[發(fā)明專利]用于多通道交替式模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的使用源極跟隨器的共源共柵A類差分參考緩沖器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210509308.3
• 申請(qǐng)日: 2022-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114759921A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱智峯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奇力士技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H03M1/08
• 分類號(hào): H03M1/08;G05F1/56;H03M1/12;H03M1/46
• 代理公司: 深圳市六加知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44372
• 代理人: 李于明

一種具有多個(gè)分支的參考緩沖器。每個(gè)分支具有上晶體管、下晶體管和作為串聯(lián)的尾裝置的電阻或電流源。上(下)晶體管的源極或發(fā)射極生成上(下)參考電壓。這種源極跟隨器晶體管配置具有低輸出阻抗和大電流。上(下)晶體管的柵極或基極由第一(第二)控制節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。控制分支具有串聯(lián)的上晶體管、下晶體管和尾裝置。對(duì)于上、下晶體管，源極和柵極、或發(fā)射極和基極連接在一起，并生成上、下控制節(jié)點(diǎn)。可替代地，上(下)晶體管的柵極或基極由接收上(下)帶隙電壓和作為負(fù)反饋的上(下)控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及參考電壓緩沖器，并且更特別地，涉及用于交替式模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的并行源極跟隨器高速參考緩沖器。

背景技術(shù)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)被廣泛地用于許多應(yīng)用中。一些應(yīng)用需要高精度和高采樣速度。高精度可以使用諸如8位到12位精度的多位ADC來(lái)實(shí)現(xiàn)。還需要非常精確的電壓參考。帶隙參考可以提供這樣的精度，但是，帶隙參考不能直接提供更高速的ADC所需的低阻抗和更高的電流。可添加參考緩沖器來(lái)緩沖帶隙參考，以提供低阻抗、大電流驅(qū)動(dòng)參考。

圖1A示出了具有參考緩沖器的現(xiàn)有ADC。差分模擬輸入緩沖器14接收差分模擬電壓Ainp、Ainn，對(duì)差分模擬電壓Ainp、Ainn進(jìn)行緩沖以將差分電壓輸入Vinp、Vinn驅(qū)動(dòng)到ADC100。ADC 100將差分輸入電壓與參考電壓Vrefp、Vrefn進(jìn)行比較，以確定與該輸入電壓等效的數(shù)字碼DCODE，根據(jù)ADC的分辨率，這具有+/-0.5LSB量化誤差。分辨率越高，則量化誤差越小。

帶隙參考發(fā)生器102使用帶隙裝置生成參考電壓Vrp、Vrn。來(lái)自帶隙參考發(fā)生器102的驅(qū)動(dòng)電流不足以直接將輸入電壓參考驅(qū)動(dòng)到ADC 100，因?yàn)锳DC 100的高速操作需要電壓參考對(duì)陣列電容進(jìn)行非常快速的充放電。

參考緩沖器10接收帶隙參考電壓Vrp、Vrn，并使用更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)其進(jìn)行緩沖，以生成輸入到ADC 100的Vrefp、Vrefn。

圖1B示出了需要來(lái)自參考電壓輸入的大電流的ADC中的電容陣列。轉(zhuǎn)換器101具有電容20、26、28的加權(quán)陣列，它們共享到比較器12的輸入端的電荷，當(dāng)比較器的+輸入端的電壓高于-輸入端的電壓時(shí)，比較器12生成為1的數(shù)字位VCOMP。

控制器或定序器(未示出)控制開(kāi)關(guān)16、18，開(kāi)關(guān)16、18允許將各種電壓切換到電容20、26、28的外極板或頂極板。每個(gè)開(kāi)關(guān)可以單獨(dú)控制。可利用逐次逼近(SA)程序來(lái)相繼接通或關(guān)斷較小的電容，以測(cè)試不同的數(shù)字值，從而查看哪個(gè)數(shù)字值最接近于模擬輸入電壓。

例如，可通過(guò)將所有開(kāi)關(guān)16、18設(shè)置成將共模電壓VCM連接到所有電容20、26、28的外極板來(lái)初始化轉(zhuǎn)換器101。也可通過(guò)均衡開(kāi)關(guān)(未示出)來(lái)將比較器12的+和-輸入線驅(qū)動(dòng)到VCM。可使用1:1電阻分壓器作為參考電壓之間的中點(diǎn)(如(Vrefp-Vrefn)/2)生成VCM。

然后，在采樣階段中，可通過(guò)開(kāi)關(guān)16、18將真正的模擬電壓Vinp施加到內(nèi)(底)極板與比較器12的+輸入端連接的所有電容20、26的外極板，而通過(guò)開(kāi)關(guān)16、18將補(bǔ)充模擬電壓Vinn施加到內(nèi)極板與比較器12的-輸入端連接的所有電容20、28的外極板。因此，將差分模擬輸入電壓采樣到電容20、26、28的極板中。

接著，在評(píng)估階段期間，開(kāi)關(guān)16、18將VCM驅(qū)動(dòng)到所有輸出極板，但是逐次逼近程序相繼測(cè)試?yán)脜⒖茧妷憾皇荲CM驅(qū)動(dòng)的更小的電容。

例如，當(dāng)測(cè)試最高有效位(MSB)電容26、28時(shí)，上開(kāi)關(guān)18將參考Vrefn連接到MSB電容26的外極板，而下開(kāi)關(guān)18將參考Vrefp連接到MSB電容28的外極板。這種切換導(dǎo)致電荷共享并且電荷在MSB電容26、28與到比較器12的+和-輸入線之間偏移，這可能會(huì)翻轉(zhuǎn)數(shù)字輸出VCOMP。SA程序可以觀察VCOMP的翻轉(zhuǎn)，并設(shè)置成作為結(jié)果清除逐次逼近寄存器(SAR)中的位。通過(guò)相繼測(cè)試更小的電容20，SA程序可以用模擬輸入電壓的較好的近似來(lái)填充SAR。