一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的驅(qū)動電路的制作方法
【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，特別涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的驅(qū)動 電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年中，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。這就對系統(tǒng)中的各個模 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 要求的同時，也希望提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，降低其功耗。
[0003] 在傳統(tǒng)的高采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，常常使用內(nèi)部參考電壓驅(qū)動電路來提高參考電 壓的驅(qū)動精度。隨著采樣速率的提高，參考電壓電路的電壓可用的恢復(fù)時間變短。參考電 壓電路只能消耗更多的電流來提高輸出電壓的建立速度，保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述現(xiàn)有的缺點，本發(fā)明的主要目的在于提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的 驅(qū)動電路，通過提高參考電壓驅(qū)動電路輸出電壓信號的相對建立精度，在同樣的功耗下，實 現(xiàn)速度更快、精度更高的建立。
[0005] 為達成以上所述的目的，本發(fā)明的一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的驅(qū)動電路采取如下 技術(shù)方案：
[0006] -種模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的驅(qū)動電路，其特征在于：包含兩個參考電壓驅(qū)動模塊 和兩個開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)；所述兩個開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)與所述兩個參考電壓驅(qū)動模塊相應(yīng)連接。
[0007] 所述參考電壓驅(qū)動模塊包括Vt驅(qū)動電路Vtdriver和Vb驅(qū)動電路Vbdriver ;所 述Vt驅(qū)動電路和Vb驅(qū)動電路的輸出具有低阻抗特征；所述驅(qū)動電路的輸入輸出電壓增益 約為1。
[0008] 所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，包括Vt開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)和Vb開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)；所述的Vt開關(guān)電 容網(wǎng)絡(luò)包含開關(guān)StU開關(guān)St2、開關(guān)St3、開關(guān)St4,電容Ctp、電容Ctn、電容Ct、電容Ctx ; 所述的Vb開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)包含開關(guān)SbU開關(guān)Sb2、開關(guān)Sb3、開關(guān)Sb4,電容Cbp、電容Cbn、電 容Cb、電容Cbx，所述的Vt開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)連接到Vt驅(qū)動電路的輸出端；所述的Vb開關(guān)電容 網(wǎng)絡(luò)連接到Vb驅(qū)動電路的輸出端。
[0009] 所述開關(guān)電容Ctp、電容Ctn、電容Ct，其負(fù)極板通過開關(guān)StU開關(guān)St2、開關(guān)St3 連接到Vt驅(qū)動電路的輸出端，電容Ctp的正極板連接到Vopa, p，電容Ctn的正極板連接到 Vopa, n，電容Ct的正極板連接到地，電容Ctx的負(fù)極板通過開關(guān)St4連接到輸入共模電平 Vicm，電容Ctx的正極板連接到地；電容Ctp和電容Ctn的總?cè)葜禐镹*CsO,其中N*CsO是 采樣電路的采樣電容總?cè)葜?，被平均劃分為N個容值相等的小電容CsO ;電容Ctp的容值由 ADC在采樣相位的輸入電壓值決定；假設(shè)參考電壓Vref = Vt-Vb，ADC的正端輸入為Vip = Vi+Vicm，ADC的負(fù)端輸入為Vin = -Vi+Vicm，其中Vi的取值范圍在土Vref/2之間，Vicm 為ADC的共模輸入電平；電容Ctp的容值可以表示為M*CsO~Vi/Vref*N*CsO+N*CsO/2， 即M的取值范圍為O~N ;所述的電容Ctn的容值為（N-M)*CsO ;所述的電容Ct的容值為 N-2*M|*CsO ;所述的電容 Ctx 的容值為（N-|N-2*M|)*CsO。
[0010] 所述開關(guān)電容Cbp、電容Cbn、電容Cb，其負(fù)極板通過開關(guān)Sbl、開關(guān)Sb2、開關(guān)Sb3 連接到Vb驅(qū)動電路的輸出端，電容Cbp的正極板連接到Vopa，p，電容Cbn的正極板連接到 Vopa, n，電容Cb的正極板連接到地，電容Cbx的負(fù)極板通過開關(guān)Sb4連接到輸入共模電平 Vicm，電容Cbx的正極板連接到地；電容Cbp和電容Cbn的總?cè)葜禐镹*CsO,其中N*CsO是 采樣電路的采樣電容的總?cè)葜?；Cbp的容值由ADC的負(fù)端輸入Vin = -Vi+Vicm決定；電容 Cbp的容值可以表示為（N-M)*CsO ;所述電容Cbn的容值為M*CsO ;所述電容Cb的容值為 N-2*M I *CsO ;所述電容 Cbx 的容值為（N-1 N-2*M I) *CsO。
[0011] 在開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)和Vt驅(qū)動電路、Vb驅(qū)動電路相連接的時候，補償ADC不同輸入信 號電壓幅值下開關(guān)網(wǎng)絡(luò)需要的電荷量，減小Vt驅(qū)動電路、Vb驅(qū)動電路的輸出電荷量的差 異。
[0012] 采用如上技術(shù)方案的發(fā)明，具有如下有益效果：
[0013] 本發(fā)明通過提高參考電壓驅(qū)動電路輸出電壓信號的相對建立精度，在同樣的功耗 下，實現(xiàn)速度更快、精度更高的建立。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明高速ADC的低功耗高精度片內(nèi)參考電壓驅(qū)動方案。
[0015] 圖2為本發(fā)明應(yīng)用在MDAC時，參考電壓驅(qū)動器和采樣電容、附加電容的連接方式。
[0016] 圖3(a)為參考電壓驅(qū)動器驅(qū)動高電平參考電壓時，傳統(tǒng)電路和本發(fā)明電路輸出 電荷量的比較圖。
[0017] 圖3(b)為參考電壓驅(qū)動器驅(qū)動低電平參考電壓時，傳統(tǒng)電路和本發(fā)明電路輸出 電荷量的比較圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了進一步說明發(fā)明，下面結(jié)合附圖進一步進行說明：
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明的一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的驅(qū)動電路，電路模塊包含兩個 參考電壓驅(qū)動模塊和開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)。電壓驅(qū)動模塊分別是電壓驅(qū)動模塊Vtdriver、電壓驅(qū) 動模塊Vbdriber，分別用于驅(qū)動參考電壓高電位和低電位。該驅(qū)動器的電壓增益為1。開 關(guān)電容網(wǎng)路包括Vt開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)和Vb開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)。Vt開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)由開關(guān)StU開關(guān) St2、開關(guān)St3、開關(guān)St4,電容Ctp、電容Ctn、電容Ct、電容Ctx組成。Vb開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)由開 關(guān)SbU開關(guān)Sb2、開關(guān)Sb3、開關(guān)Sb4,電容Cbp、電容Cbn、電容Cb、電容Cbx組成。其中電容 Ctp、電容Ctn、電容Cbp、電容Cbn都是傳統(tǒng)MDAC電路中固有的電容。而電容Ct、電容Ctx、 電容Cb、電容Cbx是本發(fā)明增加的電容。
[0020] 假設(shè)采樣電容由N個電容值為CsO的電容組成，總電容值記為Cs，其大小為 N*CsO。電容Ctp和電容Cbp、電容Ctn和電容Cbn、電容Ct和電容Ctx、電容Cb、電容Cbx， 這四組電容中的每一組都共有N個電容值為CsO的電容。
[0021] 假設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓的高低電平分別是Vt、Vb，其表達式為
[0024] 其中，Vicm是高低參考電壓的中間電壓值。在米樣時刻點，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的差分輸 入被記為正端輸入Vip和負(fù)端輸入Vin，可以表示為
[0025]
[0026]
[0027] 其中，Vi是模數(shù)轉(zhuǎn)換器單端輸入的交流信號。比較器根據(jù)差分輸入的電壓值，得 到量化結(jié)果M。該量化結(jié)果表示，在余量放大相位，有M個在輸入正端的采樣電容連接到參 考電壓的高電位，即Ctp的容值等于M*CsO ;有N-M個在輸入正端的采樣電容連接到參考電 壓的低電位，即Cbp的容值等于（N-M)*CsO。相應(yīng)地，有N-M個在輸入負(fù)端的采樣電容連接 到參考電壓的高電位，即Cbn的容值等于M*CsO ;有M個在輸入負(fù)端的采樣電容連接到參考 電壓的低電位，即Ctn的容值等于（N-M)*CsO。量化結(jié)果M和輸入電壓的關(guān)系可以表示為
[0028]
[0029] M的取值范圍是0~N。
[0030] 為了補償不同輸入電壓條件下，參考電壓驅(qū)動電路對電容網(wǎng)絡(luò)的充放電電荷量， 本發(fā)明增加變量，Mp。Mp是電容Ct、電容Cb在余量放大相位通過開關(guān)St3、Sb3連接到參考 電壓高電位的電容CsO個數(shù)。Mp由下列表達式?jīng)Q定
[0031] Mp = |N-2*M|
[0032] Mp和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號關(guān)系為
[0033]
[0034] 同樣地，有N-Mp個電容CsO通過開關(guān)St4、開關(guān)Sb4連接到參考電壓低電位。
[0035] 圖2是在輸入跟隨相位，圖1中的電容的連接方式。電容Ctp、電容Cbp的正極板 通過開關(guān)S9連接到運算放大器的輸入共模電平Vopa, cm ;電容Ctp、電容Cbp的負(fù)極板通過 開關(guān)S5連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的正端輸入Vip。電容Ctn、電容Cbn的正極板通過開關(guān)SlO連 接到運算放大器的輸入共模電平Vopa, cm ;電容Ctn、電容Cbn的負(fù)極板通過開關(guān)S5連接到 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的負(fù)端輸入Vin。電容Ct