專利名稱：：一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種偏置電路，尤其涉及一種應用于流水線模數(shù)轉換器上的偏置電路。
背景技術：
：隨著半導體技術的日益發(fā)展，數(shù)字多媒體電子產品在人們的生活中扮演著舉足輕重的作用。數(shù)字技術具有抗干擾能力和穩(wěn)定性強、電路結構簡單、設計方便、集成度髙以及靈活性和可移植性的特點日益突出。而實際中遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，需經過模/數(shù)轉換變成數(shù)字信號才可輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進行處理和控制，因而作為把模擬電量轉換成數(shù)字量輸出的接口電路-模數(shù)轉換器是現(xiàn)實世界中模擬信號向數(shù)字信號的橋梁，是電子技術發(fā)展的關鍵和瓶頸所在。由于流水線模數(shù)轉換器可以在速度、功耗和芯片面積上實現(xiàn)最好的折中。目前，在髙速、髙精度模數(shù)轉換器中流水線型模數(shù)轉換器是主流產品。1987年第一個單片集成的CMOS流水線模數(shù)轉換器設計成功。此后的幾十年，這種結構的模數(shù)轉換器不斷得到改進。目前應用的流水線模數(shù)轉換器芯片，以1.5bit每級，帶數(shù)字校正的結構最為流行。主要是該結構的流水線模數(shù)轉換器可以達到更髙的速度、更大的校正范圍。流水線模數(shù)轉換器一般由時鐘發(fā)生電路、流水線轉換結構、延時校準寄存器和數(shù)字校正電路構成。一般流水線轉換結構是輸入采樣保持電路、n級流水子級轉換電路、FlashADC級聯(lián)。隨著流水線ADC技術的發(fā)展和工藝的進步，逐漸出現(xiàn)了省略第一級采樣保持電路的流水線模數(shù)轉換器、運放開環(huán)工作的流水線模數(shù)轉換器、級間運放共享的流水線模數(shù)轉換器等。采用這些新的設計思想的一個主要目的是降低芯片面積和功耗。特別是隨著片上系統(tǒng)(SoC)的發(fā)展，模數(shù)轉換器可以做為一個IP集成在整個系統(tǒng)上。這就對低功耗的模數(shù)轉換器設計提出了更髙的要求。在流水線模數(shù)轉換器中，核心和消耗功耗最多的部分是采樣保持電路和每一級的子流水線電路中的運算放大器。在流水線模數(shù)轉換器中，運放要在半個時鐘周期內保證信號建立到足夠的精度。隨著采樣時鐘頻率的提髙，對運放建立時間的要求就越來越嚴格。而現(xiàn)有技術中一般流水線模數(shù)轉換器中，每一級的MDAC中的運算放大器都是采用的固定偏置。這樣無論采樣頻率為多大，運放的功耗和建立時間都是固定的。要使運放工作在一個較寬的采樣時鐘頻率下，運放的功耗和建立時間都要滿足最髙的采樣頻率要求，這樣在較低的采樣時鐘頻率下，運放設計的就會"過量"，消耗額外的功耗。
實用新型內容本實用新型目的就是提供一種可以根據(jù)輸入采樣時鐘的頻率變化產生相應的偏置電平從而為模數(shù)轉換器中的運算放大器提供偏置的偏置電路。為了達到上述實用新型目的，本實用新型的技術方案為一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，該電路主要由一差分放大器和多級場效應管以及與受控于采樣時鐘的頻率的變化而變化的可變電阻組成，其中，所述差分放大器的正輸入端與一基準電壓源相連接，差分放大器的輸出端與第一級場效應管的柵極相電連接，差分放大器的負輸入端與一輸入電壓相連接，且該輸入電壓與第一場效應管的漏極相電連接，所述可變電阻一端與輸入電壓相連接另一端接地，第二級場效應管的柵極與第一級場效應管柵極相電連接，第三級場效應管柵極與漏極相連接后并與第二級場效應管漏極相連，其后的多級場效應管各柵極與第三級場效應管柵極相連以構成第三級場效應管的鏡像電流結構，在工作狀態(tài)，采樣時鐘的頻率變化使得所述各級場效應管的漏極輸出電流發(fā)生相應的變化從而為流水線模數(shù)轉換器中的各級運算放大器提供相應的偏置電平。更進一步地，所述的輸入電壓與基準電壓源電壓值相等。所述的可變電阻等效電路由兩級相串聯(lián)的反相器、多個場效應管以及電容組成，兩反相器的輸出端分別與第一場效應管、第二場效應管的柵極相電連接，且第一場效應管的柵極與第五場效應管、第六場效應管的柵極也相電連接，第二場效應管的柵極與第三場效應管、第四場效應管的柵極相電連接，第一場效應管、第二場效應管的漏極與第三場效應管、第五場效應管的源極相電連接，第一場效應管的源極與第三場效應管、第四場效應管的漏極相電連接，第二場效應管的源極與第五場效應管、第六場效應管的漏極相電連接，第四場效應管與第六場效應管的源極接地，第一電容與第二電容分別接第一場效應管和第二場效應管源極到地，采樣時鐘信號經所述兩級反相器產生相位相反的兩個時鐘信號控制各場效應管的導通與截止從而輪流對第一電容與第二電容充放電以實現(xiàn)第一電容與第二電容上電阻的變化。所述的第一電容與第二電容的電容值相等。該電路還包括一端與所述的輸入電壓相電連接另一端接地的過濾電容。由于上述技術方案的運用，本實用新型具有下列優(yōu)點當在流水線模數(shù)轉換器模塊中采用本實用新型的偏置電路對模數(shù)轉換器的運放進行偏置時，可以根據(jù)采樣時鐘頻率的改變而對運放的偏置進行相應的改變，從而使得運放的建立時間和時鐘頻率相關。而不需要為了最高的采樣時鐘頻率設計運放，使得在低頻采樣時運放消耗"過量"的功耗，從而在實際應用中節(jié)省了整個模數(shù)轉換器的功耗。附圖1為本實用新型動態(tài)偏置產生電路電路圖；附圖2為本實用新型可變電阻實現(xiàn)電路附圖3是本實用新型可變電阻實現(xiàn)電路A點和C點的計算機瞬態(tài)仿真結果曲線附圖4是本實用新型動態(tài)偏置產生電路Vout端輸出電壓的計算機仿真結果曲線圖。具體實施方式下面將結合附圖對本實用新型優(yōu)選實施方案進行詳細說明如圖1所示的動態(tài)偏置產生電路，該電路用于流水線模數(shù)轉換器上，其主要由一差分放大器和多級場效應管以及與受控于采樣時鐘的頻率的變化而變化的可變電阻組成，其中，差分放大器A的正輸入端與一基準電壓源VREF相連接，差分放大器A的輸出端與第一級場效應管M0的柵極相電連接，差分放大器A的負輸入端與一輸入電壓V0相連接，且該輸入電壓V0與第一場效應管M0的漏極相電連接，所述可變電阻Rc—端與輸入電壓VO相連接另一端接地，第二級場效應管Ml的柵極與第一級場效應管MO柵極相電連接，第三級場效應管M2柵極與漏極相連接后并與第二級場效應管Ml漏極相連，其后的多級場效應管M3.....Mil各柵極與第三級場效應管M2柵極相連以構成第三級場效應管M2的鏡像電流結構，由于差分運放的負反饋作用，VO的電壓值等于VREF，這樣流過第一級場效應管MO的電流為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>由于電流的鏡像，那么流過第二級場效應管M1的電流為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中《為Ml和MO的寬長比之比。在本實用新型中，電阻&為可變電阻，當&阻值改變時，流過第一級場效應管MO的電流變化，同時，流過第二級場效應管Ml的電流也發(fā)生相應變化，相應地第三級場效應管M2柵極輸出電壓Vout也發(fā)生變化，從而后續(xù)的各級場效應管M3到Mn的電流也相應發(fā)生變化，最后導致了模數(shù)轉換器的運放的偏置電平變化，從而實現(xiàn)了動態(tài)偏置。圖2所示的是本實用新型可變電阻Rc的具體實現(xiàn)電路圖，其實際是根據(jù)采樣時鐘信號進行變換生成的等效電阻電路，電路主要由兩級相串接的反相器、多個場效應管以及電容組成，其電路具體連接關系如下第一級反相器的輸出端a與第一場效應管ni的柵極相電連接，第二級反相器的輸出端B與第二場效應管N2的柵極相電連接，第一場效應管Nl的柵極還分別與第五場效應管N5和第六場效應管N6的柵極相電連接，第二場效應管N2的柵極分別與第三場效應管N3和第四場效應管N4的柵極相電連接，第一場效應管Nl及第二場效應管N2的漏極與第三場效應管N3、第五場效應管N5的源極相電連接，第一場效應管N1的源極與第三場效應管N3和第四場效應管N4的漏極相電連接，第二場效應管N2的源極與第五場效應管N5和第六場效應管N6的漏極相電連接，第四場效應管N4與第六場效應管N6的源極接地，第一電容Cl與第二電容C2分別接第一場效應管Nl和第二場效應管N2源極到地。上述可變電阻電路的工作原理如下采樣時鐘信號經過兩級反相器產生相位相反的兩個時鐘信號，這兩個時鐘信號加到圖2中的A點和B點。以A點為例，當A點為髙電平時，B點為低電平。場效應管N1、N3開啟，C點電壓為VO,當A點為低電平時，B點為高電平，這時N1和N3關斷，N4導通，電容通過N4放電到地，最終C點電平為零。圖3所示的為該可變電阻電路在a點和c點的計算機瞬態(tài)仿真圖，這樣在一個周期t內，第一電容C1上的電荷變化為A^=a*F()，平均電流為所以時鐘作用在第一電容C1上的等效電阻為同理，時鐘作用在C2的等效電阻為及^^"/cxJ1?？勺冸娮鑂c為Rl和R2的并聯(lián)，故其阻值&=(2*&*/^)—',(注<:1=02=&)。由上述分析可知，當將該可變電阻應用在偏置電路中時，偏置電路可根據(jù)輸入采樣時鐘的頻率變化而相應變化，由于設置多級場效應管，每級場效應管輸出至模數(shù)轉換器的相應運放級，集中實現(xiàn)了動態(tài)偏置，從而進一步降低模數(shù)轉換器的功耗。根據(jù)上述分析采用TSMCO.lSiim工藝電源電壓為1.8V，輸入時鐘頻率如下表所示對本實用新型偏置電路在第三場效應管M3的柵極處輸出電壓Vout進行計算機仿真，仿真圖如圖4所示，采樣時鐘輸入頻率值<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>當(1)輸入時鐘頻率為200MHz時仿真結果Vout-813.1mV;(2)輸入時鐘頻率為100MHz時仿真結果Vout-739.4mV;(3)輸入時鐘頻率為50MHz時仿真結果Vout-695.9mV;(4)輸入時鐘頻率為30MHz時仿真結果Vout-666.1mV。從仿真結果可以看出隨著輸入時鐘頻率變大可變電阻Rc逐漸變小，Vout值逐漸變大，故本實用新型偏置電路可動態(tài)的產生偏置電平，以符合偏置產生電路的要求。權利要求1、一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，其特征在于該電路主要由一差分放大器和多級場效應管以及與受控于采樣時鐘的頻率的變化而變化的可變電阻組成，其中，所述差分放大器的正輸入端與一基準電壓源(VREF)相連接，差分放大器的輸出端與第一級場效應管(M0)的柵極相電連接，差分放大器的負輸入端與一輸入電壓(V0)相連接，且該輸入電壓(V0)與第一場效應管(M0)的漏極相電連接，所述可變電阻(Rc)一端與輸入電壓(V0)相連接另一端接地，第二級場效應管(M1)的柵極與第一級場效應管(M0)柵極相電連接，第三級場效應管(M2)柵極與漏極相連接后并與第二級場效應管(M1)漏極相連，其后的多級場效應管(M3、...、Mn)各柵極與第三級場效應管(M2)柵極相連以構成第三級場效應管(M2)的鏡像電流結構，在工作狀態(tài)，采樣時鐘的頻率變化使得所述各級場效應管(M3、...、Mn)的漏極輸出電流發(fā)生相應的變化從而為流水線模數(shù)轉換器中的各級運算放大器提供相應的偏置電平。2、根據(jù)權利要求1所述的一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，其特征在于所述的輸入電壓(VO)與基準電壓源(VREF)電壓值相等。3、根據(jù)權利要求1所述的一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，其特征在于所述的可變電阻(Rc)等效電路由兩級相串聯(lián)的反相器、多個場效應管以及電容組成，兩反相器的輸出端分別與第一場效應管(N1)、第二場效應管(N2)的柵極相電連接，且第一場效應管(N1)的柵極與第五場效應管(N5)、第六場效應管(N6)的柵極也相電連接，第二場效應管(N2)的柵極與第三場效應管(N3)、第四場效應管(N4)的柵極相電連接，第一場效應管(Nl)、第二場效應管(N2)的漏極與第三場效應管(N3)、第五場效應管(N5)的源極相電連接，第一場效應管(Nl)的源極與第三場效應管(N3)、第四場效應管(N4)的漏極相電連接，第二場效應管(N2)的源極與第五場效應管(N5)、第六場效應管(N6)的漏極相電連接，第四場效應管(N4)與第六場效應管(N6)的源極接地，第一電容(Cl)與第二電容(C2)分別接第一場效應管(Nl)和第二場效應管(N2)源極到地，采樣時鐘信號經所述兩級反相器產生相位相反的兩個時鐘信號控制各場效應管的導通與截止從而輪流對第一電容(Cl)與第二電容(C2)充放電以實現(xiàn)第一電容(Cl)與第二電容(C2)上電阻的變化。4、根據(jù)權利要求3所述的一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，其特征在于所述的第一電容(Cl)與第二電容(C2)的電容值相等。5、根據(jù)權利要求1所述的一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，其特征在于該電路還包括一端與所述的輸入電壓(V0)相電連接另一端接地的過濾電容(C)。專利摘要本實用新型涉及一種用于流水線模數(shù)轉換器的動態(tài)偏置產生電路，該電路主要由一差分放大器和多級場效應管以及與受控于采樣時鐘的頻率的變化而變化的可變電阻組成，該動態(tài)偏置產生電路可以根據(jù)輸入采樣時鐘的頻率變化產生相應的偏置電平，給模數(shù)轉換器中的運算放大器提供偏置。文檔編號H03M1/12GK201374691SQ20092014167公開日2009年12月30日申請日期2009年2月12日優(yōu)先權日2009年2月12日發(fā)明者劉大偉申請人:蘇州通創(chuàng)微芯有限公司