[發明專利]模數轉換器及其采樣保持電路

有效

• 申請號: 201010533781.2
• 申請日: 2010-11-02
• 公開（公告）號: CN101986570A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 朱樟明;修利平;李婭妮;劉簾曦;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;H03M1/54
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜

技術領域

本發明涉及半導體集成電路技術領域，尤其涉及模數轉換器及其采樣保持電路。

背景技術

隨著現代通訊技術和信號處理技術的發展，對具有高輸入動態范圍的數據轉換器的需求越來越大。其中，模數(A/D)轉換器(ADC)在移動通信、視頻系統等領域中的嵌入式應用使得高輸入動態范圍設計成為現代模/數轉換器方展的重要方向。采樣保持電路(sample?hold?devices)采集模擬輸入電壓在某一時刻的瞬時值，并在模/數轉換器進行轉換期間保持輸出電壓不變，以供模數轉換。作為模/數轉換器前端最關鍵的模塊，采樣保持電路的性能直接決定了整個ADC的性能。

做為近年來新發展起來的一種ADC，流水線型ADC主要應用于高速情況下的瞬態信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數據采集、視頻信號量化及高速數字通訊技術等領域。而高輸入動態范圍同樣也是衡量ADC性能指標的因素之一，因此，具有高輸入動態范圍的高速高精度的采樣保持電路的設計在流水線型ADC中變得非常重要。現有的流水線型ADC的采樣保持電路主要由自舉開關、輸入緩沖級和采樣電路和電流源電路組成。如圖1所示，包括輸入自舉開關M2、輸入緩沖級Q0、采樣電路20和電流源電路30。其中，輸入自舉開關M2為N型MOS晶體管，它的漏極與輸入信號VIN連接，柵極與自舉開關的時鐘控制信號CLK1連接，源極和襯底與輸入緩沖級Q0的基極連接。輸入緩沖級Q0作為輸入信號的緩沖器件并且驅動采樣電路；采樣電路20主要由采樣電容Cs和一個數字信號控制開關S組成，Cs用于采樣余量信號。子模數轉換器Sub_ADC將Q0發射極的模擬信號轉化為二進制數字信號，用來控制開關S分別導通在參考電壓VrefL或電壓VrefH端。電流源電路30主要由N型MOS晶體管M3和雙極性晶體管Q1組成的共源共柵電流源及關斷開關管Q2構成，用于提供輸入緩沖級工作時所需的電流。

采樣工作時，模擬輸入信號VIN經自舉開關電路M2連接到輸入緩沖級Q0，再由采樣電容Cs采樣輸入信號的余量信號傳遞給后續的增益放大器處理。輸入緩沖級Q0是雙極性晶體管(BJT，即半導體三極管)，其放大作用主要依靠它的發射極電流能夠通過基區傳輸到達集電區而實現。為了保證這一傳輸過程，一方面基區厚度要很小，另一方面發射結要正向偏置(加正向電壓)、集電結要反偏置。而當BJT的集電極開路時，其發射極與基極與之間的最大允許反向電壓，即發射結反向擊穿電壓，是有一個上限值的。上述電路結構中，采樣電容底極板與輸入參考電壓相連，在電路保持階段，過高的輸入參考電壓會導致源跟隨器連接形式的BJT輸入緩沖級的發射結反向擊穿，嚴重限制了采樣保持電路的輸入動態范圍。

發明內容

本發明實施例為了克服過高輸入參考電壓易致輸入緩沖級的發射結反向擊穿大問題，提供一種模數轉換器的采樣保持電路，包括：

一種模數轉換器的采樣保持電路，包括自舉開關電路、輸入緩沖級、采樣電路、子模數轉換器Sub_ADC、電流源電路和動態范圍調整電路。

其中，輸入緩沖級為三極管，用于輸入信號的緩沖，并通過發射極驅動采樣電路；

自舉開關電路包括輸入自舉開關，其一端與輸入信號連接，另一端與輸入緩沖級的基極相連；

采樣電路包括采樣電容和數字信號控制開關，用于采樣余量信號，數字信號控制開關的一端與采樣電容的底板相連；

子模數轉換器Sub?ADC從輸入緩沖極的發射極獲得輸入信號，并輸出數字信號來控制數字信號控制開關的另一端與外接參考電壓的導通；

電流源電路(包括N型MOS管和三極管組成的共源共柵電流源及開關管，用于向輸入緩沖級提供工作電流；

其中，由時鐘信號控制輸入自舉開關與電流源電路中的開關管交替工作，使所述采樣保持電路處于采樣階段或保持階段；

動態范圍調整電路，用于調整輸入緩沖級中三極管的基極電壓，使所述采樣保持電路處于保持階段時，所述輸入緩沖級發射極電壓和基極電壓差小于輸入緩沖級的反向擊穿電壓。

較優的，上述動態范圍調整電路由Sub?ADC的輸出信號來控制輸入緩沖級的基極與外接參考電壓的導通。

較優的，上述動態范圍調整電路也包括一數字信號控制開關，該數字信號控制開關的一端與輸入緩沖級的基極相連，另一端由Sub?ADC的輸出信號來控制與外接參考電壓的導通。

較優的，所述動態范圍調整電路包括兩個N型MOS管，這兩個N型MOS管的源極皆與輸入緩沖級的基極相連；漏極分別與所述外接參考電壓的兩個參考值相接；所述Sub?ADC的輸出信號通過兩個N型MOS管的柵極使得MOS管導通或關閉。