[發(fā)明專利]用于逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器前端的寬帶采樣保持電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310702015.8
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103716054B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫金中;郭銳;高艷麗;謝鳳英;朱家兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H03M1/54
• 分類號: H03M1/54
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所34114
• 代理人: 徐偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器前端的寬帶采樣保持電路。

背景技術(shù)

隨著集成電路先進制造工藝技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體工藝已經(jīng)發(fā)展到20納米以下的節(jié)點。半導(dǎo)體工藝的進步給數(shù)字電路帶來了低電源電壓、低功耗、高集成度和小芯片面積等特點；但是對于模擬電路，傳統(tǒng)器件的設(shè)計變得更加復(fù)雜和難以實現(xiàn)。因此，在電路系統(tǒng)中將盡可能多的功能由模擬域轉(zhuǎn)化到功能日益強大的數(shù)字域去實現(xiàn)成為研究熱點。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是搭建數(shù)字電路和模擬世界的橋梁和紐帶，需要能夠兼容深亞微米下低電源電壓的需求同時為了滿足系統(tǒng)最大數(shù)字化的需求需要提供足夠?qū)挼妮斎胄盘枎挕Ｄ?shù)轉(zhuǎn)換器，尤其是逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過對內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的方式——采用時分復(fù)用的串行比較方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)最大化的減小模擬電路模塊的目的；隨著半導(dǎo)體工藝的進步，逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在需求超低功耗的手持和便攜式設(shè)備領(lǐng)域逐步取代其他類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)呈現(xiàn)模塊化、智能化、軟件化和功能化的特點，并且要求通信系統(tǒng)具有良好的兼容性和較強的靈活性，以便于開發(fā)和升級，在這種需求的帶動下，上世紀90年代中期出現(xiàn)了軟件無線電技術(shù)。這種源于美國軍事無線通信要求的新技術(shù)核心思想是通過構(gòu)造一個開發(fā)的通用平臺，把盡可能多的通信功能用軟件實現(xiàn)。在硬件實現(xiàn)架構(gòu)上要求關(guān)鍵電路模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路盡可能的靠近天線，將天線接收的射頻信號直接數(shù)字量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供數(shù)字信號處理器進行處理。從而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號帶寬要求盡可能的高達GHz以上。然而傳統(tǒng)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于輸入采樣帶寬在幾百MHz以下。很難滿足后端的軟件無線電接收機對超高速的輸入信號（GHz以上）的帶寬要求。因此，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的采樣保持電路的帶寬和功耗成為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能提升的瓶頸。市場上急需一種用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的、兼顧高輸入信號帶寬與低功耗的采樣保持電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器前端的采樣保持電路，以滿足軟件無線電系統(tǒng)對高輸入信號帶寬和低功耗的雙重需求。其具體的結(jié)構(gòu)如下：

用于逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器前端的寬帶采樣保持電路，由第一級電壓緩沖器1、時鐘處理單元2、采樣開關(guān)電容子電路3、第二級電壓緩沖器4組成；其中，第一級電壓緩沖器1的信號輸出端與電壓自舉單元電路控制的采樣開關(guān)電容子電路3的信號輸入端連接；采樣開關(guān)電容子電路3的信號輸出端與第二級電壓緩沖器4的信號輸入端連接；時鐘處理單元2分別向第一級電壓緩沖器1和采樣開關(guān)電容子電路3提供時鐘信號；

第一級電壓緩沖器1，負責將采樣開關(guān)電容子電路3與前級電路相隔離，減小等效輸入電容的容值；

時鐘處理單元2產(chǎn)生一對非交疊時鐘信號，即第一時鐘信號CK1和第二時鐘信號CK1N，并將非交疊時鐘信號第一時鐘信號CK1和第二時鐘信號CK1N傳遞至采樣開關(guān)電容子電路3，控制并實現(xiàn)采樣開關(guān)電容子電路3的開關(guān)；時鐘處理單元2還產(chǎn)生倍壓時鐘信號CKB，并將該倍壓時鐘信號CKB傳遞至第一級電壓緩沖器1，實現(xiàn)第一級電壓緩沖器1的開關(guān)；

采樣開關(guān)電容子電路3包括電壓自舉單元電路31和采樣電路單元32兩部分；電壓自舉單元電路31接收自時鐘處理單元2產(chǎn)生的第一時鐘信號CK1和第二時鐘信號CK1N并控制采樣電路32對第一級電壓緩沖器1傳遞來的射頻信號進行采樣保持；

第二級電壓緩沖器4，用于將采樣開關(guān)電容子電路3與后級的采樣的電容陣列單元相隔離，并增強采樣開關(guān)電容子電路3對后級的采樣的電容陣列單元的驅(qū)動能力。

進一步地說，第一級電壓緩沖器1采用電壓緩沖器結(jié)構(gòu)，且在起開關(guān)控制作用的時鐘處理單元2的非交疊時鐘信號下工作：當采樣開關(guān)電容子電路3處于采樣模式時，第一級電壓緩沖器1導(dǎo)通；當采樣開關(guān)電容子電路3處于保持模式下時，第一級電壓緩沖器1關(guān)閉，從而減小在保持模式下輸入的射頻信號通過開關(guān)寄生電容耦合而引入的失調(diào)，同時降低了本產(chǎn)品的平均功耗；時鐘處理單元2產(chǎn)生一對相互不交疊時鐘信號（第一時鐘信號CK1和第二時鐘信號CK1N）和一個倍壓時鐘信號CKB；具體步驟如下：

時鐘處理單元2首先產(chǎn)生一對相互不交疊時鐘信號，即第一時鐘信號CK1和第二時鐘信號CK1N；時鐘處理單元2向控制電壓自舉單元電路31和第一級電壓緩沖器1提供做為導(dǎo)通信號的時鐘信號；隨后，用上述兩個互不交疊時鐘第一時鐘信號CK1和第二時鐘信號CK1N控制電容倍壓產(chǎn)生倍壓時鐘信號CKB；