预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器制造技术

本发明专利技术涉及一种预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器。其中，预充电平衡负载开关电容电路包括一个开关电容电路、主放大器和虚地放大器；主放大器用于将输入的第一模拟电压信号进行缓冲形成第二模拟电压信号，并输出到开关电容电路；开关电容电路用于对第二模拟电压信号进行采样，生成第一采样信号；虚地放大器用于接收第一采样信号并放大形成第二采样信号后输出。采用本发明专利技术的预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器，可以实现主放大器的平衡负载和对负载电容预充电的功能，进而加快采样模式下主放大器对负载电容的建立时间，最终实现对功耗与速度的优化。

【技术实现步骤摘要】
预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器
本专利技术涉及集成电路电路
，尤其涉及一种预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器。
技术介绍
在模拟/混合信号集成电路中，功耗与速度是一对很重要的折中关系，为了提高速度，往往需要牺牲功耗。在基于开关电容技术的模拟/混合信号集成电路中，经常需要多个时钟相位实现对模拟信号的处理，如采样保持、比较、余量放大、积分等。如图1所示，以传统的开关电容比较器1为例，包括主放大器11、开关电容网络12和虚地放大器13，实现输入信号Vin与阈值电平Vth的比较。其工作于两种模式：采样模式与比较模式，分别对应CK1与CK2两个不交叠的时钟相位。在采样模式期间，开关电容网络12中的采样电容Cs1与Cs2分别采样Vth与Vin，虚地放大器13工作在闭环状态，其中主放大器11提供比较阈值电平Vth。在比较模式期间，采样电容均接至信号地，虚地放大器工作在开环状态。对于主放大器11，在采样模式开始阶段，Cs1的左端的初始电平为信号地，当采样开关闭合瞬间，主放大器的输出立刻被拉至信号地。因此，主放大器11输出信号建立的起始电平为信号地，在极端条件下，这个建立过程可能包含非线性的压摆过程，大大增加了建立时间。这是一个典型的功耗与速度的折中问题，即要提高采样模式下Vth的建立速度，就必须增加主放大器的带宽，也即需要消耗更多的功耗。在负载不变的条件下，如果通过某种电路技术使得建立的起始电平为最终电平，即Vth，则理论上建立时间为零。在相同速度条件下，可以大大降低主放大器的功耗。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种预充电平衡负载开关电容电路和开关电容比较器，能在相同速度条件下，大大降低主放大器的功耗。根据本专利技术的一个方面，一种预充电平衡负载开关电容电路，包括一个开关电容电路、主放大器和虚地放大器；所述主放大器用于将输入的第一模拟电压信号进行缓冲形成第二模拟电压信号，并输出到所述开关电容电路；所述开关电容电路用于对所述第二模拟电压信号进行采样，生成第一采样信号；所述虚地放大器用于接收所述第一采样信号并放大形成第二采样信号后输出；其中，所述开关电容电路包括第一开关电容网络和第二开关电容网络，所述第一开关电容网络和第二开关电容网络具有相同电路结构，且周期性地工作于采样模式、转移模式和预充电模式；所述第一开关电容网络和第二开关电容网络包括多个开关，所述多个开关用于使得当第一/第二开关电容网络工作在比较模式时，第二/第一开关电容网络工作在预充电模式。根据本专利技术的第二方面，一种开关电容比较器，包括预充电平衡负载开关电路，还包括输入电压采集模块；所述输入电压采集模块用于对输入的第三模拟电压进行采样形成第三采样信号；所述虚地放大器用于比较所述第一采样信号和所述第三采样信号。采用本专利技术的预充电平衡负载开关电容电路和开关电容比较器，可以实现主放大器的平衡负载和对负载电容预充电的功能，进而加快采样模式下主放大器对负载电容的建立时间，最终实现对功耗与速度的优化。附图说明图1为现有技术的开关电容比较器的电路图；图2为本专利技术的预充电平衡负载开关电容电路的一种实施方式的电路图；图3为图2中的预充电平衡负载开关电容电路中的开关电容电路中各开关的一种实施方式的通断时序图；图4为图2中的预充电平衡负载开关电容电路中的开关电容电路中各开关的另一种实施方式的通断时序图；图5为本专利技术的开关电容比较器的一种实施方式的电路图；图6为图5中各开关的一种实施方式的通断时序图；图7为本专利技术的差分连接的预充电平衡负载开关电容电路的一种实施方式的电路图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。参见图2所示，为本专利技术的预充电平衡负载开关电容电路的一种实施方式的电路图。在本实施方式中，预充电平衡负载开关电容电路2包括一个开关电容电路22、主放大器21和虚地放大器23。主放大器21用于将输入的第一模拟电压信号进行缓冲(即单位增益放大)形成第二模拟电压信号，并输出到开关电容电路22。开关电容电路22用于对第二模拟电压信号进行采样，生成第一采样信号。虚地放大器23用于接收第一采样信号并放大形成第二采样信号后输出。其中，开关电容电路22包括第一开关电容网络221和第二开关电容网络222。第一开关电容网络221和第二开关电容网络212具有相同电路结构，且周期性地工作于采样模式、转移模式和预充电模式。在一种实施方式中，第一开关电容网络221和第二开关电容网络222可以包括多个开关，该多个开关用于使得当第一/第二开关电容网络221/222工作在比较模式时，第二/第一开关电容网络222/221工作在预充电模式。其中，采样模式、转移模式和预充电模式互不重叠，也即是说，第一开关电容网络221和第二开关电容网络222在一个时期仅能处于一个模式。在一种实施方式中，第一开关电容网络221可以包括第一电容Cs1A、第一采样开关组、第一转移开关组和第一预充电开关组；第一采样开关组包括第一采样开关CK1s1和第二采样开关CK1s2；第一转移开关组包括第一转移开关CK1t1和第二转移开关CK1t2；第一预充电开关组包括第一预充电开关CK1p1和第二预充电开关CK1p2。参见图2所示，第一采样开关CK1s1和第一预充电开关CK1p1的第一端与主放大器21的输出端连接。第一采样开关CK1s1和第一预充电开关CK1p1的第二端与第一采样电容Cs1A的第一端连接。第一转移开关CK1t1的第一端接地，第一转移开关CK1t1的第二端与第一采样电容Cs1A的第一端连接。第二采样开关CK1s2和第二转移开关CK1t2的第一端与第一采样电容Cs1A的第二端连接；第二采样开关CK1s2和第二转移开关CK1t2的第二端连接至虚地放大器23的负极输入端；第二预充电开关CK1p2的第一端与第一采样电容Cs1A的第二端连接，第二预充电开关CK1p2的第二端接地。且第一采样开关组、第一转移开关组和第一预充电开关组的接通时间互不重叠。类似的，第二开关电容网络222可以包括第二电容Cs1B、第二采样开关组、第二转移开关组和第二预充电开关组。第二采样开关组包括第三采样开关CK2s1和第四采样开关CK2s2，第二转移开关组包括第三转移开关CK2t1和第四转移开关CK2t2，第二预充电开关组包括第三预充电开关CK2p1和第四预充电开关CK2p2。第三采样开关CK2s1和第三预充电开关CK2p1的第一端与主放大器21的输出端连接，第三采样开关CK2s1和第三预充电开关CK2p1的第二端与第二采样电容Cs1B的第一端连接。第三转移开关CK2t1的第一端接地，第三转移开关CK2t1的第二端与第二采样电容Cs1B的第一端连接。第四采样开关CK2s2和第四转移开关CK2t2的第一端与第二采样电容Cs1B的第二端连接，第四采样开关CK2s2和第四转移开关CK2t2的第二端连接至虚地放大器23的负极输入端。第四预充电开关CK2p2的第一端与第二采样电容Cs1B的第二端连接，第四预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预充电平衡负载开关电容电路，其特征在于，包括一个开关电容电路、主放大器和虚地放大器；所述主放大器用于将输入的第一模拟电压信号进行缓冲形成第二模拟电压信号，并输出到所述开关电容电路；所述开关电容电路用于对所述第二模拟电压信号进行采样，生成第一采样信号；所述虚地放大器用于接收所述第一采样信号并放大形成第二采样信号后输出；其中，所述开关电容电路包括第一开关电容网络和第二开关电容网络，所述第一开关电容网络和第二开关电容网络具有相同电路结构，且周期性地工作于采样模式、转移模式和预充电模式；所述第一开关电容网络和第二开关电容网络包括多个开关，所述多个开关用于使得当第一/第二开关电容网络工作在转移模式时，第二/第一开关电容网络工作在预充电模式。

【技术特征摘要】
1.一种预充电平衡负载开关电容电路，其特征在于，包括一个开关电容电路、主放大器和虚地放大器；所述主放大器用于将输入的第一模拟电压信号进行缓冲形成第二模拟电压信号，并输出到所述开关电容电路；所述开关电容电路用于对所述第二模拟电压信号进行采样，生成第一采样信号；所述虚地放大器用于接收所述第一采样信号并放大形成第二采样信号后输出；其中，所述开关电容电路包括第一开关电容网络、第二开关电容网络和公共采样开关，所述第一开关电容网络和第二开关电容网络具有相同电路结构，且周期性地工作于采样模式、转移模式和预充电模式；所述第一开关电容网络和第二开关电容网络包括多个开关，所述多个开关用于使得当第一/第二开关电容网络工作在转移模式时，第二/第一开关电容网络工作在预充电模式；所述公共采样开关用于在所述第一采样开关组或所述第二采样开关组接通时同时接通，用于产生所述第一开关电容网络或第二开关电容网络采集的第一采样信号；所述公共采样开关的第一端与所述虚地放大器的负极输入端相连，所述公共采样开关的第二端接地。2.根据权利要求1所述的预充电平衡负载开关电容电路，其特征在于，所述采样模式、转移模式和预充电模式互不重叠。3.根据权利要求1所述的预充电平衡负载开关电容电路，其特征在于，所述第一开关电容网络包括第一电容、第一采样开关组、第一转移开关组和第一预充电开关组；所述第一采样开关组包括第一采样开关和第二采样开关，所述第一转移开关组包括第一转移开关和第二转移开关，所述第一预充电开关组包括第一预充电开关和第二预充电开关；所述第一采样开关和所述第一预充电开关的第一端与所述主放大器的输出端连接，所述第一采样开关和所述第一预充电开关的第二端与所述第一采样电容的第一端连接；所述第一转移开关的第一端接地，所述第一转移开关的第二端与所述第一采样电容的第一端连接；所述第二采样开关和所述第二转移开关的第一端与所述第一采样电容的第二端连接，所述第二采样开关和所述第二转移开关的第二端连接至所述虚地放大器的负极输入端；所述第二预充电开关的第一端与所述第一采样电容的第二端连接，所述第二预充电开关的第二端接地；且所述第一采样开关组、第一转移开关组和第一预充电开关组的接通时间互不重叠。4.根据权利要求3所述的预充电平衡负载开关电容电路，其特征在于：所述第二开关电容网络包括第二电容、第二采样开关组、第二转移开关组和第二预充电开关组；所述第二采样开关组包括第三采样开关和第四采样开关，所述第二转移开关组包括第三转移开关和第四转移开关，所述第二预充电开关组包括第三预充电开关和第四预充电开关；所述第三采样开关和所述第三预充电开关的第一端与所述主放大器的输出端连接，所述第三采样开关和所述第三预充电开关的第二端与所述第二采样电容的第一端连接；所述第三转移开关的第一端接地，所述第三转移开关的第二端与所述第二采样电容的第一端连接；所述第四采样开关和所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆波，尹国和，陈勇，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11