專利名稱：一種用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及集成電路設計領域，尤其涉及一種用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路。
背景技術：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種常見的將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的功能模塊。流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一種常用的結(jié)構。其原理可以概括以流水線工作的方式分級對模擬信
號量化。流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器包含多個轉(zhuǎn)換級，通常每個轉(zhuǎn)換級都包括采樣電路，子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(sub ADC)，子數(shù)模轉(zhuǎn)換器及放大器(MDAC)以及參考電路等。輸入模擬信號先經(jīng)過流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一級被初步量化，產(chǎn)生相應量化碼值，隨后剩余量化殘差被放大并傳遞到后級繼續(xù)處理，直至所有轉(zhuǎn)換級完成量化。量化殘差被放大并從前級轉(zhuǎn)移到后級的過程會受多種因素干擾產(chǎn)生誤差，如電容失配，運放有限增益，運放有限帶寬等。動態(tài)改變前級轉(zhuǎn)換級中比較器的參考電位，使之圍繞一個中心值隨機變化有利于降低這些誤差的影響，如何產(chǎn)生隨機化的比較器參考電壓是提高流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能關鍵之一。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，以解決現(xiàn)有技術中由于量化殘差被放大并從前級轉(zhuǎn)移到后級的過程會受多種因素干擾產(chǎn)生誤差的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，包括第一級參考電壓發(fā)生器分支，所述第一級參考電壓發(fā)生器分支包括兩個放大器、電阻串和多個由MOS管構成的電流源；其中，第一個放大器APl的負輸入端連接基準電壓源VRp，正輸入端ND連接MOS管MSr的漏端，MOS管MPr和MSr串聯(lián)構成電流源；M0S管MPO MPk和MSO MSk均分別串聯(lián)構成電流源，MOS管MPr和MPO MPk的柵端都和第一個放大器APl的輸出端連接，MOS管MSr的柵端連接地線VSS，MOS管MSO MSk的柵端分別連接數(shù)字控制信號DB[0] DB[k]，M0S管MSO MSk的漏端都連接到節(jié)點NT，節(jié)點NT和正輸入端ND間串聯(lián)一個阻值為R的電阻Rp ；第二個放大器ANl的負輸入端連接基準電壓源VRn，正輸入端NE連接MOS管MTr的漏端，MOS管MTr和MNr串聯(lián)構成電流源；M0S管MNO MNk和MTO MTk均分別串聯(lián)構成電流源，MOS管MNr和MNO MNk的柵端都和第二個放大器ANl的輸出端連接，MOS管MTr的柵端連接電源VDD，MOS管MTO MTk的柵端分別連接數(shù)字控制信號D D[k]，D[0] D[k]分別是DB DB[k]的反相信號，MOS管MTO MTk的漏端都連接到節(jié)點NB，節(jié)點NB和正輸入端NE間串聯(lián)一個阻值為R的電阻Rn ；所述電阻串連接于節(jié)點NT和NB之間，由2n-l個阻值為R的電阻串聯(lián)形成，節(jié)點NT和NB以及節(jié)點NT和NB之間所有電阻的連接點輸出參考電壓，共2n個輸出，其中n為所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。作為優(yōu)選，所述第一級參考電壓發(fā)生器分支后連接有第二級參考電壓發(fā)生器分支，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支包括兩個放大器、電阻串和多個由MOS管構成的電流源，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的結(jié)構與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的結(jié)構相同；所述第一級參考電壓發(fā)生 器分支的電阻串的任意兩個電阻分別拆分成一對阻值為R/2的串聯(lián)電阻，第一對阻值為R/2的串聯(lián)電阻的中間連接抽頭Np連接所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的第一個放大器AP2的負輸入端，第二對阻值為R/2的串聯(lián)電阻的中間連接抽頭Nn連接所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的第二個放大器AN2的負輸入端；所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串中電阻的阻值均為RI，電阻個數(shù)等于所述中間連接抽頭Np和Nn間阻值為R的電阻的個數(shù)，所述中間連接抽頭Np和Nn間阻值為R的電阻分壓輸出的參考電壓替換為所述第二級參考電壓發(fā)生器分支輸出的參考電壓。作為進一步地優(yōu)選，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支后還連接有一個或多個參考電壓發(fā)生器分支，后級參考電壓發(fā)生器分支與前級參考電壓發(fā)生器分支的連接方式跟所述第二級參考電壓發(fā)生器分支與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的連接方式相同。作為進一步地優(yōu)選，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串中電阻的阻值RI與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串中電阻的阻值R相等或不等。作為進一步地優(yōu)選，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的個數(shù)與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的個數(shù)相等或不等。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果本實用新型提供的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路能夠動態(tài)改變前級轉(zhuǎn)換級中比較器的參考電位，使之圍繞一個中心值隨機變化，從而有利于避免由于量化殘差被放大并從前級轉(zhuǎn)移到后級的過程會受多種因素干擾產(chǎn)生誤差的問題；當子模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需要的參考電位較多時還可以在原有參考電路的基礎上再疊加更多分支的方式提高輸出參考電壓的驅(qū)動能力和參考電壓動態(tài)翻轉(zhuǎn)的幅度。

圖I為本實用新型的參考電壓發(fā)生電路的實施例一的電路原理圖。圖2為本實用新型的參考電壓發(fā)生電路的實施例二的電路原理圖。圖3為基于實施例二的參考電壓發(fā)生電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的MDAC輸入輸出轉(zhuǎn)換波形圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。實施例一如圖I所示，實施例一提供的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路包括第一級參考電壓發(fā)生器分支I，第一級參考電壓發(fā)生器分支I包括兩個放大器APl和ANl、i阻串和多個由MOS管構成的電流源；其中， 第一個放大器APl的負輸入端連接基準電壓源VRp，正輸入端ND連接MOS管MSr的漏端，MOS管MPr和MSr串聯(lián)構成電流源；M0S管MPO MPk和MSO MSk均分別串聯(lián)構成電流源，MOS管MPr和MPO MPk的柵端都和第一個放大器APl的輸出端連接，MOS管MSr的柵端連接地線VSS，MOS管MSO MSk的柵端分別連接數(shù)字控制信號DB[0] DB[k]，M0S管MSO MSk的漏端都連接到節(jié)點NT，節(jié)點NT和正輸入端ND間串聯(lián)一個阻值為R的電阻Rp ；第二個放大器ANl的負輸入端連接基準電壓源VRn，正輸入端NE連接MOS管MTr的漏端，MOS管MTr和MNr串聯(lián)構成電流源；M0S管MNO MNk和MTO MTk均分別串聯(lián)構成電流源，MOS管MNr和MNO MNk的柵端都和第二個放大器ANl的輸出端連接，MOS管MTr的柵端連接電源VDD，MOS管MTO MTk的柵端分別連接數(shù)字控制信號D D[k]，D[0] D[k]分別是DB DB[k]的反相信號，MOS管MTO MTk的漏端都連接到節(jié)點NB，節(jié)點NB和正輸入端NE間串聯(lián)一個阻值為R的電阻Rn ；如果所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為n，那么總共需要2n個比較器輸入?yún)⒖茧娢?。因此，連接于節(jié)點NT和NB之間的所述電阻串由2n-l個阻值為R的電阻串聯(lián)形成，節(jié)點NT和NB以及節(jié)點NT和NB之間所有電阻的連接點輸出參考電壓，共2n個輸出，其中n為所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。由于放大器的負反饋作用，節(jié)點ND的電位VND等于VRp，節(jié)點NE的電位VNE等于VRn。如果MPr和MSr構成的電流源支路電流是IR，流經(jīng)MSO MSk的支路電流分別為
2-IR
IPO IPk，且所有這些支路電流都等于IP，并且有=
k + \同樣假設MNr和MTr構成的電流源支路電流是IN，流經(jīng)MTO MTk的支路電流分
2-IN
別為ITO iTk，且所有支路電流都等于it，并且有/r = ^^。
k + \假設控制信號D[0] D[k]中一半為高一半為低，那么VNT = VRp-IR RVNB = VRn+IR RIR = INIT = IP
VRn - VRn此時，NT和NB間的任意阻值為R的電阻上的壓降AF ==^。在NT和NB間的電阻串的中間位置的電壓，即VNT和VNB的中間電位將不會隨著
VRn - VRn
數(shù)字控制信號D[0] D[k]的值變化而變化。該電位始終位于—2 ，以該點的電位為
參考點，假設在NT和NB間的電阻串抽頭中任意選擇一個節(jié)點X，節(jié)點X與NT間串聯(lián)的電阻R的個數(shù)是m，那么該節(jié)點的電位Vx等于v^ = VRp + VRn + ^ _}__my^l + D_J_yR_IR，
22眾+ 1其中D取決于控制信號D D[k]的值，如果D[0:k]從全部是低電平逐步變化到全部是高電平，那么D的數(shù)值相應得從0增加到k+1。
權利要求1.一種用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于，包括第一級參考電壓發(fā)生器分支，所述第一級參考電壓發(fā)生器分支包括兩個放大器、電阻串和多個由MOS管構成的電流源；其中， 第一個放大器APl的負輸入端連接基準電壓源VRp，正輸入端ND連接MOS管MSr的漏端，MOS管MPr和MSr串聯(lián)構成電流源；M0S管MPO MPk和MSO MSk均分別串聯(lián)構成電流源，MOS管MPr和MPO MPk的柵端都和第一個放大器APl的輸出端連接，MOS管MSr的柵端連接地線VSS，MOS管MSO MSk的柵端分別連接數(shù)字控制信號DB[0] DB[k]，M0S管MSO MSk的漏端都連接到節(jié)點NT，節(jié)點NT和正輸入端ND間串聯(lián)一個阻值為R的電阻Rp ； 第二個放大器ANl的負輸入端連接基準電壓源VRn，正輸入端NE連接MOS管MTr的漏端，MOS管MTr和MNr串聯(lián)構成電流源；M0S管MNO MNk和MTO MTk均分別串聯(lián)構成電流源，MOS管MNr和MNO MNk的柵端都和第二個放大器ANl的輸出端連接，MOS管MTr的柵端連接電源VDD，MOS管MTO MTk的柵端分別連接數(shù)字控制信號D D[k]，D[0] D[k]分別是DB DB[k]的反相信號，MOS管MTO MTk的漏端都連接到節(jié)點NB，節(jié)點NB和正輸入端NE間串聯(lián)一個阻值為R的電阻Rn ； 所述電阻串連接于節(jié)點NT和NB之間，由2n-l個阻值為R的電阻串聯(lián)形成，節(jié)點NT和NB以及節(jié)點NT和NB之間所有電阻的連接點輸出參考電壓，共2n個輸出，其中n為所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于，所述第一級參考電壓發(fā)生器分支后連接有第二級參考電壓發(fā)生器分支，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支包括兩個放大器、電阻串和多個由MOS管構成的電流源，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的結(jié)構與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的結(jié)構相同；所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串的任意兩個電阻分別拆分成一對阻值為R/2的串聯(lián)電阻，第一對阻值為R/2的串聯(lián)電阻的中間連接抽頭Np連接所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的第一個放大器AP2的負輸入端，第二對阻值為R/2的串聯(lián)電阻的中間連接抽頭Nn連接所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的第二個放大器AN2的負輸入端；所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串中電阻的阻值均為RI，電阻個數(shù)等于所述中間連接抽頭Np和Nn間阻值為R的電阻的個數(shù)，所述中間連接抽頭Np和Nn間阻值為R的電阻分壓輸出的參考電壓替換為所述第二級參考電壓發(fā)生器分支輸出的參考電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支后還連接有一個或多個參考電壓發(fā)生器分支，后級參考電壓發(fā)生器分支與前級參考電壓發(fā)生器分支的連接方式跟所述第二級參考電壓發(fā)生器分支與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的連接方式相同。
4.根據(jù)權利要求2所述的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串中電阻的阻值RI與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電阻串中電阻的阻值R相等或不等。
5.根據(jù)權利要求2所述的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于，所述第二級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的個數(shù)與所述第一級參考電壓發(fā)生器分支的電流源的個數(shù)相等或不等。
專利摘要本實用新型公開了一種用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路，包括第一級參考電壓發(fā)生器分支，所述第一級參考電壓發(fā)生器分支包括兩個放大器、電阻串和多個由MOS管構成的電流源，所述電阻串連接于節(jié)點NT和NB之間，由2n-1個阻值為R的電阻串聯(lián)形成，節(jié)點NT和NB以及節(jié)點NT和NB之間所有電阻的連接點輸出參考電壓，共2n個輸出，其中n為所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。本實用新型提供的用于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓發(fā)生電路能夠動態(tài)改變前級轉(zhuǎn)換級中比較器的參考電位，使之圍繞一個中心值隨機變化，從而有利于降低量化殘差傳遞過程中各誤差因素的影響。
文檔編號H03M1/12GK202362693SQ20112049852
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者吳大軍, 張亮, 趙晶文, 陳麗, 陳良生 申請人:上海貝嶺股份有限公司