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一種低電壓高速采樣保持電路的制作方法

文檔序號:8225726閱讀:495來源:國知局
一種低電壓高速采樣保持電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于低電源電壓下高速電壓信號的采樣保持電路。
【背景技術(shù)】
[0002]而隨著CMOS工藝的進(jìn)步,晶體管特征尺寸不斷降低。從芯片功耗及可靠性等方面考慮,電路的電源電壓不斷降低,如1.8V已降到低至0.9V,目前這種趨勢依然存在。此外考慮到用戶體驗(yàn)等系統(tǒng)應(yīng)用需求,如閃存式(Flash)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、折疊插值(Foldingand Interpolating)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等電路工作速度需要不斷提高。在低電源電壓下,為實(shí)現(xiàn)高速低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換電路并獲得低功耗等優(yōu)勢,采樣保持電路的作用非常關(guān)鍵。主要原因如下:(1)高速的閃存式結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和折疊插值結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路都包含大量的比較器,此時如果采樣率超過GHz,比較器對時鐘信號的偏移和抖動十分敏感,精確控制幾十路時鐘信號的偏移和抖動是非常困難的;(2)其次對于沒有采樣保持電路的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,模擬信號到達(dá)比較器之前需要經(jīng)過前置放大器和折疊插值電路。通常折疊電路具有倍頻效應(yīng),這對模擬電路的帶寬提出了較高的要求。為達(dá)到帶寬要求,通常電路的功耗也是非常大的。傳統(tǒng)的采樣保持電路缺點(diǎn)是:(I)緩沖電路通常電源電壓要求較高,導(dǎo)致功耗較大;(2)通常需要多路時鐘,對時鐘匹配度要求較高,制約電路工作速度并導(dǎo)致功耗較大。隨著電源電壓進(jìn)一步降低及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路工作速度不斷提高,傳統(tǒng)采樣保持電路對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路性能的制約更為突出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù),提出一種低電壓高速采樣保持電路,能夠在低電源電壓下實(shí)現(xiàn)對電壓信號采樣保持功能,同時降低電路功耗,提升電路工作速度。
[0004]技術(shù)方案:一種低電壓高速采樣保持電路,包括具有調(diào)整共模電平功能的差分信號輸入緩沖電路、兩個柵壓自舉開關(guān)、兩個采樣電容以及具有調(diào)整共模電平功能的差分信號輸出緩沖電路;其中,所述差分信號輸入緩沖電路的差分信號輸入端作為低電壓高速采樣保持電路的信號輸入端,所述差分信號輸出緩沖電路的差分信號輸出端作為低電壓高速采樣保持電路的輸出端;所述差分信號輸入緩沖電路的輸出端分別連接一個柵壓自舉開關(guān)的輸入端,所述兩個柵壓自舉開關(guān)的輸出端連接到所述差分信號輸出緩沖電路的差分輸入端,所述兩個采樣電容分別連接在一個柵壓自舉開關(guān)的輸出端和地之間。
[0005]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,所述兩個柵壓自舉開關(guān)的控制時鐘為單路時鐘。
[0006]有益效果:1.本發(fā)明的低電壓高速米樣保持電路中,差分信號輸入和輸出緩沖電路為具有調(diào)整共模電平的功能的緩沖電路,通過調(diào)節(jié)緩沖器連接的外部電壓VPBIAS,使緩沖電路可以有效改善低電源電壓下高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)單元電路之間的信號電平匹配問題。此外差分信號輸出緩沖電路能有效實(shí)現(xiàn)對輸入信號的隔離,并對后級電路提供直流電平,后續(xù)電路只需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成信號的建立即可滿足電路工作要求,有效降低電路設(shè)計(jì)難度,并提升電路的工作速度。
[0007]2.該采樣保持電路中采用兩個柵壓自舉開關(guān)作為采樣開關(guān),從而只需要外部單路時鐘控制,減小了對時鐘匹配度的要求,并極大降低時鐘驅(qū)動電路的功耗。該柵壓自舉開關(guān)中能嚴(yán)格滿足時鐘信號的時序及抖動特性要求。此外,該柵壓自舉開關(guān)電路能夠保證電路中場效應(yīng)管的柵極和源極之間的電壓差為電源電壓,從而提高所述開關(guān)的線性度。
[0008]3.相比于傳統(tǒng)的采樣保持電路,本發(fā)明的低電壓高速采樣保持電路只采用簡單有效的差分輸入、輸出緩沖電路和柵壓自舉開關(guān),即可實(shí)現(xiàn)高性能的采樣保持功能,使得電路面積能夠極大地縮小易于集成。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的電路框圖;
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)施例電路中的輸入和輸出緩沖電路圖;
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)施例電路中的柵壓自舉開關(guān)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0013]如圖1所示,一種低電壓高速采樣保持電路,包括具有調(diào)整共模電平功能的差分信號輸入緩沖電路、兩個柵壓自舉開關(guān)、兩個采樣電容以及具有調(diào)整共模電平功能的差分信號輸出緩沖電路。其中,差分信號輸入緩沖電路包括正向緩沖輸入模塊103和反向緩沖輸入模塊104 ;差分信號輸出緩沖電路包括正向緩沖輸出模塊109和反向緩沖輸出模塊110。正向緩沖輸入模塊103的信號輸入端101和反向緩沖輸入模塊104的信號輸入端102分別作為低電壓高速米樣保持電路的差分信號輸入端Vin、Vip。正向緩沖輸入模塊103和正向緩沖輸出模塊109之間連接一個柵壓自舉開關(guān)105,采樣電容107連接在柵壓自舉開關(guān)105的輸出端和地之間。反向緩沖輸入模塊104和反向緩沖輸出模塊110之間也連接一個柵壓自舉開關(guān)106,采樣電容108連接在柵壓自舉開關(guān)106的輸出端和地之間。正向緩沖輸出模塊109和反向緩沖輸出模塊110的信號輸出端分別作為低電壓高速采樣保持電路的差分信號輸出端Von、Vop。其中,兩個柵壓自舉開關(guān)受單路時鐘信號114控制。
[0014]本實(shí)施例中,正向緩沖輸入模塊103、反向緩沖輸入模塊104、正向緩沖輸出模塊109和反向緩沖輸出模塊110均具有調(diào)整共模電平功能,并采用同樣的電路結(jié)構(gòu),如圖2所示。每個緩沖模塊包括串聯(lián)連接的兩個耗盡型PMOS管,其中第一 PMOS管的源極接VDD電平,其漏極連接第二 PMOS管的源極,第二 PMOS管的漏極接地;第一 PMOS管的柵極作為緩沖模塊的信號輸入端,兩個PMOS管的連接點(diǎn)作為緩沖模塊的信號輸出端,第二 PMOS管的柵極連接外部電壓V
PBIAS°
[0015]如圖3所示,單個柵壓自舉開關(guān)包括開關(guān)21-25,電容26、27,反相器28、29以及場效應(yīng)管30。開關(guān)21、電容26、開關(guān)24、開關(guān)25依次串聯(lián)連接,開關(guān)21和開關(guān)25的另一端同時接地。開關(guān)23串聯(lián)在電容26和開關(guān)24的連接點(diǎn)以及電壓VDD之間。開關(guān)22串聯(lián)在開關(guān)21和電容26的連接點(diǎn)以及場效應(yīng)管30的源極之間,場效應(yīng)管30的柵極與開關(guān)24和開關(guān)25的連接點(diǎn)相連接,電容27串聯(lián)在場效應(yīng)管30的漏極和地之間。開關(guān)21-25的控制端分別連接同一路外部時鐘信號CLK,其中,開關(guān)22的控制端與外部時鐘信號CLK之間連接反相器28,開關(guān)24的控制端與外部時鐘信號CLK之間連接反相器29。場效應(yīng)管30的源極作為柵壓自舉開關(guān)的信號輸入端,場效應(yīng)管30的漏極作為柵壓自舉開關(guān)的信號輸出端。
[0016]采樣保持電路包括以下工作步驟:采樣保持電路包括采樣和保持兩個過程,每一過程都受時鐘信號CLK 114控制。(I)采樣過程:當(dāng)時鐘信號CLK為高電平時,采樣保持電路對輸入信號(Vin和Vip)進(jìn)行采樣,輸出信號(Von和Vop)跟蹤輸入信號(Vin和Vip)的變化而變化。(2)保持過程:當(dāng)時鐘信號CLK為低電平時,將信號保持高線性度、低失真地傳送至差分信號輸出緩沖電路,從而使得采樣保持電路的輸出(Von和Vop)保持為某一固定電平供后續(xù)電路使用。通過該方法保證模擬信號經(jīng)過采樣保持電路之后輸出信號是直流信號,差分信號輸出緩沖電路實(shí)現(xiàn)對輸入信號的隔離并提供直流電平,后續(xù)電路只需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成信號的量化即可滿足電路工作要求,有效降低電路設(shè)計(jì)難度,提升電路的工作速度。
[0017]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低電壓高速采樣保持電路,其特征在于:包括具有調(diào)整共模電平功能的差分信號輸入緩沖電路、兩個柵壓自舉開關(guān)、兩個采樣電容以及具有調(diào)整共模電平功能的差分信號輸出緩沖電路;其中,所述差分信號輸入緩沖電路的差分信號輸入端作為低電壓高速采樣保持電路的信號輸入端,所述差分信號輸出緩沖電路的差分信號輸出端作為低電壓高速采樣保持電路的輸出端;所述差分信號輸入緩沖電路的輸出端分別連接一個柵壓自舉開關(guān)的輸入端,所述兩個柵壓自舉開關(guān)的輸出端連接到所述差分信號輸出緩沖電路的差分輸入端,所述兩個采樣電容分別連接在一個柵壓自舉開關(guān)的輸出端和地之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓高速采樣保持電路,其特征在于:所述兩個柵壓自舉開關(guān)的控制時鐘為單路時鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低電壓高速采樣保持電路,該采樣保持電路包含差分信號輸入緩沖電路、柵壓自舉開關(guān)、采樣電容、差分信號輸出緩沖電路。柵壓自舉開關(guān)利用單相時鐘完成對差分開關(guān)的控制。利用信號輸入和輸出緩沖電路完成電路內(nèi)部共模電平調(diào)整作用,有效改善低電源電壓下高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)單元電路間的信號電平匹配問題。利用柵壓自舉開關(guān)電路,有效提升高速采樣保持電路的線性特性。利用輸出緩沖電路實(shí)現(xiàn)對輸入信號的隔離,后續(xù)電路只需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成信號的量化即可滿足電路工作要求,有效降低電路設(shè)計(jì)難度,提升電路的工作速度。
【IPC分類】H03M1-54
【公開號】CN104539292
【申請?zhí)枴緾N201510014035
【發(fā)明人】黎飛, 李連鳴, 王堯
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月12日
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