[發明專利]一種帶有交叉耦合濾波網絡的高速參考電壓緩沖器

有效

• 申請號: 201810555416.8
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108563276B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李靖;陳炳華;羅建;徐成陽;寧寧;吳克軍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種帶有交叉耦合濾波網絡的高速參考電壓緩沖器，屬于模擬集成電路技術領域。包括參考電壓產生模塊和參考電壓輸出緩沖模塊，參考電壓產生模塊包括電平轉移電路、兩個分別由誤差放大器和源隨器MOS管構成的反饋回路以及一個二極管接法的MOS管，參考電壓輸出緩沖模塊包括一個CRC濾波網絡、兩個源隨器輸出級和一個二極管接法的MOS管，外部給定的基準電壓通過電平轉移電路后產生初級正參考電壓和初級負參考電壓，再分別經過兩個反饋環路后從兩個誤差放大器的輸出端輸入到參考電壓輸出緩沖模塊中的CRC濾波網絡濾波進行處理，最后通過兩個源隨器輸出級輸出正參考電壓和負參考電壓。本發明節省了芯片面積，并提高了響應速度。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路技術領域，特別涉及一種帶有交叉耦合濾波網絡和具有快速響應能力的參考電壓緩沖器電路。

背景技術

集成電路工藝的進步使數字電路工作速度不斷提高，要求模數轉換器ADC具有更高的速度，然而隨著ADC速度的提高，對于參考電壓緩沖器的響應速度要求也越來越高，特別是對于高速的時間交織ADC來說，不僅要求參考電壓緩沖器具有快速的響應速度，而且對于通道間參考電壓的相互干擾也提出了更加嚴格的要求。鑒于以上原因，帶有優秀濾波效果的濾波網絡的高速參考電壓緩沖器電路成為這一領域的研究熱點。傳統參考電壓緩沖器的濾波網絡一般會有比較大的面積消耗，同時為了達到快速的響應能力，功耗比較高，因此在設計過程中需要盡量去折中考慮濾波網絡的濾波效果和面積以及響應速度和功耗的關系。

目前常見的高速參考電壓電路及其濾波網絡如附圖1所示，其中M13、M14、M15、M16、R3和R4一起構成了CRC濾波網絡，M11、M12和R5構成其輸出級結構，在接入單通道逐次逼近寄存器型模數轉換器SAR ADC負載時，由于產生正參考電壓Vreft的輸出端會對負載電容進行充電，產生負參考電壓Vrefb的輸出端會將負載電容多余的電荷放掉，而電荷轉移過程中無法進行突變，導致實際的電路無法瞬間進行響應，因此產生正參考電壓Vreft的輸出端會輸出一個向下的過沖信號ΔVreft，產生負參考電壓Vrefb的輸出端會出現一個向上的過沖信號ΔVrefb，這里的抖動會通過M11和M12管的柵源寄生電容Cgs，造成M11和M12柵端出現一定抖動ΔVgt和ΔVgb，不妨設M13～M16對地的等效電容為C1，則可以得到：

可以分析得到想要讓M11和M12柵端的抖動更小，需要去增加C1的電容值和減小Cgs的電容值，而實際過程中的Cgs為輸出級源隨器的柵源寄生電容，只能通過減小M11和M12的寬長比去減小它，但是這與快速響應能力要求的大寬長比矛盾，因此實際過程中只能增加C1的電容值，由于Cgs的電容值比較大，這里C1的電容值一般需要比Cgs的電容值大3到5倍左右，對于多通道來說，需要消耗比較大的面積。

在瞬態響應時，帶上單個通道ADC的等效負載模型簡效分析如附圖2所示，其中kC0和mC0分別表示某次量化過程中開關切換后DAC上極板到產生正參考電壓Vreft的輸出端之間的電容和到產生負參考電壓Vrefb的輸出端之間的電容大小，I2表示對負載的充電電流，I4表示負載的放電電流，假設濾波效果比較好，即ΔVgt和ΔVgb很小，那么可以認為Vgt和Vgb為一個固定電平，很明顯由于ΔVreft會引起I1出現一個增量，

ΔI1∝ΔVreft²

而ΔVrefb會引起I3出現一個減小量，引起I5出現一個增量，

ΔI3∝ΔVrefb²

ΔI5∝ΔVrefb

由于在實際響應過程中，相同時間內在參數正參考電壓Vreft的輸出端對負載的充電電荷量等于產生負參考電壓Vrefb的輸出端負載的放電電荷量，因此可以得到產生正參考電壓Vreft的輸出端的充電電流I2等于產生負參考電壓Vrefb的輸出端的放電流I4，而

ΔI2＝ΔI1+ΔI3