[發(fā)明專利]輸入信號擺幅增強型信號傳輸電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710783941.0
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107565955B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳珍海;黃偉;呂海江;程德明;胡文新;胡一波;汪輔植;朱仙琴;吳翠豐
• 申請（專利權(quán)）人: 黃山市祁門新飛電子科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: H03K19/0185
• 分類號: H03K19/0185;H03M1/38
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務(wù)所(普通合伙) 44240
• 代理人: 葉綠林;楊大慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電荷耦合流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號擺幅增強型電荷信號傳輸電路，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)的數(shù)字化和集成化是必然趨勢。然而現(xiàn)實中的信號大都是連續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號方可輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進行處理和控制，因而模數(shù)轉(zhuǎn)換器在未來的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中是不可或缺的組成部分。在寬帶通信、數(shù)字高清電視和雷達等應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時具有非常高的采樣速率和分辨率。這些應(yīng)用領(lǐng)域的便攜式終端產(chǎn)品對于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求不僅要高采樣速率和高分辨率，其功耗還應(yīng)該最小化。

目前，能夠同時實現(xiàn)高采樣速率和高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)為流水線結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。流水線結(jié)構(gòu)是一種多級的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，每一級使用低精度的基本結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入信號經(jīng)過逐級的處理，最后由每級的結(jié)果組合生成高精度的輸出。其基本思想就是把總體上要求的轉(zhuǎn)換精度平均分配到每一級,每一級的轉(zhuǎn)換結(jié)果合并在一起可以得到最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果。由于流水線結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在速度、功耗和芯片面積上實現(xiàn)最好的折中，因此在實現(xiàn)較高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換時仍然能保持較高的速度和較低的功耗。

現(xiàn)有比較成熟的實現(xiàn)流水線結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的方式是基于開關(guān)電容技術(shù)的流水線結(jié)構(gòu)。基于該技術(shù)的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中采樣保持電路和各個子級電路的工作也都必須使用高增益和寬帶寬的運算放大器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和處理精度取決于所使用高增益和超寬帶寬的運算放大器負反饋的建立速度和精度。因此該類流水線結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的核心是所使用高增益和超寬帶寬的運算放大器的設(shè)計。這些高增益和寬帶寬運算放大器的使用限制了開關(guān)電容流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度，成為該類模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能提高的主要限制瓶頸，并且精度不變的情況下模數(shù)轉(zhuǎn)換器功耗水平隨速度的提高呈直線上升趨勢。要降低基于開關(guān)電容電路的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗水平，最直接的方法就是減少或者消去高增益和超寬帶寬的運算放大器的使用。

電荷耦合流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是一種不使用高增益和超寬帶寬的運算放大器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有低功耗特性同時又能實現(xiàn)高速度和高精度。電荷耦合流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電荷耦合信號處理技術(shù)。電路中，信號以電荷包的形式表示，電荷包的大小代表不同大小的信號量，不同大小的電荷包在不同存儲節(jié)點間的存儲、傳輸、加/減、比較等處理實現(xiàn)信號處理功能。通過采用周期性的時鐘來驅(qū)動控制不同大小的電荷包在不同存儲節(jié)點間的信號處理便可以實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

在電荷耦合流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，各級電荷耦合流水線子級電路由本級電荷傳輸控制開關(guān)、多個電荷物理存儲節(jié)點、多個連接到電荷存儲節(jié)點的電荷存儲元件、多個比較器、多個受比較器輸出結(jié)果控制的基準電荷選擇電路在控制時鐘的控制下構(gòu)成。各級流水線子級電路的工作過程中，電荷的傳輸、加/減、比較量化等功能均圍繞各子級的電荷物理存儲節(jié)點進行。

由于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)包括了大量的數(shù)字電路，而普通CMOS工藝是實現(xiàn)這些大規(guī)模數(shù)字電路的最佳工藝。要借助數(shù)字信號處理技術(shù)來實現(xiàn)超高速和超高精度的電荷耦合流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最核心的一個問題就是電荷信號的存儲傳輸、比較量化以及加減運算等關(guān)鍵步驟在現(xiàn)有的普通CMOS工藝條件下能夠高效并精確地實現(xiàn)。因此，為借助大規(guī)模數(shù)字信號處理技術(shù)來實現(xiàn)高速度和高精度電荷耦合流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，必須提供一種適用于普通CMOS工藝的高精度電荷信號傳輸電路。