應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的驅(qū)動(dòng)電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過(guò)去的幾十年中，集成電路技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。特別是以通訊為首的電子 系統(tǒng)，向著高速率、高性能、高集成度、低成本的方向不斷向前發(fā)展。這就對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)模 塊提出了更高的要求。如模數(shù)轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)要求提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率、量化精度等 指標(biāo)，同時(shí)要求增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器的集成度、減小芯片的封裝尺寸。
[0003] 但是，芯片的封裝尺寸的減小，必然需要削減芯片管腳的引出數(shù)量。而且隨著模數(shù) 轉(zhuǎn)換器采樣速率的提高，將會(huì)極大地降低傳統(tǒng)的參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的片外電容對(duì)噪聲、信 號(hào)干擾的濾波能力。片外濾波電容已近不適用于高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0004] 另外，受限于轉(zhuǎn)換器芯片的供電條件，模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部一般都會(huì)有一個(gè)升壓、降壓 電路，為參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出緩沖器提供高壓和低壓控制信號(hào)。額外的升壓電路和降 壓電路增加了版圖的面積，不利于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高密度集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述現(xiàn)有的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的低功耗片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)電路，能通過(guò)增加開(kāi)關(guān)電容電路，擴(kuò)大輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出電 壓范圍，降低了驅(qū)動(dòng)電路的功耗。
[0006] 為達(dá)成以上所述的目的，本發(fā)明的應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗片內(nèi)參考電壓 驅(qū)動(dòng)電路采取如下技術(shù)方案：
[0007] -種應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)電路，包括反饋放大器 AU反饋放大器A2、升壓電路、降壓電路、濾波電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于：所述反饋 放大器Al與升壓電路連接，反饋放大器A2與降壓電路連接；所述升壓電路、降壓電路與濾 波電路連接；所述濾波電路與輸出驅(qū)動(dòng)電路連接。
[0008] 所述的反饋放大器Al工作在電源VDD下，其正端輸入為參考輸入高電平信號(hào)VIH， 負(fù)端輸入為反饋信號(hào)VOHx，輸出為VGlH ;反饋放大器Al的作用是檢測(cè)參考輸入高電平信號(hào) VIH和反饋信號(hào)VOHx的電壓，輸出信號(hào)VGlH ;VG1H通過(guò)升壓電路和濾波器電路后，調(diào)整輸 出驅(qū)動(dòng)電路的輸出VOH ;所述反饋放大器Al檢測(cè)VIH和VOHx的電壓，所述的升壓電路將檢 測(cè)結(jié)果升壓后，經(jīng)過(guò)所述的濾波電路輸入到所述的輸出驅(qū)動(dòng)電路。
[0009] 所述的反饋放大器A2工作在電源VDD下；其正端輸入為參考輸入高電平信號(hào) VIL，負(fù)端輸入為反饋信號(hào)VOLx，輸出為VGlL;反饋放大器A2的作用是檢測(cè)參考輸入低電平 信號(hào)VIL、反饋信號(hào)VOLx的電壓和輸出信號(hào)VGlL ;輸出信號(hào)VGlL通過(guò)降壓電路和濾波器電 路后，調(diào)整輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出VOL ;所述的反饋放大器A2檢測(cè)VIL和VOLx的電壓，所述 的降壓電路將檢測(cè)結(jié)果降壓后，經(jīng)過(guò)所述的濾波電路輸入到所述的輸出驅(qū)動(dòng)電路。
[0010] 所述升壓電路由開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4和電容CU電容C2組成；所述 的電容C2的負(fù)極板連接到所述的反饋放大器Al的輸出信號(hào)VGlH ;所述的電容C2的正極 板連接到所述的濾波器電路的電阻R3 ;所述的電容CU電容C2的負(fù)極板通過(guò)開(kāi)關(guān)S3連接； 所述的電容CU電容C2的正極板通過(guò)開(kāi)關(guān)S4連接；所述的電容Cl的負(fù)極板通過(guò)開(kāi)關(guān)Sl連 接到地；所述的電容Cl的正極板通過(guò)開(kāi)關(guān)S2連接到電源VDD。
[0011] 所述的降壓電路由開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8和電容C3、電容C4組成；所 述的電容C3的負(fù)極板連接到所述的反饋放大器A2的輸出信號(hào)VGlL ;所述的電容C3的正 極板連接到所述的濾波器電路的電阻R4 ;所述的電容C3、電容C4的負(fù)極板通過(guò)開(kāi)關(guān)S5連 接；所述的電容C3、電容C4的正極板通過(guò)開(kāi)關(guān)S6連接；所述的電容C4的負(fù)極板通過(guò)開(kāi)關(guān) S7連接到電源VDD ;所述的電容C4的正極板通過(guò)開(kāi)關(guān)S8連接到地。
[0012] 所述的開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8 ;所述 的開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8工作在相位φ h所述的開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi) 關(guān)S6工作在相位Cp 2;所述相位<ρ I、相位φ 2是非交疊相位；即當(dāng)所述開(kāi)關(guān)si、開(kāi)關(guān)S2、 開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8閉合時(shí)，所述開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6處于斷開(kāi)狀態(tài)；而當(dāng)所述開(kāi) 關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6閉合時(shí)，所述開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8處于斷開(kāi)狀 ??τ O
[0013] 所述的濾波電路由電阻R3、電阻R4和電容C5組成；所述的電阻R3連接在信號(hào) VG2H和VGH之間；所述的電阻R4連接在信號(hào)VG2L和VGL之間；所述的電容C5連接在信號(hào) VGH和VGL之間；所述的濾波電路的作用是，濾除所述的升壓電路和所述的降壓電路造成的 紋波干擾，穩(wěn)定所述的輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出。
[0014] 所述的輸出驅(qū)動(dòng)電路包含NMOS管Ml、NMOS管M3, PMOS管M2、PMOS管Μ4和電阻 RU電阻R2 ;所述的NMOS管Ml、NMOS管M3的柵極連接到信號(hào)VGH，漏極連接到電源電壓 VDD ;所述的NMOS管Ml的源極連接到反饋信號(hào)VOHx ;所述的NMOS管M3的源極連接到信號(hào) VOH ;所述的PMOS管M2、PMOS管M4的柵極連接到信號(hào)VGL，漏極連接到地；所述的PMOS管 M2的源極連接到反饋信號(hào)VOLx ;所述的PMOS管M4的源極連接到信號(hào)VOL ;所述的電阻Rl 連接在反饋信號(hào)VOHx和反饋信號(hào)VOLx之間；所述的電阻R2連接在輸出信號(hào)VOH和VOL之 間。
[0015] 所述NMOS管M1、電阻RUPMOS管M2共同組成一個(gè)具有兩個(gè)輸出的源極跟隨電路； 所述NMOS管M3、電阻R2、PMOS管M4共同組成一個(gè)具有兩個(gè)輸出的源極跟隨電路；假設(shè)所 述的NMOS管Ml、NMOS管M3的尺寸比列為I :N，那么所述的PMOS管M2、PMOS管M4的尺寸 比例也為I :N，而所述電阻RU電阻R2的尺寸比例為N :1 ;所述的反饋信號(hào)VOHx和VOH具 有相同的直流電平；所述的反饋信號(hào)VOLx和VOL具有相同的直流電平。
[0016] 所述的輸出信號(hào)V0H、輸出信號(hào)VOL的波動(dòng)不會(huì)影響到所述的反饋信號(hào)VOHx、反饋 信號(hào)VOLx ;提高了參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的隔離度。
[0017] 采用如上技術(shù)方案的本發(fā)明，具有如下有益效果：
[0018] 本發(fā)明通過(guò)開(kāi)關(guān)電容升壓電路和降壓電路將反饋放大器的輸出信號(hào)電壓抬升和 降低，來(lái)驅(qū)動(dòng)源極跟隨電路，擴(kuò)大輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓范圍，同時(shí)通過(guò)增加開(kāi)關(guān)電容 電路，提高參考電壓驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓信號(hào)的相對(duì)建立精度，在同樣的功耗下，實(shí)現(xiàn)速度更 快、精度更高的建立。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為傳統(tǒng)片外電容濾波的參考電壓驅(qū)動(dòng)方案。
[0020] 圖2為傳統(tǒng)片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)方案。
[0021] 圖3為本發(fā)明應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)電路。
[0022] 圖4為本發(fā)明應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)時(shí) 序。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024] 本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。包含了兩個(gè)反饋放大器即反饋放大器Al和反饋 放大器A2,升壓電路，降壓電路，濾波電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路。
[0025] 圖1是傳統(tǒng)片外電容濾波的參考電壓驅(qū)動(dòng)方案。該電路使用了共源放大器作為參 考電壓輸出驅(qū)動(dòng)，避免了使用高于電源電壓VDD或者低于地電平的驅(qū)動(dòng)電壓要求。如圖1中 運(yùn)算放大器AU PMOS管Ml組成的子電路，和運(yùn)算放大器A2、NMOS管M2組成的子電路。但 是，該電路需要大電容來(lái)降低共源放大級(jí)的極點(diǎn)，保證電路的穩(wěn)定性。大電容消耗了過(guò)大的 版圖面積，不利于集成，只能置于芯片外部。
[0026] 雖然片外電容可以保證圖1電路的穩(wěn)定性。但是，隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率的 提高，鍵合線的電感效應(yīng)越來(lái)越強(qiáng)，芯片內(nèi)部的高頻抖動(dòng)無(wú)法通過(guò)鍵合線輸出到片外濾波 電容。這就造成了參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的片內(nèi)參考電壓信號(hào)震蕩，降低片內(nèi)參考電壓信號(hào)的 建立速度。
[0027] 為了解決片內(nèi)參考電壓建立速度不足的問(wèn)題，傳統(tǒng)的片內(nèi)參考電壓驅(qū)動(dòng)電路使用 了源極跟隨器作為參考電壓輸出驅(qū)動(dòng)。如圖2中的運(yùn)算放大器AU PMOS管Ml組成的子電 路，和運(yùn)算放大器A2、NMOS管M2組成的子電路。如果NMOS管M3、NMOS管Ml的尺寸比例是 N :1，那么PMOS管M4、PMOS管M2的尺寸比例是N :1，而電阻R2、電阻Rl的阻抗比例為I :N
[0028] 為了增加參考電壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓范圍，圖2中的運(yùn)算放大Al只能使用比電 源VDD更高的電源電壓VDDH ;而運(yùn)算放大器A2只能使用比地更低的負(fù)電源電壓VSSL。額 外的高電源電壓VDDH和負(fù)電源電壓VSSL，增加了芯片版圖的面積，降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的集成 度，或者增加了芯片的管腳數(shù)。
[0029] 本發(fā)明提供的參考電壓驅(qū)動(dòng)電路方案，結(jié)合了上述兩種傳統(tǒng)參考電壓驅(qū)動(dòng)方案的 優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明電路使用源極跟隨的輸出結(jié)構(gòu)，省去了片外濾波電容；并通過(guò)開(kāi)關(guān)電容電路實(shí) 現(xiàn)控制信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，省去了運(yùn)算放大器的高電壓電源和負(fù)電壓電源。如圖3所示。
[0030] 反饋放大器Al負(fù)責(zé)檢測(cè)參考輸入高電壓VIH和反饋輸入VOHx的電壓差，并輸出 控制信號(hào)VG1H。其中VOHx的電壓值和輸出參考高電壓VOH的電壓值