[發(fā)明專利]低電壓大擺幅PVT不敏感自舉型電荷傳輸電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810627187.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN108847845A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳珍海;許媛;占林松;劉琦;寧仁霞;萬書芹;孫劍;呂海江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黃山學(xué)院
• 主分類號(hào): H03M1/08
• 分類號(hào): H03M1/08
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44240
• 代理人: 楊大慶;葉綠林

本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種信號(hào)傳輸電路，該低電壓大擺幅PVT不敏感自舉型電荷傳輸電路包括一個(gè)電荷傳輸MOSFET管S、一個(gè)柵壓自舉增壓電路、第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第一PMOS管M3、第一電容C1和第二電容C2、一個(gè)電荷傳輸鏡像MOSFET管MSR、第一鏡像NMOS管M1R、第二鏡像NMOS管M2R、第一鏡像PMOS管M3R、電流源I1、電壓源V1和誤差放大器AE。其優(yōu)點(diǎn)是克服了現(xiàn)有信號(hào)傳輸電路中信號(hào)擺幅受限和共模電荷易受PVT波動(dòng)影響的問題，可以廣泛應(yīng)用于各類信號(hào)處理電路中。

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

隨著數(shù)字信號(hào)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(shì)。然而現(xiàn)實(shí)中的信號(hào)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(hào)方可輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)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(jì)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(dá)等應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)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(duì)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(shí)實(shí)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(jí)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，每一級(jí)使用低精度的基本結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入信號(hào)經(jīng)過逐級(jí)的處理，最后由每級(jí)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(jí),每一級(jí)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(shí)現(xiàn)最好的折中，因此在實(shí)現(xiàn)較高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)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(gè)子級(jí)電路的工作也都必須使用高增益和寬帶寬的運(yùn)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(yùn)算放大器負(fù)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(jì)的核心是所使用高增益和超寬帶寬的運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)。這些高增益和寬帶寬運(yùn)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(shì)。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(yùn)算放大器的使用。

電荷域流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是一種不使用高增益和超寬帶寬的運(yùn)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(shí)又能實(shí)現(xiàn)高速度和高精度。電荷域流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電荷域信號(hào)處理技術(shù)。電路中，信號(hào)以電荷包的形式表示，電荷包的大小代表不同大小的信號(hào)量，不同大小的電荷包在不同存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)間的存儲(chǔ)、傳輸、加/減、比較等處理實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能。通過采用周期性的時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)控制不同大小的電荷包在不同存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)處理便可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

在電荷域流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，各級(jí)電荷域流水線子級(jí)電路由本級(jí)電荷傳輸控制開關(guān)、多個(gè)電荷物理存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)連接到電荷存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的電荷存儲(chǔ)元件、多個(gè)比較器、多個(gè)受比較器輸出結(jié)果控制的基準(zhǔn)電荷選擇電路在控制時(shí)鐘的控制下構(gòu)成。各級(jí)流水線子級(jí)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(jí)的電荷物理存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。

由于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)包括了大量的數(shù)字電路，而普通CMOS工藝是實(shí)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(hào)處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)超高速和超高精度的電荷域流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最核心的一個(gè)問題就是電荷信號(hào)的存儲(chǔ)傳輸、比較量化以及加減運(yùn)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(shí)現(xiàn)。因此，為借助大規(guī)模數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高速度和高精度電荷域流水線模數(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(hào)傳輸電路。