[發(fā)明專利]具有漏電流補(bǔ)償功能的高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010068045.8
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN111211782B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐代果;蔣和全;李儒章;王健安;陳光炳;王育新;付東兵;戴永紅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所;重慶吉芯科技有限公司
• 主分類號(hào): H03M1/46
• 分類號(hào): H03M1/46
• 代理公司: 重慶樂泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

本發(fā)明公開了一種具有漏電流補(bǔ)償功能的高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括主ADC模塊、輔助ADC模塊和兩個(gè)采樣開關(guān)漏電流補(bǔ)償模塊；輔助ADC模塊產(chǎn)生與主ADC模塊的漏電流呈線性關(guān)系的輔助漏電流并送給兩個(gè)采樣開關(guān)漏電流補(bǔ)償模塊，使兩個(gè)采樣開關(guān)漏電流補(bǔ)償模塊產(chǎn)生與主ADC模塊的漏電流相同的補(bǔ)償電流送給主ADC模塊。本發(fā)明中，由于輔助ADC模塊的器件為主ADC模塊的器件按比例縮小，因此，輔助ADC模塊的面積可以做得很小；由于輔助ADC模塊和采樣開關(guān)漏電流補(bǔ)償模塊產(chǎn)生的補(bǔ)償電流和主ADC模塊產(chǎn)生的漏電流隨溫度、電源電壓和工藝呈線性同步變化，因此不需要額外的補(bǔ)償技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，補(bǔ)償精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，特別涉及一種具有漏電流補(bǔ)償功能的高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

近年來，隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)的進(jìn)一步提高，特別是隨著集成電路工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，對高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)的研究也越來越深入。隨著集成電路制造工藝的不斷演進(jìn)，高增益運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)變得越來越困難，由于不需要運(yùn)算放大器，SAR ADC具有天然的低功耗優(yōu)勢，特別是在納米級(jí)工藝節(jié)點(diǎn)下，SAR ADC的速度又得到了巨大的提升。因此，高速SAR ADC成為目前模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究熱點(diǎn)。由于采樣開關(guān)源極和漏極和地之間寄生二極管的存在，在SAR ADC處于逐次逼近狀態(tài)時(shí)，采樣極板和地之間存在一個(gè)漏電流，由于這個(gè)漏電流的存在，打破了權(quán)重電容陣列的電荷守恒，從而降低SAR ADC的精度。隨著集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步和溫度的增加，這個(gè)漏電流會(huì)越來越大，對SAR ADC精度的影響也不斷增加。

傳統(tǒng)SAR ADC的電路圖如圖1所示，逐次逼近路線圖和時(shí)序圖如圖2所示。如果不考慮采樣開關(guān)Sp和Sn的源極和漏極與地之間的寄生二極管，當(dāng)該結(jié)構(gòu)的SAR ADC處于采樣狀態(tài)時(shí)，采樣信號(hào)Clkin為高電平，時(shí)鐘信號(hào)Clk為低電平，主ADC模塊的開關(guān)Sp/Sn對差分輸入信號(hào)Vip和Vin進(jìn)行采樣。當(dāng)該結(jié)構(gòu)SAR ADC處于逐次逼近狀態(tài)時(shí)，主ADC模塊的開關(guān)Sp/Sn斷開，采樣信號(hào)Clkin為低電平，時(shí)鐘信號(hào)Clk產(chǎn)生比較器的使能信號(hào)，權(quán)重電容陣列的上極板VSP和和下極板VSN開始逐次逼近過程。

如果考慮采樣開關(guān)Sp和Sn的源極和漏極與地之間的寄生二極管，采樣開關(guān)源極和漏極與地之間寄生二極管的采樣開關(guān)剖面圖如圖3所示，BOOST模塊為采樣開關(guān)柵壓自舉電路，P-SUB為芯片襯底，DNW為深N阱，NW為N阱，P+為P擴(kuò)散區(qū)，N+為N擴(kuò)散區(qū)，PW為P阱，G表示采樣NMOS管的柵極。當(dāng)SAR ADC處于逐次逼近狀態(tài)時(shí)，由于采樣開關(guān)源極和漏極與地之間寄生二極管Dp和Dn的存在，從采樣極板VSP和VSN到地之間存在一個(gè)漏電流Ip和In，這個(gè)漏電流的大小可表示為：

式(1)中，I_S表示漏電流Ip或In，I_s0表示二極管反向飽和電流，是一個(gè)與二極管面積正相關(guān)的常數(shù)，同時(shí)，由式(1)可知，I_S會(huì)隨著溫度的增加而增加。由于在高速SAR ADC的設(shè)計(jì)中，為了增加采樣速度，會(huì)將采樣開關(guān)的面積做的比較大，采樣電容設(shè)計(jì)的比較小，這就會(huì)導(dǎo)致采樣開關(guān)源極和漏極與地之間的寄生二極管面積增加，當(dāng)SAR ADC處于逐次逼近狀態(tài)時(shí)，采樣極板VSP和VSN到地的漏電流會(huì)增加，導(dǎo)致采樣極板出現(xiàn)較大的漏電流。而隨著集成電路制造工藝的不斷演進(jìn)，這個(gè)漏電流也會(huì)不斷增加，因此，在更先進(jìn)的工藝下，上述問題會(huì)更加嚴(yán)重。同時(shí)，由式(1)可知，隨著溫度的增加，上述漏電流也會(huì)增加。考慮漏電流影響時(shí)SAR ADC逐次逼近路線圖和時(shí)序圖如圖4所示，由圖4可知，如果考慮到漏電流的影響，在逐次逼近過程中，采樣極板VSP和VSN會(huì)發(fā)生電壓的下降，同時(shí)，由于兩個(gè)極板的電壓是不同的，所以兩個(gè)極板的電壓下降幅度也是不同的，這個(gè)問題會(huì)嚴(yán)重影響SAR ADC的精度，在高精度SAR ADC的設(shè)計(jì)中，這個(gè)漏電流是一個(gè)必須解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種具有漏電流補(bǔ)償功能的高速逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：