用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路。該偏置電路至少包括：用于提供與溫度不相關(guān)的電壓的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路；用于放大并穩(wěn)定所述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路輸出的電壓的反饋穩(wěn)定電路，其包含運(yùn)算放大器及負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)；用于將所述反饋穩(wěn)定電路輸出的電壓拆分為電流成比例的多路，以分別提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不同級(jí)的輸出驅(qū)動(dòng)電路。由于能向模數(shù)轉(zhuǎn)換電路提供多路偏置電壓，由此可避免模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的第一級(jí)電路對(duì)后面奇數(shù)級(jí)電路的干擾。
【專利說(shuō)明】用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別是涉及一種用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電 路。

【背景技術(shù)】
[0002] 偏置電路在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中起著關(guān)鍵的作用，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的線性度和信噪 t匕。在流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，每次采樣保持過(guò)程都需要對(duì)電容進(jìn)行充放電以完成電荷的 轉(zhuǎn)移，這就會(huì)導(dǎo)致很大的瞬態(tài)電流，直接使偏置電壓發(fā)生大幅度的抖動(dòng)，結(jié)果就會(huì)惡化整個(gè) 系統(tǒng)的性能。
[0003] 如圖1所示，其為一種流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)時(shí) 鐘電路來(lái)控制奇數(shù)級(jí)和偶數(shù)級(jí)模塊的采樣和保持過(guò)程，當(dāng)偶數(shù)級(jí)電路保持輸出的時(shí)候，奇 數(shù)級(jí)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，第一級(jí)電路在每個(gè)時(shí)鐘周期都可以采樣新的輸入信號(hào)，這樣交 替進(jìn)行就形成了流水線工作模式。其中，偏置電路為每一級(jí)提供參考電壓，后端數(shù)字電路作 用是將每一級(jí)得到的數(shù)據(jù)延遲相加得到相應(yīng)的數(shù)字輸出量。由于流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器每一 級(jí)都有增益，越往后級(jí)對(duì)性能的要求越低，所以電流分配依次按比例縮減以降低整體功耗。
[0004] 在流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器前端一般會(huì)采用高線性度的采樣保持電路用于降低后級(jí) 的設(shè)計(jì)難度，但這會(huì)增加額外的噪聲和功耗。近幾年，前端無(wú)采樣保持電路技術(shù)正在被廣泛 應(yīng)用，這樣不僅可以減小功耗和噪聲，同時(shí)可以最小化第一級(jí)的采樣電容容量，使得模數(shù)轉(zhuǎn) 換器更容易被驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)也存在一些問題，首先，第一級(jí)主電路和子電路的采樣點(diǎn) 很難保證在同一時(shí)刻，特別在高頻輸入的時(shí)候更加惡化電路性能；其次，主電路需要等子電 路的結(jié)果出來(lái)后再開始保持輸出的過(guò)程，這相當(dāng)于減少了主電路用于穩(wěn)定輸出的時(shí)間；第 三，偏置電路輸出一路偏置電壓作為所有模塊的參考電壓，這個(gè)電壓會(huì)被第一級(jí)電路充放 電所干擾而產(chǎn)生大幅抖動(dòng)，這將會(huì)影響后面奇數(shù)級(jí)電路的保持過(guò)程，從而增加了整個(gè)系統(tǒng) 的噪聲，在前端無(wú)采樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，系統(tǒng)性能會(huì)惡化的更嚴(yán)重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高性能低功耗模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，以避免模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一級(jí)電路對(duì)后面奇數(shù)級(jí)電路的干擾。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的偏置電路，其至少包括：
[0007] 帶隙基準(zhǔn)電壓源電路，用于提供與溫度不相關(guān)的電壓；
[0008] 反饋穩(wěn)定電路，包含運(yùn)算放大器及負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，用于放大并穩(wěn)定所述帶隙基準(zhǔn)電 壓源電路輸出的電壓；
[0009] 輸出驅(qū)動(dòng)電路，用于將所述反饋穩(wěn)定電路輸出的電壓拆分為電流成比例的多路， 以分別提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不同級(jí)。
[0010] 優(yōu)選地，所述運(yùn)算放大器采用折疊級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)；更為優(yōu)選地，所述運(yùn)算放大器包含共 模反饋電路。
[0011] 優(yōu)選地，所述負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)包括電阻及用于濾除高頻干擾的電容；更為優(yōu)選地，所述 電容采用M0S管形成。
[0012] 優(yōu)選地，所述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路基于兩個(gè)三極管來(lái)產(chǎn)生與溫度不相關(guān)的電壓； 更為優(yōu)選地，所述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路包括低壓差線性穩(wěn)壓電路及單位負(fù)反饋驅(qū)動(dòng)電路； 更為優(yōu)選地，所述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路還包括啟動(dòng)電路。
[0013] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括無(wú)采樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0014] 如上所述，本發(fā)明的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，具有以下有益效 果：能向同一模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供多路偏置電壓，由此可有效避免模數(shù)轉(zhuǎn)換器中第一級(jí)電路對(duì) 后面奇數(shù)級(jí)電路的干擾。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2顯示為本發(fā)明的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路示意圖。
[0017] 圖3顯示為本發(fā)明的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路中的帶隙基準(zhǔn)電 壓源電路的優(yōu)選示意圖。
[0018] 圖4顯示為本發(fā)明的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路中的反饋穩(wěn)定電 路的優(yōu)選示意圖。
[0019] 圖5顯示為本發(fā)明的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路中的輸出驅(qū)動(dòng)電 路的優(yōu)選示意圖。
[0020] 元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0021] 1 偏置電路
[0022] 11 帶隙基準(zhǔn)電壓源電路
[0023] 111 啟動(dòng)電路
[0024] 112 基準(zhǔn)電壓主電路
[0025] 113 輸出緩沖級(jí)
[0026] 12 反饋穩(wěn)定電路
[0027] 121 運(yùn)放偏置電路
[0028] 122 運(yùn)放主結(jié)構(gòu)
[0029] 123 共模反饋電路
[0030] 13 輸出驅(qū)動(dòng)電路
[0031] 131、132 單元電路

【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明 書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0033] 請(qǐng)參閱圖2至圖5。須知，本說(shuō)明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用 以配合說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可 實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào) 整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技 術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、"中間"及 "一"等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的 改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0034] 如圖2所示，本發(fā)明提供一種用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路。該模數(shù) 轉(zhuǎn)換器為流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可為前端有采樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選為前端無(wú)采 樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0035] 所述偏置電路1包括：帶隙基準(zhǔn)電壓源電路11、反饋穩(wěn)定電路12、以及輸出驅(qū)動(dòng)電 路13。
[0036] 所述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路11用于提供與溫度不相關(guān)的電壓。
[0037] 一種優(yōu)選的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路如圖3所示，該帶隙基準(zhǔn)電壓源電路11包括：?jiǎn)?動(dòng)電路111、基準(zhǔn)電壓主電路112、輸出緩沖級(jí)113。
[0038] 所述啟動(dòng)電路111用于使電路脫離零電流狀態(tài)而進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
[0039] 所述基準(zhǔn)電壓主電路112通過(guò)兩個(gè)三極管產(chǎn)生與溫度成正比的電壓AVbe，由于 三極管自身電壓Vbe是負(fù)溫度系數(shù)，故電壓AVbe與電壓Vbe線性相加產(chǎn)生一個(gè)與溫度不 相關(guān)的電壓VX。
[0040] 所述輸出緩沖級(jí)113由一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓電路和一個(gè)單位負(fù)反饋驅(qū)動(dòng)電路組 成，其中低壓差線性穩(wěn)壓電路輸出不受電源電壓變化影響的穩(wěn)定電壓VY，并使電壓VY等于 輸入電壓VX;單位負(fù)反饋驅(qū)動(dòng)電路中的運(yùn)算放大器A3是兩級(jí)放大電路以實(shí)現(xiàn)高增益，其輸 出電壓V0。
[0041] 所述反饋穩(wěn)定電路12包含運(yùn)算放大器A及負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，用于放大并穩(wěn)定所述帶隙 基準(zhǔn)電壓源電路11輸出的電壓。
[0042] 其中，運(yùn)算放大器A為折疊級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)以提供高增益，電阻R1至R4及M0S管M1、P1 構(gòu)成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，保證輸出恒定的電壓偏置而不受電源電壓影響。為了穩(wěn)定輸出共模電壓， 運(yùn)算放大器A內(nèi)部加入了共模反饋電路；電阻R5、R6為負(fù)載電阻提供電流，由M0SM3、M3形 成的電容用于濾除由電源引入的高頻干擾。
[0043] 一種優(yōu)選的運(yùn)算放大器電路如圖4所示，該運(yùn)算放大器包括：運(yùn)放偏置電路121、 運(yùn)放主結(jié)構(gòu)122和共模反饋電路123。其中，電壓VCM為輸入的共模電壓。共模反饋電路 123通過(guò)二極管連接方式的M0S管M17與運(yùn)放主結(jié)構(gòu)122相連形成共模負(fù)反饋。共模反饋電 阻R18、R19足夠大以防止其降低小信號(hào)增益，但同時(shí)需要考慮芯片面積，在本電路中R18、 R19的電阻值為35K歐姆。
[0044] 優(yōu)選的，前述圖3所示的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路中的運(yùn)算放大器A1、A2及A3也可采 用圖4所示的電路。
[0045] 所述輸出驅(qū)動(dòng)電路13用于將所述反饋穩(wěn)定電路12輸出的電壓拆分為電流成比例 的多路，以分別提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不同級(jí)。
[0046] -種優(yōu)選的輸出驅(qū)動(dòng)電路13如圖5所示，該輸出驅(qū)動(dòng)電路13包括單元電路131 及132,以輸出兩路并行的差分電壓。其中，單元電路131用于向模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前兩級(jí)電路 提供偏置電壓，單元電路132用于向模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第三級(jí)至最后一級(jí)電路提供偏置電壓， 通過(guò)分開偏置可有效消除模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一級(jí)電路對(duì)后級(jí)奇數(shù)級(jí)電路的影響，這樣可以降 低后級(jí)電路功耗和由于干擾導(dǎo)致的非線性，提高了整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信噪比和線性度，在 低功耗高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中起著重要的作用。單元電路131及132的電流成一定比例， 以保證輸出相同的差分電壓，單元電路131及132中各MOS管尺寸和電阻值如下表所示：
[0047]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于，所述用于高性能低功 耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路至少包括： 帶隙基準(zhǔn)電壓源電路，用于提供與溫度不相關(guān)的電壓； 反饋穩(wěn)定電路，包含運(yùn)算放大器及負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，用于放大并穩(wěn)定所述帶隙基準(zhǔn)電壓源 電路輸出的電壓； 輸出驅(qū)動(dòng)電路，用于將所述反饋穩(wěn)定電路輸出的電壓拆分為電流成比例的多路，W分 別提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的不同級(jí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述運(yùn)算放大器采用折疊級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于： 所述運(yùn)算放大器包含共模反饋電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)包括電阻及用于濾除高頻干擾的電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述電容采用MOS管形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路基于兩個(gè)H極管來(lái)產(chǎn)生與溫度不相關(guān)的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路包括低壓差線性穩(wěn)壓電路及單位負(fù)反饋驅(qū)動(dòng)電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于： 所述帶隙基準(zhǔn)電壓源電路包括啟動(dòng)電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述輸出驅(qū)動(dòng)電路包括電阻及MOS管。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高性能低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏置電路，其特征在于：所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括無(wú)采樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】H03M1/12GK104467850SQ201310425792
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】王科, 范超杰, 陳東坡 申請(qǐng)人:上海信樸臻微電子有限公司