[發(fā)明專利]預充電平衡負載開關電容電路和包含其的開關電容比較器

有效

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• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104052441B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 陸波;尹國和;陳勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: H03K5/22
• 分類號: H03K5/22
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11435
• 代理人: 孟阿妮

技術領域

本發(fā)明涉及集成電路電路技術領域，尤其涉及一種預充電平衡負載開關電容電路和包含其的開關電容比較器。

背景技術

在模擬/混合信號集成電路中，功耗與速度是一對很重要的折中關系，為了提高速度，往往需要犧牲功耗。在基于開關電容技術的模擬/混合信號集成電路中，經(jīng)常需要多個時鐘相位實現(xiàn)對模擬信號的處理，如采樣保持、比較、余量放大、積分等。

如圖1所示，以傳統(tǒng)的開關電容比較器1為例，包括主放大器11、開關電容網(wǎng)絡12和虛地放大器13，實現(xiàn)輸入信號Vin與閾值電平Vth的比較。其工作于兩種模式：采樣模式與比較模式，分別對應CK1與CK2兩個不交疊的時鐘相位。在采樣模式期間，開關電容網(wǎng)絡12中的采樣電容Cs1與Cs2分別采樣Vth與Vin，虛地放大器13工作在閉環(huán)狀態(tài)，其中主放大器11提供比較閾值電平Vth。在比較模式期間，采樣電容均接至信號地，虛地放大器工作在開環(huán)狀態(tài)。

對于主放大器11，在采樣模式開始階段，Cs1的左端的初始電平為信號地，當采樣開關閉合瞬間，主放大器的輸出立刻被拉至信號地。因此，主放大器11輸出信號建立的起始電平為信號地，在極端條件下，這個建立過程可能包含非線性的壓擺過程，大大增加了建立時間。這是一個典型的功耗與速度的折中問題，即要提高采樣模式下Vth的建立速度，就必須增加主放大器的帶寬，也即需要消耗更多的功耗。

在負載不變的條件下，如果通過某種電路技術使得建立的起始電平為最終電平，即Vth，則理論上建立時間為零。在相同速度條件下，可以大大降低主放大器的功耗。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種預充電平衡負載開關電容電路和開關電容比較器，能在相同速度條件下，大大降低主放大器的功耗。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種預充電平衡負載開關電容電路，包括一個開關電容電路、主放大器和虛地放大器；

所述主放大器用于將輸入的第一模擬電壓信號進行緩沖形成第二模擬電壓信號，并輸出到所述開關電容電路；

所述開關電容電路用于對所述第二模擬電壓信號進行采樣，生成第一采樣信號；

所述虛地放大器用于接收所述第一采樣信號并放大形成第二采樣信號后輸出；

其中，

所述開關電容電路包括第一開關電容網(wǎng)絡和第二開關電容網(wǎng)絡，所述第一開關電容網(wǎng)絡和第二開關電容網(wǎng)絡具有相同電路結構，且周期性地工作于采樣模式、轉移模式和預充電模式；

所述第一開關電容網(wǎng)絡和第二開關電容網(wǎng)絡包括多個開關，所述多個開關用于使得當?shù)谝?第二開關電容網(wǎng)絡工作在比較模式時，第二/第一開關電容網(wǎng)絡工作在預充電模式。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種開關電容比較器，包括預充電平衡負載開關電路，還包括輸入電壓采集模塊；所述輸入電壓采集模塊用于對輸入的第三模擬電壓進行采樣形成第三采樣信號；

所述虛地放大器用于比較所述第一采樣信號和所述第三采樣信號。

采用本發(fā)明的預充電平衡負載開關電容電路和開關電容比較器，可以實現(xiàn)主放大器的平衡負載和對負載電容預充電的功能，進而加快采樣模式下主放大器對負載電容的建立時間，最終實現(xiàn)對功耗與速度的優(yōu)化。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術的開關電容比較器的電路圖；

圖2為本發(fā)明的預充電平衡負載開關電容電路的一種實施方式的電路圖；

圖3為圖2中的預充電平衡負載開關電容電路中的開關電容電路中各開關的一種實施方式的通斷時序圖；

圖4為圖2中的預充電平衡負載開關電容電路中的開關電容電路中各開關的另一種實施方式的通斷時序圖；

圖5為本發(fā)明的開關電容比較器的一種實施方式的電路圖；

圖6為圖5中各開關的一種實施方式的通斷時序圖；

圖7為本發(fā)明的差分連接的預充電平衡負載開關電容電路的一種實施方式的電路圖。

具體實施方式

下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或者更多個其他附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y合。應當注意，為了清楚目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。

參見圖2所示，為本發(fā)明的預充電平衡負載開關電容電路的一種實施方式的電路圖。

在本實施方式中，預充電平衡負載開關電容電路2包括一個開關電容電路22、主放大器21和虛地放大器23。