hào)提供到所述第四電容器。
24.如權(quán)利要求20所述的采樣保持電路，其中用于固定所述放大器的操作狀態(tài)的操作設(shè)置電路充電第九開(kāi)關(guān)。
25.如權(quán)利要求24所述的采樣保持電路，其中所述第九開(kāi)關(guān)具有連接在所述放大器的所述第一輸入端和所述第一輸出端之間并由所述第二控制信號(hào)控制的第十開(kāi)關(guān)，以及連接在所述放大器的所述第二輸入端和所述第二輸出端之間并由所述第二控制信號(hào)控制的第十一開(kāi)關(guān)。
26.如權(quán)利要求20所述的采樣保持電路，其中所述放大器具有源極接地絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管。
27.一種采樣保持電路，由以下組件配置第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，以及第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)所述第九和第十開(kāi)關(guān)連接到用于確定操作點(diǎn)的參考電壓，并且在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，還包括反饋電路，其根據(jù)所述參考電壓將所述采樣保持電路的公共輸出和校正電壓連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)。
28.一種采樣保持電路，包括第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，以及第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)所述第九和第十開(kāi)關(guān)連接到用于確定操作點(diǎn)的參考電壓，并且在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，特征在于用于檢測(cè)所述采樣保持電路的輸出公共電壓與所述參考電壓之間的差并輸出它們作為校正信號(hào)的電路的輸出連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)，并且電路的極性與所述運(yùn)算放大器的極性相反。
29.如權(quán)利要求28所述的采樣保持電路，其中所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差的檢測(cè)和放大具有以與所述采樣保持電路的所述控制時(shí)鐘反相的操作的開(kāi)關(guān)電容器電路。
30.一種流水線AD轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，其連接多個(gè)AD轉(zhuǎn)換子塊，每個(gè)子塊具有用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼的AD轉(zhuǎn)換器、用于將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換為模擬值的DA轉(zhuǎn)換器和用于將施加到所述AD轉(zhuǎn)換為的模擬信號(hào)和從所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)之間的差乘以2(a-1)[aAD轉(zhuǎn)換器的分辨率]并將其輸出的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，其由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，并且在所述第一時(shí)鐘接通時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上變?yōu)榻油顟B(tài)，第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容器；和用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)的電容器，所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，通過(guò)2組源極接地輸入級(jí)和2組電流源配置所述運(yùn)算放大器，將通過(guò)所述第二時(shí)鐘變?yōu)榻油顟B(tài)的開(kāi)關(guān)插入在每一組中，并且與所述第二時(shí)鐘同步將輸入晶體管的偏置電流值和柵極寬度大小與(n+1)相乘[n＞0，整數(shù)]。
31.一種流水線AD轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，其連接多個(gè)AD轉(zhuǎn)換子塊，每個(gè)子塊具有用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼的AD轉(zhuǎn)換器、用于將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換為模擬值的DA轉(zhuǎn)換器和用于將施加到所述AD轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)和從所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)之間的差乘以2(a-1)[aAD轉(zhuǎn)換器的分辨率]并將其輸出的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路具有第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器、用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容、和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)將用于確定操作點(diǎn)的參考電壓提供到所述第九和第十開(kāi)關(guān)，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，將用于檢測(cè)所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差，同時(shí)將差值電壓放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍的電路的輸出連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)，并且該電路的極性與所述運(yùn)算放大器的極性相反。
32.一種流水線AD轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，其連接多個(gè)AD轉(zhuǎn)換子塊，每個(gè)子塊具有用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼的AD轉(zhuǎn)換器、周于將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換為模擬值的DA轉(zhuǎn)換器和用于將施加到所述AD轉(zhuǎn)換為的模擬信號(hào)和從所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)之間的差乘以2(a-1)[aAD轉(zhuǎn)換器的分辨率]并將其輸出的采樣保持電路，其中所述采樣保持電路由以下組件配置第一、第二、第三、第四、第五和第六開(kāi)關(guān)，由采樣頻率相等并互不重疊的第一和第二時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)所述第一時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，以及第七、第八第九和第十開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)；運(yùn)算放大器，具有作為輸入級(jí)的源極接地放大器；用于將負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的電容；和采樣電容器，用于經(jīng)由所述第三或第四開(kāi)關(guān)采樣輸入信號(hào)，其中所述第一和第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)到用于將負(fù)反饋施加到所述運(yùn)算放大器的所述電容器上，當(dāng)所述第一時(shí)鐘為接通時(shí)，短路所述運(yùn)算放大器的輸入和輸出，在所述采樣電容器中充入相加節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和輸入電壓之間的差，當(dāng)所述第二時(shí)鐘接通時(shí)所述第九和第十開(kāi)關(guān)連接到用于確定操作點(diǎn)的參考電壓，在所述采樣電容器中充入的電壓和所述參考電壓之間的差被放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍，并且將其輸出，將用于檢測(cè)所述輸入信號(hào)的公共電壓和所述參考電壓之間的差，同時(shí)將差值電壓放大所述采樣電容和反饋電容的比值那么多倍的電路的輸出連接到所述第五和第六開(kāi)關(guān)，并且該電路的極性與所述運(yùn)算放大器的極性相反。
全文摘要
使用源極接地輸入運(yùn)算放大器的開(kāi)關(guān)電容器采樣保持電路。該運(yùn)算電路配有前饋電路和反饋電路，其通過(guò)開(kāi)關(guān)與運(yùn)算放大器的反饋電容器連接。檢測(cè)輸入公共電壓和輸出的中點(diǎn)電壓來(lái)利用與參考電壓的差預(yù)先充電反饋電容器，由此在運(yùn)算放大器的放大時(shí)抑制在輸出操作點(diǎn)中的波動(dòng)。
文檔編號(hào)H03M1/44GK101040441SQ20058003486
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者尾野孝一, 瀬上雅博 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社