本發(fā)明屬于高速低功耗ADC(Analog-to-Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和SOC(System-on-a-Chip，系統(tǒng)級(jí)芯片)芯片領(lǐng)域，具體涉及一種自舉開關(guān)的自舉電壓產(chǎn)生電路。

背景技術(shù)：

近年來，隨著通信、SOC系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器精度和速度的不斷提升，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的線性度、功耗的要求越來越苛刻，同時(shí)由于集成度的提高對(duì)芯片的面積也要求越來越小，因此，研究在低功耗、小面積的情況下實(shí)現(xiàn)高線性度的高速A/D轉(zhuǎn)換器的需求更加迫切。

在高速高精度A/D轉(zhuǎn)換器中，通常都會(huì)使用自舉開關(guān)作為前端采樣的采樣開關(guān)，而自舉開關(guān)作為制約整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器性能的重要模塊，其線性度和面積對(duì)于實(shí)現(xiàn)高性能小尺寸的轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要，在實(shí)際使用中存在以下問題：

1)常見的自舉開關(guān)在深亞微米工藝下要實(shí)現(xiàn)理想的自舉電壓，需要把充電電容做的較大，造成了自舉開關(guān)的版圖尺寸過大以及動(dòng)態(tài)功耗過高的問題，制約了A/D轉(zhuǎn)換器整體的面積和功耗。

2)傳統(tǒng)的自舉開關(guān)需要在自舉電壓建立起來之前有一定的時(shí)間來逐漸完成電容的充電，會(huì)降低開關(guān)的自舉速度，制約實(shí)時(shí)采樣的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種自舉開關(guān)的自舉電壓產(chǎn)生電路，以解決自舉電壓產(chǎn)生電路中充電速度較慢，尺寸較大且功耗較高的問題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種自舉開關(guān)的自舉電壓產(chǎn)生電路，包括控制單元、第一充放電單元、第二充放電單元、電流鏡和組合開關(guān)，其中所述電流鏡中導(dǎo)通器件之間通過所述組合開關(guān)中的第一開關(guān)連接，所述電流鏡輸出側(cè)的接地端通過所述第一開關(guān)接地且通過所述組合開關(guān)中的第二開關(guān)連接外置電壓，所述電流鏡的輸入端和輸出端都連接所述外置電壓，且所述導(dǎo)通器件的連接節(jié)點(diǎn)通過所述第二充放電單元連接電平信號(hào)；

所述第一充放電單元的一端通過所述第二開關(guān)連接所述外置電壓，通過所述第一開關(guān)接地，且用于輸出自舉電壓；另一端通過所述第二開關(guān)接地且通過所述組合開關(guān)中的第三開關(guān)連接輸入電壓；所述控制單元用于控制所述組合開關(guān)中各個(gè)開關(guān)的開合，并調(diào)整所述電平信號(hào)。

在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述控制單元用于在第一階段控制所述第一開關(guān)閉合，所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)斷開，并調(diào)整所述電平信號(hào)的電壓為零，以使所述第二充放電單元上電壓為所述導(dǎo)通器件的導(dǎo)通電壓。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述控制單元用于在第二階段控制所述第二開關(guān)閉合，所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)斷開，并調(diào)整所述電平信號(hào)的電壓等于所述外置電壓，以使所述第二充放電單元通過所述電流鏡中輸出側(cè)導(dǎo)通器件向所述第一充放電單元提供的電壓，與所述外置電壓一起共同對(duì)所述第一充放電單元進(jìn)行充電，直至所述第一充放電單元上的電壓等于所述外置電壓。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述控制單元用于在第三階段控制所述第三開關(guān)閉合，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，并調(diào)整所述電平信號(hào)的電壓為零，以使所述第一充放電單元的另一端輸出的自舉電壓等于所述輸入電壓加上所述外置電壓。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電流鏡中導(dǎo)通器件包括第一MOS管和第二MOS管，其中所述第一MOS管的漏極分別連接所述外置電壓以及所述第一MOS管的柵極，所述第一MOS管的柵極通過所述第一開關(guān)連接所述第二MOS管的柵極，所述第二MOS管的源極通過所述第一開關(guān)接地，漏極連接所述外置電壓，且所述第二MOS管的柵極還通過所述第二充放電單元連接所述電平信號(hào)。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電路還包括第三MOS管，其中所述第一MOS管的漏極連接所述第三MOS管的源極，且所述第三MOS管的柵極和漏極都連接所述外置電壓。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二充放電單元通過緩沖器連接所述電平信號(hào)。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一開關(guān)由第一脈沖控制，所述第二開關(guān)由第二脈沖控制，所述第三開關(guān)由第三脈沖控制，所述第一脈沖與所述第三脈沖為反相時(shí)序脈沖，所述第二脈沖為所述第三脈沖時(shí)序開始的使能信號(hào)，其中當(dāng)?shù)诙}沖變?yōu)榈碗娖綍r(shí)第三脈沖才變?yōu)楦唠娖健?/p>

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電平信號(hào)為所述第二脈沖。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一充放電單元中電容的電容值C1與所述第二充放電單元中電容的電容值C2的關(guān)系為：C1＝2C2。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用創(chuàng)新的電容充電方式，實(shí)現(xiàn)了在較短時(shí)間內(nèi)即可對(duì)充電電容進(jìn)行充電，提升了自舉開關(guān)的自舉速度和在高速采樣下的開關(guān)線性度；通過采用額外的NMOS器件在短時(shí)間內(nèi)對(duì)充電電容提供較大的充電電流來對(duì)電容進(jìn)行充電，相比于傳統(tǒng)的自舉開關(guān)，減少了充電電容數(shù)量和大小，實(shí)現(xiàn)了功耗和面積的縮??；

2、本發(fā)明通過使第二充放電單元通過緩沖器連接到電平信號(hào)，可以使電平信號(hào)準(zhǔn)確地輸送給第二充放電單元；

3、本發(fā)明通過使第一充放電單元中電容的電容值C1與所述第二充放電單元中電容的電容值C2的關(guān)系為：C1＝2C2，可以進(jìn)一步提高充電速率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明自舉開關(guān)的自舉電壓產(chǎn)生電路的一個(gè)實(shí)施例電路圖；

圖2是本發(fā)明中第一脈沖、第二脈沖和第三脈沖的工作時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí)施例上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

參見圖1，為本發(fā)明自舉開關(guān)的自舉電壓產(chǎn)生電路的一個(gè)實(shí)施例電路方框圖。該自舉開關(guān)的自舉電壓產(chǎn)生電路可以包括控制單元110、第一充放電單元120、第二充放電單元130、電流鏡140和組合開關(guān)，其中電流鏡140中導(dǎo)通器件之間通過組合開關(guān)中的第一開關(guān)S1連接，電流鏡140輸出側(cè)的接地端通過第一開關(guān)S1接地且通過所述組合開關(guān)中的第二開關(guān)連接外置電壓VDD，輸入端和輸出端都連接外置電壓VDD，且導(dǎo)通器件的連接節(jié)點(diǎn)通過第二充放電單元130連接電平信號(hào)φ；第一充放電單元120的一端通過組合開關(guān)中的第二開關(guān)S2連接外置電壓VDD，通過第一開關(guān)S3接地，且用于輸出自舉電壓VOUT；另一端通過第二開關(guān)S2接地且通過組合開關(guān)中的第三開關(guān)S3連接輸入電壓VIN；控制單元110用于控制組合開關(guān)中各個(gè)開關(guān)的開合，并調(diào)整電平信號(hào)φ。

本實(shí)施例中，該第一充放電單元120和第二充放電單元130可以對(duì)應(yīng)地為電容C1和C2，該電流鏡140中導(dǎo)通器件可以包括第一MOS(metal oxide semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體)管M1和第二MOS管M2，其中所述第一MOS管M1的漏極為電流鏡140的輸入端，第二MOS管M2的漏極為電流鏡140的輸出端，第二MOS管M2的源極為電流鏡140輸出側(cè)的接地端，第一MOS管M1的柵極與第二MOS管M2的柵極的連接節(jié)點(diǎn)為電流鏡140中導(dǎo)通器件的連接節(jié)點(diǎn)。第一MOS管M1的漏極分別連接所述外置電壓VDD和所述第一MOS管M1的柵極，所述第一MOS管M1的柵極通過所述第一開關(guān)S1連接所述第二MOS管M2的柵極，所述第二MOS管M2的源極通過所述第一開關(guān)S1接地，漏極連接所述外置電壓VDD，且所述第二MOS管M2的柵極還通過所述第二充放電單元130連接該電平信號(hào)φ。

另外，為了對(duì)電流鏡140輸入側(cè)輸入的外置電源進(jìn)行控制，第一MOS管M1的漏極可以連接第三MOS管M3的源極，且第三MOS管M3的漏極和柵極都連接外置電壓VDD。為了保證電平信號(hào)準(zhǔn)確地輸送給第二充放電單元130，第二充放電單元130可以通過緩沖器B1連接電平信號(hào)，其中緩沖器B1可以由兩個(gè)反相器串聯(lián)構(gòu)成。

本發(fā)明的工作原理是：所述控制單元110可以分階段來控制組合開關(guān)中各個(gè)開關(guān)的開合以及調(diào)整電平信號(hào)。

在第一階段控制單元110可以控制所述第一開關(guān)S1閉合，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3斷開，并調(diào)整所述電平信號(hào)的電壓為零，此時(shí)第一MOS管M1與第二MOS管M2組成電流鏡，第二MOS管M2的源極接地，且緩沖器B1輸出給第二充放電單元130的電平為低電平(諸如為零)，由此第二充放電單元130上電壓為電流鏡140中導(dǎo)通器件的導(dǎo)通電壓，即第一MOS管M1或第二MOS管M2的柵源電壓VGS1。

在第二階段控制單元110可以控制所述第二開關(guān)S2閉合，所述第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3斷開，并調(diào)整所述電平信號(hào)的電壓為高電平(諸如等于所述外置電壓VDD)，此時(shí)緩沖器B1輸出給第二充放電單元130的電平為高電平，從而使第二充放電單元130上電壓(即第二MOS管M2柵極的電壓)為電流鏡140中導(dǎo)通器件的導(dǎo)通電壓加上外置電壓VDD，即第一MOS管M1或第二MOS管M2的柵源電壓VGS1加上外置電壓VDD。另外，由于第二MOS管M2的源極通過第二開關(guān)S2連接到外置電壓VDD，因此第二MOS管M2柵源電壓仍然為VGS1，其仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于第一充放電單元120通過第二開關(guān)S2連接外置電壓VDD，且通過第一開關(guān)S1接地，因此外置電壓VDD以及所述第二充放電單元130通過輸出側(cè)導(dǎo)通器件(即第二MOS管M2)向所述第一充放電單元120提供的電壓(等于外置電壓VDD)共同對(duì)所述第一充放電單元120進(jìn)行充電，直至所述第一充放電單元120上的電壓等于所述外置電壓VDD。本發(fā)明通過由第二充放電單元提供的額外大電流與外置電壓VDD一起共同向第一充放電單元充電，可以提高第一充放電單元的充電速度。

在第三階段所述控制單元110可以控制所述第三開關(guān)S3閉合，所述第一開關(guān)S1和所述第二開關(guān)S2斷開，并調(diào)整所述電平信號(hào)的電壓為零，此時(shí)第二MOS管M2截止，第二充放電單元130不再提供對(duì)應(yīng)的電壓，因此所述第一充放電單元120的另一端輸出的自舉電壓VOUT等于所述輸入電壓VIN加上所述外置電壓VDD。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明采用創(chuàng)新的電容充電方式，實(shí)現(xiàn)了在較短時(shí)間內(nèi)即可對(duì)充電電容進(jìn)行充電，提升了自舉開關(guān)的自舉速度和在高速采樣下的開關(guān)線性度；通過采用額外的NMOS器件在短時(shí)間內(nèi)對(duì)充電電容提供較大的充電電流來對(duì)電容進(jìn)行充電，相比于傳統(tǒng)的自舉開關(guān)，減少了充電電容數(shù)量和大小，實(shí)現(xiàn)了功耗和面積的縮小。

控制裝置110在對(duì)組合開關(guān)中各個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制以及調(diào)整電平信號(hào)時(shí)，可以采用脈沖的形式進(jìn)行控制，如圖2所示。其中，第一開關(guān)S1可以由第一脈沖控制，第二開關(guān)S2可以由第二脈沖控制，第三開關(guān)S3可以由第三脈沖控制，所述第一脈沖與所述第三脈沖為反相時(shí)序脈沖，所述第二脈沖為所述第三脈沖時(shí)序開始的一段使能信號(hào)，其中當(dāng)?shù)诙}沖變?yōu)榈碗娖綍r(shí)第三脈沖才變?yōu)楦唠娖?，第二脈沖的占空比可以根據(jù)外置電壓大小以及第一充放電單元的充放電性能決定。該電平信號(hào)可以為第二脈沖另外，第一充放電單元中電容的電容值C1與所述第二充放電單元中電容的電容值C2的關(guān)系為：C1＝2C2，由此可以進(jìn)一步提高充電速率。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。