[發(fā)明專利]模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器的非線性補償電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210098209.0
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114944842A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 李楠楠;張韓瑞;王曉飛;張杰;齊歡歡;張鴻
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

公開了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器的非線性補償電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器的非線性補償電路中，輸入緩沖器緩沖模數(shù)轉(zhuǎn)換器外的輸入信號源的輸入信號以隔離所述輸入信號源與采樣開關；共模緩沖器緩沖模數(shù)轉(zhuǎn)換器的共模電壓；電流復制電路輸入端連接輸入緩沖器的頂端晶體管的柵端與漏端，輸出端連接所述共模緩沖器的頂端晶體管的柵端，使得輸入緩沖器的頂端晶體管與共模緩沖器的頂端晶體管組成電流鏡；采樣電路由采樣開關與采樣電容組成，采樣電容的上極板通過采樣開關連接至輸入緩沖器的輸出，將采樣電容的下極板連接至共模緩沖器的輸出，在采樣開關斷開之后，將采樣電容的上極板連接至參考電壓，采樣電容保持輸入信號與共模信號的壓差，并送進比較器。

技術領域

本發(fā)明涉及集成電路領域，特別是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器的非線性補償電路。

背景技術

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter，ADC)是片上系統(tǒng)(System on Chip，SoC)中最重要的模塊之一，它將自然界中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于數(shù)字系統(tǒng)處理。5G、毫米波通信和相控陣雷達等應用領域迫切需要高速高精度的ADC。目前主流的ADC結(jié)構(gòu)主要為以下幾種，全并行(Flash)ADC、流水線(Pipelined)ADC、逐次逼近(SuccessiveApproximation Register，SAR)ADC以及Sigma-Delta ADC。這些結(jié)構(gòu)中，SAR ADC結(jié)構(gòu)較為簡單，具有較低的功耗并能與先進工藝實現(xiàn)良好的兼容，而Pipelined ADC由于其流水線的優(yōu)勢，可以在實現(xiàn)高速的同時實現(xiàn)較高的精度。近年來隨著集成電路工藝的進步，SAR ADC的優(yōu)勢逐漸發(fā)揮出來，因此高速高精度ADC的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)已由傳統(tǒng)的Pipelined ADC演變?yōu)閷ipelined ADC與SAR ADC結(jié)合的Pipelined SAR ADC，它能夠?qū)崿F(xiàn)高速高精度且具有低功耗的優(yōu)勢。Pipelined ADC、SAR ADC、Pipelined SAR ADC結(jié)構(gòu)框圖分別如圖1、2、3所示。

無論是傳統(tǒng)的Pipelined ADC，還是近年來新出現(xiàn)的Pipelined SAR ADC，當ADC的采樣速率不斷提升，尤其是達到500MSPS以上時，驅(qū)動ADC芯片的信號源將面臨巨大的挑戰(zhàn)。由于ADC封裝連線(bonding wire)的寄生電感以及與輸入相關的寄生電容，ADC內(nèi)部采樣開關的大信號連續(xù)切換導致的回踢(kickback)現(xiàn)象，會嚴重破壞ADC的輸入信號，從而使得整個ADC的性能明顯惡化。為了解決高速高精度ADC的回踢問題，通常需要在ADC的采樣開關之前插入一個片上的輸入緩沖器，它不僅能夠隔離采樣開關的回踢，同時也能降低對輸入信號源的驅(qū)動要求。為了實現(xiàn)高速，目前輸入緩沖器的實現(xiàn)方案主要為源隨器結(jié)構(gòu)，它在驅(qū)動其后的采樣電容時，由于流入電容的瞬時電流與輸入信號完全相關，這使得緩沖器的輸出信號出現(xiàn)嚴重的非線性失真，從而大大降低了整個ADC的線性度指標。現(xiàn)有的一種解決方案是顯著地增大源隨器的直流電流，以降低非線性電流的比例，這必然會造成極大的功耗開銷；另一種基于補償電容的源隨器結(jié)構(gòu)(如圖4所示)可在一定程度上抑制緩沖器的非線性，但是其補償電容直接與輸入連接，會減小ADC的信號帶寬，同時為了保證補償電流的流向，也需要增加源隨器直流功耗。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有技術的信息。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術存在的不足或缺陷，提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器的非線性補償電路，通過ADC中的共模緩沖器的輸出補償部分輸入緩沖器的非線性。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器的非線性補償電路包括，

輸入緩沖器，其緩沖模數(shù)轉(zhuǎn)換器外的輸入信號源的輸入信號以隔離所述輸入信號源與采樣開關，輸入緩沖器為源隨器結(jié)構(gòu)，其頂端晶體管的柵端與漏端短接產(chǎn)生隨所述輸入信號波動的電流以作為電流復制電路的輸入電流；

共模緩沖器，其緩沖模數(shù)轉(zhuǎn)換器的共模電壓，共模緩沖器為源隨器結(jié)構(gòu)；