一种用于高速时间交织模数转换器中的输入缓冲器制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，具体为一种用于高速时间交织模数转换器中的输入缓冲器。本发明专利技术的输入缓冲器包括时间交织模数转换器模型、一级低电平转高电平的缓冲器、一级高电平转低电平的缓冲器；两级缓冲器采用源跟随器的结构，通过第一级缓冲器隔离输入信号和各个通道，通过各个通道内的第二级缓冲器减少通道间的信号干扰以及电荷注入对于前一级信号的影响。本发明专利技术用于时间交织的高速高精度奈奎斯特ADC中，在第一级缓冲器中引入前馈电容来提高精度，在第二级缓冲器中引入N、P两路输入来提高速度、减少功耗。相对于已有的缓冲器，本发明专利技术提出了适用于时间交织ADC的两级缓冲器结构，并针对逐级设计给出了优化设计方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种用于时间交织模数转换器中的输入缓冲器。
技术介绍
高性能数模混合集成电路是新一代超宽带无线通信系统的关键技术。其中，模数转换器（ADC）更是通信物理层必不可少的核心器件。其带宽、速度、精度、成本、功耗和可靠性在某种程度上决定了无线基站和终端的性能和功能。当某种结构的单个ADC已经达到已有设计条件与工艺条件极限的情况下，要突破转换速率的制约，并行化是一个有效的、甚至是唯一的方法。各个子通道ADC（Sub-ADC）对输入进行交替采样，在保持高精度的同时，成倍地提高ADC的整体采样率，这种ADC实现方式被称为时间交织（Time-Interleaved）结构。图1给出了一个基本的四通道时间交织ADC的结构图，图中的ADC由四个并行的时间交织ADC组成，四个通道的采样开关及其采样时序如图2中所示。输入信号通过两级缓冲器后将连接至各个通道内的采样开关处进行采样，通道一105的采样开关103的采样时钟201的工作频率为整个ADC采样频率的四分之一，输入信号通过各个通道的依次频率为Fs/4的采样来实现这个整体ADC的Fs频率的采样。针对奈奎斯特ADC，时间交织结构要求子通道ADC的采样前端具有欠采样能力，即针对如图1中的4通道ADC而言，输入信号带宽为（0,Fs/2），子通道采样频率为Fs/4，从而要求子通道具有4倍欠采样能力。从前面的例子可以得出，在时间交织奈奎斯特ADC中，交织的子通道数量越多，子通道ADC的欠采样倍数越高。而对于子通道中的采样开关的带宽要求而言，需要满足与整体ADC的输入信号带宽。对于欠采样高频信号的采样开关，一般在高速高精度应用中均采用栅压自举开关来提高开关的线性度，在图3中给出了一个栅压自举开关的示意图。开关管301连接输入与输出信号，根据栅压自举开关的原理，在开关导通状态下，开关管301的栅源和栅漏间在理想情况下均保持一个电源电压的压差，所以栅源和栅漏的寄生电容上存储了较大的电荷量。在开关通断时，栅源和栅漏寄生电容上存储的电荷量将发生大幅度变化，从而将对输入和输出信号上造成电荷注入。在实际电路中，由于栅压抬升电路中存在抬升电容CB304、抬升环路上的等效电阻RG302等，这些电阻、电容的存在将造成栅压与输入信号间存在延时，而同等延时下，信号频率越高，栅压与输入信号之间的压差就越大，从而导致电荷注入会引入非线性，每次对于缓冲器的影响程度也不同。同时在开关管301的开启和关端时，栅压的变化会慢于控制时钟φS的变化，所以MOS管303会先于开关管导通或闭合，从而会对输入信号产生一个对地的下拉，从而产生图3中305所示的信号抖动，这种信号波动类似于比较器中的信号回弹（kick-back）。由于以上电荷注入以及信号回弹的影响，高精度开关在通断过程中会对输入信号产生较大影响。对于整体ADC而言，若没有输入信号缓冲器，各个通道的采样开关引入的干扰信号将全部直接叠加在输入信号上，以图2中的时序关系为例，在通道一进行采样时，通道二的采样开关的开启、通道四采样开关的关断均将影响到通道一的信号建立。所以在高精度的时间交织ADC中需要引入缓冲器实现输入信号与采样开关间的隔离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种线性度高、功耗低的用于高速时间交织模数转换器中的输入缓冲器。本专利技术提出的用于高速时间交织模数转换器中的输入缓冲器，包括：时间交织模数转换器模型、一级低电平转高电平的缓冲器、一级高电平转低电平的缓冲器；其中：所述时间交织模数转换器模型包括前级输入缓冲器、高速栅压自举采样开关、N位子通道ADC、多通道子ADC的时序控制电路；所述一级低电平转高电平的输入缓冲器作为信号输入后的第一级，采用源跟随器的结构，用于实现输入信号的共模电平从低电平到高电平的转换，同时通过补偿电容，实现信号的高线性度传递；所述一级高电平转低电平的输入缓冲器作为各个子通道ADC的输入第一级，接收第一级缓冲器的输入信号，并将该信号与子通道内的采样开关实现隔离；第二级缓冲器采用源跟随器结构，具有N、P两路的输入，以便有效提高带宽，降低功耗。本专利技术采用两级级联的输入缓冲器结构，第一级缓冲器101用于实现输入信号与各个通道的输入缓冲器的隔离，第二级缓冲器102用于实现各通道输入信号与采样开关103的隔离；两级缓冲器的级联形式有效的阻隔了采样开关对于输入信号的影响，同时减少了通道间的信号影响。但是两级级联的形式增加了缓冲器的功耗开销，针对这一问题，子通道内的第二级缓冲器采用了N、P两路的信号输入，实现缓冲器带宽的增加，从而降低功耗。同时在两级缓冲器中采用不同的电容补偿连接方式，实现缓冲器的高线性度。本专利技术采用两级缓冲器来实现输入信号与子通道ADC采样开关间的隔离，主要原因如图4中所示。在缓冲器采用源跟随器的结构时，若仅采用一级缓冲器，则采样开关的寄生电容CGSS403在通断中产生电荷注入后，注入的电荷会打入缓冲器输入管的寄生电容CGS2401以及尾电流管的寄生电容CGS1402中，会直接影响输入信号。同时开关管造成的电荷注入以及电压回踢同样会影响缓冲器直流通路的静态工作点，从而改变对电源、地的充放电流，影响缓冲器的信号跟随。在实际电路中，由于外部输入电压源或片内LDO的非理想性，开关管造成的跟随信号的波动以及同时发生的缓冲器负载的变化会引起电压源的波动，从而影响信号线性度。所以本专利技术中为解决采样开关引入的信号非线性，引入了两级缓冲器，其中第二级缓冲器102根据上述分析仍会将部分信号抖动传递至第一级，但总体波动幅度小。另外第一级缓冲器101输出连接至多个第二级缓冲器的输入端，所以第一级缓冲器101的输出端接收到的信号干扰的频次与采样频率一致，本专利技术中将引入补偿电容来减少信号干扰的影响。本专利技术的第一级缓冲器如图5中所示，图中展示了单边电路连接方式。图中缓冲器采用源跟随器结构，包括输入管PMOS管MP1501，偏置PMOS管MP2502、MP3503，以及补偿电容CC504；其中补偿电容CC504跨接于输入管MP1501的栅端以及偏置管MP2502的源端，MP1501的源端与MP2502的漏端相连接并作为输出端，MP2502的源端与MP3503的漏端相连接。该缓冲器采用PMOS管501作为输入，实现了输入信号的低电平到高电平的转移。在本专利技术中，补偿电容CC504的取值相对较大，远大于MOS管的寄生电容CGS。假设CC=10*CGS，则在输出端信号产生信号波动时，信号波动通过输入管的寄生电容CGS505传递至输入端需要与补偿电容CC504进行分压，从而实际传递抖动量为输出端抖动量的CGS/CC倍，即缩小了10倍。另外，补偿电容CC504连接至偏置管502和503的源端和漏端，将输入信号耦合到偏置管502的源端，从而从PMOS管502的源端相对于输出端存在一个信号的共栅极放大，该连接减少了大摆幅情况下偏置电流管的过驱动电压对于信号跟随的限制，提高了缓冲器的线性度。本专利技术的第二级缓冲器如图6所示，考虑到第一级缓冲器需要高线性度来实现输入信号的传递，同时需要高的抗干扰能力来减少后级信号的反馈干扰，从而采用了图5的设计结构，需要采用大补偿电容CC504来实现高线性度。而针对第二级缓冲器，由于运用于多通道中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高速时间交织模数转换器中的输入缓冲器，其特征在于，包括：时间交织模数转换器模型、一级低电平转高电平的缓冲器、一级高电平转低电平的缓冲器；其中：所述时间交织模数转换器模型包括前级输入缓冲器、高速栅压自举采样开关、N位子通道ADC、多通道子ADC的时序控制电路；所述一级低电平转高电平的输入缓冲器作为信号输入后的第一级，采用源跟随器的结构，用于实现输入信号的共模电平从低电平到高电平的转换，同时通过补偿电容，实现信号的高线性度传递；所述一级高电平转低电平的输入缓冲器作为各个子通道ADC的输入第一级，接收第一级缓冲器的输入信号，并将该信号与子通道内的采样开关实现隔离；第二级缓冲器采用源跟随器结构，具有N、P两路的输入，以便有效提高带宽，降低功耗。

【技术特征摘要】
1.一种用于高速时间交织模数转换器中的输入缓冲器，其特征在于，包括：时间交织模数转换器模型、一级低电平转高电平的缓冲器、一级高电平转低电平的缓冲器；其中：所述时间交织模数转换器模型包括前级输入缓冲器、高速栅压自举采样开关、N位子通道ADC、多通道子ADC的时序控制电路；所述一级低电平转高电平的输入缓冲器作为信号输入后的第一级，采用源跟随器的结构，用于实现输入信号的共模电平从低电平到高电平的转换，同时通过补偿电容，实现信号的高线性度传递；所述一级高电平转低电平的输入缓冲器作为各个子通道ADC的输入第一级，接收第一级缓冲器的输入信号，并将该信号与子通道内的采样开关实现隔离；第二级缓冲器采用源跟随器结构，具有N、P两路的输入，以便有效提高带宽，降低功耗。2.如权利要求1所述的输入缓冲器，其特征在于，所述第一级缓冲器包括：输入管PMOS管MP1，偏置PMOS管MP2、MP3，以及补偿电容CC；其中，补偿电容CC跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：任俊彦，陈勇臻，王晶晶，吴奕旻，倪哲侃，叶凡，李宁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31