[發明專利]可擴展集成數據轉換器

在審

• 申請號: 201680082037.0
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN108702155A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: S·M·朔貝爾;R·C·朔貝爾
• 申請（專利權）人: 電路種子有限責任公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;H03M1/66
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

本發明涉及一種集成數據轉換器，具體地涉及使用基于電荷的方法的模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)。電流場效應晶體管的互補對用于形成可擴展ADC的放大器，并且公開了DAC，包含逐次逼近數據轉換器(ADC和DAC)和流水線數據轉換器(ADC和DAC)。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年12月17日提交的美國臨時申請號62/268，983以及于2016年7月29日提交的PCT國際申請號PCT/US2016/044770的優先權，所述申請的內容通過引用以其全文并入本文。

背景技術

發明領域

本發明涉及集成數據轉換器，具體地涉及使用基于電荷的方法的模數轉換器和數模轉換器。

相關技術說明

新世紀帶來對以極快速的步伐發展的連接性的需求。到2015年底，全球網絡連接數量超過世界人口的兩倍，并且據估計，到2020年，超過300億裝置將無線地連接到云形成物聯網(或“IoT”)。實現這一新紀元是已經在過去二十年興起的移動計算和無線通信的革命性發展。根據摩爾定律，高集成且成本有效的硅互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置允許將如龐大的模數轉換器或收發器等數字和模擬系統元件合并到更成本有效的單個芯片方案中。

然而，在過去幾年中，盡管數字電路已經極大地遵循預測路徑并受益于將CMOS技術擴展到超深亞微米(sub-μm)，但是模擬電路并未實現跟隨同樣的趨勢，并且可能在沒有模擬設計中的范式轉變的情況下永遠無法實現。模擬和射頻(或“RF”)設計者仍然努力發現如何做出針對超深亞微米特征大小的高性能集成電路(或“IC”)，而不損失收縮大小的益處；包括：降低的功率、緊湊的占用面積和較高的操作頻率。真實地，需要通過模擬設計的已建立科學來打破范式轉變從而滿足新世紀的片上系統(SoC)需求。

現有技術：

模擬電路的核心構造快是放大器。分立部件放大器自由地使用電阻器、電容器、電感器、變壓器和非線性元件以及各種類型的晶體管。各個部件之間的不期望的寄生現象通常可以忽略。然而，為了在集成電路內建立放大器，正常模擬電路部件不是可容易獲得的，并且通常采用特殊IC過程擴展來獲得這些電路元件，如果有的話。由于集成電路放大器非常接近并且通過它們集成到其中的硅晶圓耦合在一起，因此集成電路放大器上的寄生現象嚴重。摩爾定律IC過程的進步專注于數字微處理器以及存儲器過程發展。花費一代(～18個月)或兩代來擴展IC過程以便合并模擬部件，因此模擬功能通常不包含在最新過程單個芯片系統上。這些“混合模式”IC過程較不可用、依賴于供應商并且更昂貴以及更高地遭受參數變化。采用實質工程來將稀疏模擬功能包含在任何IC上，這對其IC供應商和過程節點來說變得特殊。因為對于每個過程節點來說，模擬電路是仔細且特別設計和布置的，這種模擬電路是高度不可移的。抵抗這一限制，模擬電路設計工程師變得稀少并且慢慢退休而沒有充分的替代者。

運算放大器(或OpAmp)是處理模擬信息所必須的基本的IC模擬增益塊。OpAmp使用非常高度匹配的晶體管對來在電壓輸入端處形成差分晶體管對。匹配是集成電路上可容易獲得的參數，但是為了接近需要的匹配等級，使用許多考慮：相似的圖心布局、多個大型裝置、良好的隔離以及物理布局技術等許多其它考慮。大面積匹配的晶體管組也可以用于電流鏡和負載裝置。OpAmp需要電流源進行偏置。OpAmp進一步需要電阻器和電容器(或RC)補償極來防止振蕩。電阻器對“R”來說是必不可少的，并且RC時間常數的值相當精確。太大的電阻器值將使放大器太慢且太小，導致振蕩。恒定的“偏置”電流增加功率損耗。通常，這些偏置電流想要比在整個信號操作期間需要的峰值電流更大。