應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高線性度輸入信號緩沖器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路的輸入驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號的橋梁被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子系統(tǒng)中。隨著無線通訊、雷達(dá)等系統(tǒng)的發(fā)展，電路系統(tǒng)要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有更高的轉(zhuǎn)換速率、更高的精度、高大的輸入帶寬、更低的功耗、更高的集成度和更低的成本。
[0003]流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度之間得到一個(gè)較為合適的折中。為了盡可能地降低電路的功耗，電路設(shè)計(jì)者將傳統(tǒng)的采樣保持電路和流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一級流水線合并，并省去了片內(nèi)的輸入驅(qū)動(dòng)器。對于當(dāng)前常用的采樣速率模數(shù)轉(zhuǎn)換器來說，這些改動(dòng)可以有效的降低電路功耗。但是，當(dāng)前系統(tǒng)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率要求越來越高，采樣開關(guān)的開關(guān)脈沖對被采樣信號的干擾變得越來越大。依靠片外的濾波器無法保證轉(zhuǎn)換器的線性度。所以，必須增加片內(nèi)輸入驅(qū)動(dòng)電路。
[0004]如果采用傳統(tǒng)的單位增益負(fù)反饋電路作為輸入驅(qū)動(dòng)器，那么在既定功耗要求和大帶寬輸入范圍條件下，單位增益負(fù)反饋電路基本上是不可能實(shí)現(xiàn)的。如果采用雙極性晶體管作為輸入驅(qū)動(dòng)器的主要組成器件，增加了版圖的掩膜層，降低了芯片的集成度和提高了成本。
[0005]但是，如果采用傳統(tǒng)的單位增益負(fù)反饋電路作為輸入驅(qū)動(dòng)器，那么在既定功耗要求和大帶寬輸入范圍條件下，單位增益負(fù)反饋電路基本上是不可能實(shí)現(xiàn)的。如果采用雙極性晶體管作為輸入驅(qū)動(dòng)器的主要組成器件，增加了版圖的掩膜層，降低了芯片的集成度和提高了成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為解決上述現(xiàn)有的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種源極跟隨結(jié)構(gòu)的輸入信號緩沖器，可以集成在CMOS工藝下并消耗比傳統(tǒng)輸入驅(qū)動(dòng)電路更低的功耗。
[0007]為達(dá)成以上所述的目的，本實(shí)用新型的應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高線性度輸入信號緩沖器采取如下技術(shù)方案:
[0008]—種應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的高線性度輸入信號緩沖器，由輸入驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其特征在于:所述的輸入驅(qū)動(dòng)電路為源極跟隨結(jié)構(gòu)，通過線性化增強(qiáng)，降低NM0S源極跟隨器的非線性。
[0009]NM0S管Ml的柵極連接到輸入信號VIN，NM0S管Ml的漏端連接到電源電壓VDD，NM0S管Ml的源端連接到偏置電流源IB1 ；NM0S管Ml的源端通過電容C1連接到NM0S管M2的柵極，通過開關(guān)S5連接到電容C3的負(fù)極板；電容C3的負(fù)極板通過開關(guān)S6連接到信號VCM ；電容C3的正極板連接到NM0S管M4的源端；NM0S管M4源端的節(jié)點(diǎn)為V2，并連接到偏置電流源IB2 ；NM0S管M4的柵極連接到偏置電壓VB，漏極連接到節(jié)點(diǎn)V3和NM0S管M3的源極；節(jié)點(diǎn)V3是輸入驅(qū)動(dòng)電路的輸出節(jié)點(diǎn)；NMOS管M3的柵極連接到輸入信號VIN，其漏端連接到NMOS管M2的源極，該節(jié)點(diǎn)為V4 ；NMOS管M2的漏端連接到電源電壓VDD，其柵極通過電容C1連接到節(jié)點(diǎn)VI ;電容C2的正極板通過開關(guān)S3連接到電容C1的正極板，通過開關(guān)S1連接到偏置電壓Vbl ;電容C2的負(fù)極板通過開關(guān)S4連接到電容C1的負(fù)極板，通過開關(guān)S2連接到偏置電壓Vb2。
[0010]NM0S管M3是所述的輸入驅(qū)動(dòng)電路的主要源極跟隨管；NM0S管M3的源極為所述輸入驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，輸出節(jié)點(diǎn)為V3 ;所述輸入驅(qū)動(dòng)電路通過多個(gè)輔助電路，減小NM0S管M3的輸出信號的非線性；所述的輔助電路包括，由NM0S管Ml和偏置電流源IB1組成的源極跟隨電路，由電容C3、開關(guān)S5、開關(guān)S6和NM0S管M4組成的電流緩沖器，由NM0S管M2和NM0S管M3、NM0S管M4、偏置電流源IB2組成的源極跟隨電路。
[0011]NM0S管M1、NM0S管M3的柵極連接到輸入端VIN ；NM0S管的源極為節(jié)點(diǎn)VI，并連接到偏置電流源IB1 ;NM0S管Ml的漏端連接到電源電壓VDD ;節(jié)點(diǎn)VI和節(jié)點(diǎn)V3都是輸入信號的跟隨電壓，和輸入信號相差一個(gè)NM0S管的閾值電壓。
[0012]由NM0S管M2和NM0S管M3、NM0S管M4、偏置電流源IB2組成的源極跟隨電路，保證節(jié)點(diǎn)V4和輸入信號VIN之間的電壓差恒定；開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4和電容C1、電容C2組成的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，保證了 NM0S管M2的柵極電壓和輸入信號VIN之間的恒定壓差。
[0013]NM0S管M3是所述的輸入驅(qū)動(dòng)電路的主要源極跟隨管；NM0S管M3的柵極、漏極、源極三者之間的電壓差不會(huì)因?yàn)檩斎隫IN的大擺幅波動(dòng)而有明顯的變化；在輸入跟隨相位對采樣電容C4的充放電電流由NM0S管M1、電容C3、NM0S管M4提供。
[0014]采用如上技術(shù)方案的本實(shí)用新型，具有如下有益效果:
[0015]本實(shí)用新型通過多個(gè)輔助的源極跟隨電路，降低主源極跟隨器的輸入管的各個(gè)端口之間的相對電壓隨輸入信號變化而變化的幅度。相對靜止的電壓差，提高了主源極跟隨器在大信號輸入條件下線性度。
【附圖說明】
[0016]圖1(a)為傳統(tǒng)負(fù)反饋型單位增益輸入信號緩沖器。
[0017]圖1 (b)為傳統(tǒng)射極跟隨型輸入信號緩沖器。
[0018]圖2(a)為本實(shí)用新型提出的高線性度輸入信號緩沖器。
[0019]圖2(b)為本實(shí)用新型提出的高線性度輸入信號緩沖器的工作時(shí)序。
[0020]圖3為本實(shí)用新型輸入緩沖器電路在輸入跟隨狀態(tài)下的簡化電路。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0022]圖1(a)是傳統(tǒng)負(fù)反饋型單位增益輸入信號緩沖器。該電路中的運(yùn)算放大器具有非常高的直流增益，可以保證輸入輸出之間足夠小的誤差電壓。運(yùn)算放大器的高增益特性降低了 NM0S管的非線性。該電路可以作為高線性度的輸入信號緩沖器。但是，運(yùn)算放大器的負(fù)反饋連接方式很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)高增益、高速度和低功耗。
[0023]圖1(b)是傳統(tǒng)的射極跟隨型輸入信號緩沖器。該電路是一個(gè)開環(huán)結(jié)構(gòu)，可以在低功耗下實(shí)現(xiàn)高速度單位增益。雖然雙極型晶體管的射極跟隨電路的線性度優(yōu)于CMOS源極跟隨電路。但是，依然無法滿足高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器要求的線性度。
[0024]圖2(a)是本實(shí)用新型提出的高線性度輸入信號緩沖器提出的高線性度輸入信號緩沖器。圖2(a)電路為源極跟隨電路，通過線性化增強(qiáng)技術(shù)，降低源極跟隨電路的非線性。圖中的NM0S管M3是本實(shí)用新型輸入驅(qū)動(dòng)電路的主要源極跟隨驅(qū)動(dòng)管。NM0S管M3的源端通過開關(guān)S7連接到采樣電容C4。NM0S管Ml的源極跟隨器和電容C3、NM0S管M4組成的子電路，為采樣電容C4提供充放電電流。而NM0S管M2被用作源極跟隨器，用于減小NM0S管M3三個(gè)端口之間的電壓波動(dòng)。這些改進(jìn)都是為了增加NM0S管M3源極跟隨時(shí)