專利名稱：避免浮動(dòng)擴(kuò)散污染的制作方法
避免浮動(dòng)擴(kuò)散污染相關(guān)申請(qǐng)案本申請(qǐng)案主張于2007年12月7日所提申的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/005，773號(hào)的 權(quán)利。所述申請(qǐng)案的整體教示以參考方式納入本文中。
背景技術(shù)：
在電荷領(lǐng)域管線電路，像是用于模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADCs)與其它應(yīng)用中，訊號(hào)電 荷使用一電荷傳送裝置從一發(fā)送電容網(wǎng)絡(luò)傳送至一預(yù)先充電接收電容網(wǎng)絡(luò)。該等電容網(wǎng)絡(luò) 典型地施行如浮動(dòng)擴(kuò)散。訊號(hào)電荷傳送進(jìn)入一電容網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致該電容網(wǎng)絡(luò)的該電壓從一預(yù)先 充電電壓下降一正比于該電荷數(shù)量的數(shù)量。為了測(cè)量該訊號(hào)電容的尺寸大小，需要用于將它與在一不同設(shè)計(jì)的一相對(duì)浮動(dòng) 擴(kuò)散上的另一電荷封包作比較的目的，有必要放大或緩沖電壓的改變。這通常以連接該 浮動(dòng)擴(kuò)散(Floating Diffusion, FD)至該金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，M0SFET)，該晶體管作為至一緩沖電路的一輸入
直ο在測(cè)量完電壓的改變之后，該接收電荷封包被傳送至該管線的下一個(gè)接收浮動(dòng)擴(kuò) 散。該電荷封包應(yīng)該在不漏失任何電荷的狀況下被完全傳送至該緩沖/放大器輸入裝置的 該閘極。可惜的是，這過(guò)程因?yàn)榫哂性撚嵦?hào)電荷的該等輸入裝置的寄生電容的充電而變得 困難。該等寄生電容的相反面被連接至該放大器/緩沖電路系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，因此從該 網(wǎng)絡(luò)返回至該浮動(dòng)擴(kuò)散的該耦合數(shù)量為非決定性的。

發(fā)明內(nèi)容
在一較佳實(shí)施例中，一出現(xiàn)在一浮動(dòng)擴(kuò)散電荷管線的一電荷封包由一來(lái)源隨耦器 (Source Follower Buffer, SFB)電路所感測(cè)，該SFB電路在一浮動(dòng)擴(kuò)散上電荷傳送之前置 放在一已知狀態(tài)(known state)并且在將一電荷從該浮動(dòng)擴(kuò)散傳送出之前回到一未知狀態(tài) (unknown state)0通過(guò)使用一由一頻率訊號(hào)控制的一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)可 能實(shí)行在該SFB電路中的該已知狀態(tài)。在一實(shí)施例中，該頻率訊號(hào)被配置為在電荷傳送 至該浮體擴(kuò)散上之前維持該SFB電路的輸出在一已知高狀態(tài)(known high state)，當(dāng) 電荷傳送至該浮體擴(kuò)散上的時(shí)候釋放，并且再一次地在電荷從該浮體擴(kuò)散傳送出之期 間或之前維持在一高狀態(tài)。這樣的一個(gè)配置不只提供了該MOSFET的所欲狀態(tài)，也將該 MOSFET置放于一深度消耗模式(de印depletion mode)以最小化它對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的電容貢獻(xiàn) (capacitancecontribution)。在進(jìn)一步的另外實(shí)施例中，當(dāng)該MOSFET把該SFB電路的輸出拉到該已知狀態(tài)時(shí)， 一電流源可能改善電流流動(dòng)。通過(guò)在一預(yù)先充電模式(例如剛好在預(yù)先充電之后及在電荷傳送之前)期間將該浮體擴(kuò)散維持在一初始狀態(tài)，在電荷傳送進(jìn)來(lái)的模式期間釋放，并且在電荷傳送出該浮體 擴(kuò)散之前回復(fù)到該相同初始狀態(tài)，可以減少和/或消除在隨后電路上從該浮體擴(kuò)散傳送出 的該電荷數(shù)量上的影響。更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，通過(guò)提供一耦合至該電流源的一切換器，也可以減少該總功率消耗。


從前面本發(fā)明的例示性實(shí)施例更特別的說(shuō)明，上述的內(nèi)容將更清楚，如同隨附的 圖所闡述，在該圖中，相似的參考特性經(jīng)由該不同觀點(diǎn)參照該相同部分。該圖式不必要用來(lái) 比較或強(qiáng)調(diào)，而只是置放用于闡述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1為一電荷管線電路的高階方塊圖；圖2為一來(lái)源隨耦器緩沖電路的電路圖；圖3為用于圖2的電路的時(shí)序圖；圖4為用于圖2的電路的時(shí)序圖；圖5為可能利用到該SFB電路的一數(shù)字無(wú)線電接收器的一方塊圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的例示實(shí)施例的說(shuō)明如下。圖1為一電荷管線電路的一高層級(jí)方塊圖。該顯示的特定電路為一包含數(shù)個(gè)級(jí) (stage) 10-1、10-2……的一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)功能。一例示性級(jí)10-1由下列組 成一由電容IOO(Cfd)表示的一浮動(dòng)擴(kuò)散、一電荷傳送輸入電路102、一浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)預(yù) 先充電電路103、及一電荷輸出電路114。在操作時(shí)，該預(yù)先充電電路103設(shè)定一用于擴(kuò)散 100的初始狀態(tài)(電壓)。一輸入訊號(hào)電荷(QT)接著經(jīng)由輸入電路102被輸入至該浮動(dòng)擴(kuò) 散100。一頻率訊號(hào)產(chǎn)生器12提供必要的各種訊號(hào)以操作該級(jí)10，這一類訊號(hào)像是控制輸 入電路102的一輸入傳送訊號(hào)(TR)、一控制預(yù)先充電103的預(yù)先充電訊號(hào)(PRE)、及其它訊 號(hào)。該電荷至該浮動(dòng)擴(kuò)散的引入導(dǎo)致了浮動(dòng)擴(kuò)散上該電壓的改變。為了施行一像是一 模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一應(yīng)用電路，在該浮動(dòng)擴(kuò)散100上的該電荷數(shù)必須被量測(cè)并且用來(lái)與 一個(gè)或更多個(gè)參考電壓相比較。為了這個(gè)目的，一像是可能是一來(lái)源隨耦器緩沖(SFB)的 一緩沖電路104感測(cè)在浮動(dòng)擴(kuò)散100上的電荷，并且將該電荷輸入至一 ADC級(jí)108。該η位 ADC級(jí)108可能由1位、1又1/2位、2位或提供更多輸出位像是2η位所組成。ADC級(jí)108典 型地由數(shù)個(gè)參考電壓與比較器組成以提供解多任務(wù)(demultiplexed)輸出位。舉例來(lái)說(shuō)， 假如該ADC級(jí)108為一 2位轉(zhuǎn)換器，就有會(huì)4個(gè)輸出。一由CcouplellO表示的一寄生電容 從ADC108回授一改變至SFB104。該來(lái)自ADC級(jí)108的2n個(gè)輸出接著被輸入至相對(duì)應(yīng)的電荷重分布電容(charge redistribution capacitor) 112-1、112_2n(Cqrl，· · · Cqr2n)。該等電容共同地提供被重新 引入至該管線的一電荷數(shù)量，接著該電荷被輸入至該差動(dòng)放大器114的輸入以產(chǎn)生來(lái)自級(jí) 10-1的該輸出電荷。圖2更詳細(xì)地展示該來(lái)源隨耦器緩沖(SFB)電路104與它跟該10_1級(jí)組件的互相影響。由圖1被向前載運(yùn)的為該電容100，該電容100表示具有由輸入電流源Iqt提供的 一輸入電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散120 (FD)。輸出放大器114 一般表示為提供該輸出電荷Qt至該浮動(dòng) 擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)的下一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散。該由Mpke提供的該預(yù)先充電放大器提供該浮動(dòng)擴(kuò)散120的預(yù) 先充電。該來(lái)源隨耦器緩沖(SFB)電路104展示于更特別地包括一 N信道裝置(Msf)、一由 電流源142 (iload)表示的負(fù)載、以及P信道裝置(Mcm)。該P(yáng)信道裝置由該LOOK訊號(hào)控制， 該訊號(hào)由先前參考到的該頻率訊號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生。這里也展示了 Cdgl46和Cgs 148寄生電容。該Cgs寄生電容包括通道與重迭電容。 一額外電容110(CcOUple)表示來(lái)自隨后的電路系統(tǒng)的耦合。這樣的耦合電路系統(tǒng)舉例來(lái) 說(shuō)，可能是一交錯(cuò)耦合栓鎖器，可以逆轉(zhuǎn)(kick back)并且污染在該浮動(dòng)擴(kuò)散120 (FD)上的 該訊號(hào)電荷。參照?qǐng)D3的該時(shí)間選擇圖，該浮動(dòng)擴(kuò)散電壓(Vfd)序列如下在tl，該預(yù)先充電FET 103 (MPRE)將該FD120拉至Vdd ；在t2，該預(yù)先充電FET 103 (MPRE)關(guān)閉導(dǎo)致一正向的行進(jìn)穿透 (goingfeedthrough)；在t3，一訊號(hào)電荷封包(例如Qt)被傳送至該FD120上，導(dǎo)致電壓下降一正比于該 封包尺寸的量；在t4，一在CcouplellO另一端的電壓擾動(dòng)耦合回該FD上 ’及在t5，使用通過(guò)將Vfd帶至一固定的Vfdss等級(jí)擷取電荷的QT方塊114將該訊號(hào) 電荷傳送出該FD120。圖3的該水平劃線330展示在該SFB104移除時(shí)，Vfd如何運(yùn)作；另一條痕跡線340 展示該SFB104的效應(yīng)。該兩條痕跡線之間的不同說(shuō)明了該SFB104寄生電容的效應(yīng)。該 改變(delta Vfd)是因?yàn)橥ㄟ^(guò)該緩沖104，該負(fù)載電容出現(xiàn)在該FD 120。該較長(zhǎng)時(shí)間常數(shù) "droop"(下降)在該訊號(hào)電荷之后被下降至該FD120是因?yàn)樵揝FB輸出104的該緩慢沉 降經(jīng)由Cgsl48耦合回該FD120。該SFB的輸出Vfdbuf以一限制頻寬跟隨該FD120。干擾噪聲Vnoise也經(jīng)由CcouplellO與Cgsl48耦合至Vfd上。假如該Vnoise的 效應(yīng)沒有充分地在電荷傳送出該FD120之前沉降，就會(huì)造成該訊號(hào)電荷傳送數(shù)量的錯(cuò)誤。在一個(gè)較佳實(shí)施例，本發(fā)明通過(guò)將SFB104放在時(shí)間上兩點(diǎn)的一已知狀態(tài)來(lái)控制 該SFB104的輸出；就在電荷傳送至該FD120上之前與該電荷傳送出該SFB104之前。通過(guò) 在預(yù)先充電期間將該FD120維持在一初始狀態(tài)，就在預(yù)先充電之后與電荷傳送之前，并且 將它回復(fù)到在電荷傳送出該FD120之前的該相同初始狀態(tài)并消除來(lái)自該FD120電荷傳送數(shù) 量之后續(xù)電路總電壓改變的影響。參照?qǐng)D4與在圖2里說(shuō)明的該實(shí)施例，該P(yáng)信道裝置Mctrl由LOOK定義頻率，所 以在電荷傳送至該FD120上之前該SFB104的輸出被維持在高的狀態(tài)，當(dāng)電荷被傳送至該 FD120上時(shí)被釋放，并且再一次地在電荷傳送出該FD120之前與期間維持在高的狀態(tài)。這具 有消除該Msf 140反向信道的增加效益，減少了該浮動(dòng)擴(kuò)散的該電容，也減少了 KTC噪聲。在一較佳實(shí)施例，該電流源142負(fù)載隨同步于Mctrl的該切換器148被控制。通 過(guò)切換關(guān)閉在這個(gè)狀態(tài)的電流源142，可以減少總功率消耗。該電流源142可以作為一主動(dòng) 電流源或可能為一電阻被施行。
該LOOK訊號(hào)總線控制該源極隨耦器緩沖電路的操作。特別是，該LOOK訊號(hào)確保 該SFB104的該輸出維持住，直到時(shí)間上的一個(gè)點(diǎn)ta發(fā)生在時(shí)間tl與t2之間。然后直到 時(shí)間tb才釋放該浮動(dòng)擴(kuò)散，tb發(fā)生在時(shí)間t4與t5之間，在這個(gè)時(shí)間上該SFB104的輸出會(huì) 再一次回到一已知狀態(tài)。該SFB104的一特別使用為施行一一般如圖5所示的數(shù)字無(wú)線電接收器。一射頻 (RF)訊號(hào)被輸入至一射頻RF放大器104。在一無(wú)線應(yīng)用中，該RF訊號(hào)可能從一天線102 被接收；在其它應(yīng)用中該訊號(hào)可能經(jīng)由一電線被接收。該放大的RF訊號(hào)接著被輸入至一 RF 轉(zhuǎn)譯器506以下轉(zhuǎn)換(down-convert)該放大RF訊號(hào)至一中間頻率(IF)。在該RF轉(zhuǎn)譯器 506之后(可能視情況而定)，該ADC510接著被使用以數(shù)字化該RF輸入為用于后續(xù)處理的 數(shù)字抽樣(digital sample) 0 一數(shù)字區(qū)域震蕩器511可能操作數(shù)字混合器512_i與512_q 以提供其內(nèi)同相位與相位差90度的抽樣。一數(shù)字低通濾波器520把所得訊號(hào)的該頻率內(nèi) 容限制在所欲頻寬。一解調(diào)器530接著從該相同使用回復(fù)該原本的調(diào)變訊號(hào)。該數(shù)字區(qū)域 震蕩器511、混合器512、低通濾波器520和/或解調(diào)器530的操作中的一或多者在一數(shù)字 訊號(hào)處理器550被施行。該復(fù)原訊號(hào)可能視該數(shù)字接收器的該特定終端應(yīng)用接著被進(jìn)一步 處理轉(zhuǎn)換回一模擬基頻音訊訊號(hào)或其類似物。當(dāng)本發(fā)明參照該例示實(shí)施例特別展示與說(shuō)明，熟習(xí)此技術(shù)者將可明白，可以進(jìn)行 各種形式與細(xì)節(jié)上的改變而不偏離由隨附專利申請(qǐng)范圍所涵蓋的本發(fā)明的該范疇。
權(quán)利要求
一種用于操作一耦合至一緩沖電路的一電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的方法，其特征在于，包括(a)置放所述緩沖電路在一第一已知狀態(tài)；(b)在步驟(a)之后，傳送一訊號(hào)電荷至所述電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)；(c)置放所述緩沖電路在一第二已知狀態(tài)；及(d)在步驟(c)之后，從所述電荷儲(chǔ)存裝置傳送所述訊號(hào)電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電荷傳送節(jié)點(diǎn)為一浮動(dòng)擴(kuò)散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述浮動(dòng)擴(kuò)散為在一電荷傳送管線內(nèi)一 浮動(dòng)擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一與第二已知狀態(tài)為相同狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述緩沖電路中所述已知狀態(tài)的至少一 者由一耦合至所述電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的MOSFET所控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述已知狀態(tài)中的至少一者置放所述 MOSFET在一深度耗盡模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括(e)操作一切換器以控制一耦合至所述MOSFET的一電流源負(fù)載，以進(jìn)一步截?cái)嘟?jīng)由所 述切換器和/或一來(lái)源隨耦器晶體管的所述電流流動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括 當(dāng)所述MOSFET被拉至一已知狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉所述電流源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電荷傳送管線施行一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn) 換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器為一數(shù)字射頻接 收器的一部分。
11.一種包含一耦合至所述對(duì)應(yīng)緩沖電路的浮動(dòng)擴(kuò)散的一網(wǎng)絡(luò)的用于操作一電荷領(lǐng)域 管線的方法，其特征在于，所述方法包括在電荷傳送至所述浮動(dòng)擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)上之前，強(qiáng)制一緩沖電路的一輸出至一已知狀態(tài)； 允許所述緩沖電路耦合以跟隨一對(duì)應(yīng)浮動(dòng)擴(kuò)散；及在電荷傳送出所述浮動(dòng)擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)之前，強(qiáng)制所述緩沖電路的所述輸出至所述已知狀態(tài)。
12.一種裝置，其特征在于，包括 一電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)；一電荷傳送電路，所述電路用于傳送電荷進(jìn)入所述電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)或傳送電荷出所述電 荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)；一耦合至所述電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的一緩沖電路；及一控制電路，所述電路用于在傳送電荷進(jìn)入所述電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)或傳送電荷出所述電荷 儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)之前，置放所述緩沖電路在一已知狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述電荷儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)為一浮動(dòng)擴(kuò)散。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述浮動(dòng)擴(kuò)散為一電荷傳送管線內(nèi)浮 動(dòng)擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)的一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括一耦合以控制所述緩沖電路的所述已知狀態(tài)的一 M0SFET。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述MOSFET在所述已知狀態(tài)期間置放 在一深度耗盡模式。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括一切換器，所述切換器配置以控制一耦合至所述MOSFET的一電流源，以進(jìn)一步載斷經(jīng) 由在所述已知狀態(tài)上的所述MOSFET的所述電流流動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述電荷傳送管線施行一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字 轉(zhuǎn)換器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器為一數(shù)字射頻 接收器的一部分。
20.一種電荷領(lǐng)域管線裝置，其特征在于，包括一浮動(dòng)擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)以上耦合至所述浮動(dòng)擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)的緩沖電路；及一控制電路，所述電路用于在傳送電荷進(jìn)入所述浮動(dòng)擴(kuò)散的至少一者之前強(qiáng)制至少一 緩沖電路的一輸出至一已知狀態(tài)，用于在電荷傳送進(jìn)入所述浮動(dòng)擴(kuò)散之后允許所述緩沖電 路跟隨所述浮動(dòng)擴(kuò)散狀態(tài)，及用于在電荷傳送出所述浮動(dòng)擴(kuò)散之前強(qiáng)制所述緩沖電路的所 述輸出回到一已知狀態(tài)。
全文摘要
一用于操作來(lái)源隨耦器緩沖電路的技術(shù)，像是施用在一電荷領(lǐng)域管線，以消除來(lái)自下游電路的浮動(dòng)擴(kuò)散訊號(hào)電荷污染。該方法與裝置在電荷傳送進(jìn)一浮動(dòng)擴(kuò)散之前置放該電路的一輸出在一已知狀態(tài)，并且在電荷傳送出所述浮動(dòng)擴(kuò)散之前再置放于所述已知狀態(tài)。
文檔編號(hào)H03K19/0175GK101889395SQ200880119587
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者威廉·D·瓦許古拉克 申請(qǐng)人:肯奈特公司