缓冲型模数转换器以及集成电路制造技术

一种缓冲型模数转换器以及集成电路，缓冲型模数转换器包括输入缓冲单元和模数转换单元，所述输入缓冲单元包括主源跟随器以及辅源跟随器，所述辅源跟随器用于消除主源跟随器的沟道长度调制效应；所述模数转换单元的输入与所述输入缓冲单元的输出连接，所述模数转换单元用于将所述输入缓冲单元输出的模拟信号转换成数字信号输出。辅源跟随器能消除主源跟随器的沟道长度调制效应从而大幅度提高缓冲型模数转换器的线性度和增益精度。

Buffered ADC and integrated circuit

【技术实现步骤摘要】
缓冲型模数转换器以及集成电路
本申请属于CMOS集成器件
，尤其涉及一种缓冲型模数转换器以及集成电路。
技术介绍
模数转换器(Digital-to-AnalogConverter，ADC)用于将模拟信号转换成表示一定比例电压值的数字信号。模数转换器被普遍的用在范围从直流信号和低频传感器应用到无线通信的高频模数转换器的许多应用中。模拟信号在时域上是连续的，因此可以将它转换为时间是连续的一系列数字信号。然而实际使用的模数转换器不能进行完全实时的转换，所以对输入信号进行一次转换的过程中必须通过一些外加方法使之保持恒定。常用的有采样保持电路，在大多数的情况里，通过使用一个电容可以存储输入的模拟电压，并通过开关或门电路来闭合、断开这个电容和输入信号的连接。然而，模数转换器内部采样保持电路中采样开关存在电荷溃通效应，对信号源有电荷注入效应，这将导致模数转换器的线性度下降。另一方面，采样-保持电路有效的输入阻抗，会限制模数转换器的外部接口必须是低阻抗输入，限制了模数转换器的应用。为了解决这个问题，通常需要在模数转换器前端增加一个输入缓冲电路，用以隔离信号源和采样电容，提供高输入阻抗。目前常用的输入缓冲器结构包括：1、基于运算放大器，接成单位增益的闭环反馈结构。该结构存在输入信号需要提供合适的偏置电压，也就是对传感器提出了条件。另外，由于运放结构复杂、噪声大，运放的噪声会限制模数转换器的性能，造成缓冲型模数转换器需要很大代价才能有较好的性能。2、基于单MOS管的源跟随器(source-follower)结构。该结构存在由于是开环结构，没有反馈，因此它的输出阻抗是一个有限的值(一般在1kΩ左右，取决于电流大小)，受限于沟道长度调制效应增益精度和线性度一般。3、基于双极性晶体管器件的源跟随器结构。该结构存在需要BiCMOS特殊工艺的支持，普通CMOS工艺难以实现，而BiCMOS工艺非常昂贵成本高。另外，双极性晶体管的基极要走电流，这导致输入阻抗不是无穷大，导致阻抗隔离效果不好。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种缓冲型模数转换器以及集成电路，旨在解决传统的单MOS管构成的缓冲型模数转换器限于沟道长度调制效应增益精度和线性度一般的问题。本申请实施例的第一方面提供了一种缓冲型模数转换器，输入缓冲单元和模数转换单元，其中：所述输入缓冲单元包括同向或反向串联在电源和公共电位之间的第一电流源、由第一晶体管构成的第一主源跟随器以及由至少一个第二晶体管构成的第一辅源跟随器，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极共接作为缓冲型模数转换器的输入用以接入模拟信号，所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间的共接点作为所述输入缓冲单元的输出用以输出缓冲后的模拟信号，所述第一辅源跟随器用于消除所述第一主源跟随器的沟道长度调制效应；所述模数转换单元的输入与所述输入缓冲单元的输出连接，所述模数转换单元用于将所述输入缓冲单元输出的模拟信号转换成数字信号输出。本申请实施例的第二方面提供了一种集成电路，包括如上所述的缓冲型模数转换器。上述的缓冲型模数转换器中的第一级输入缓冲级利用不同晶体管构成两个源跟随器，其中一个作为主源跟随器，另一个作为辅源跟随器，辅源跟随器的作用是消除主源跟随器的沟道长度调制效应，从而大幅度提高缓冲型模数转换器的线性度和增益精度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A和1B分别为本申请实施例提供的缓冲型模数转换器两种结构示意图；图2为图1A所示的缓冲型模数转换器实施例一的示例电路原理图；图3为图1A所示的缓冲型模数转换器实施例二中输入缓冲单元的示例电路原理图；图4为图1B所示的缓冲型模数转换器实施例三的示例电路原理图；图5为图1B所示的缓冲型模数转换器实施例四中输入缓冲单元的示例电路原理图；图6为图1A所示的缓冲型模数转换器实施例五的示例电路原理图；图7为图1A所示的缓冲型模数转换器实施例六中输入缓冲单元的示例电路原理图；图8为传统的单PMOS管构成的源跟随器结构缓冲型模数转换器电路原理图及其输入/输出信号波形图；图9为图2所示的缓冲型模数转换器的中输入缓冲单元的电路原理图及其输入/输出信号波形图；图10为本申请实施例提供的第一种差分缓冲型模数转换器的示例电路原理图；图11为本申请实施例提供的第二种差分缓冲型模数转换器的示例电路原理图；图12为本申请实施例提供的第三种差分缓冲型模数转换器的示例电路原理图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。请参阅图1A和图1B，本申请实施例提供的缓冲型模数转换器包括输入缓冲单元10和模数转换单元20，输入缓冲单元10包括同向串联(见图1A)或反向串联(见图1B)在电源Vcc和公共电位Vss之间的第一电流源Iss、由第一晶体管构成的第一主源跟随器100以及由至少一个第二晶体管构成的第一辅源跟随器200，第一晶体管和第二晶体管的栅极共接作为缓冲型模数转换器的输入用以接入模拟信号vin，第一电流源Iss和第一主源跟随器100之间的共接点作为输入缓冲单元10的输出用以输出缓冲后的模拟信号vbuffer，第一辅源跟随器200用于消除第一主源跟随器100的沟道长度调制效应。模数转换单元20的输入与输入缓冲单元10的输出连接，所述模数转换单元20用于将输入缓冲单元10输出的模拟信号转换成数字信号Dout输出。本方案是单MOS管的构成的输入缓冲单元10基础上改进，第一主源跟随器100还是单个晶体管，第一辅源跟随器200为单个或多个串联的晶体管。而第一电流源Iss、第一主源跟随器100以及第一辅源跟随器200依次正向或反向串联在电源Vcc和公共电位Vss(如大地)之间，取决于晶体管是P型还是N型。输入缓冲单元10利用不同晶体管构成两个源跟随器，其中一个作为主源跟随器，另一个作为辅源跟随器，辅源跟随器的作用是消除主源跟随器的沟道长度调制效应，从而大幅度提高缓冲型模数转换器的线性度和增益精度。关于输入缓冲单元10的实施例如下：实施例一：请参阅图2，输入缓冲单元10中的第一晶体管和第二晶体管为PMOS管，那么第一电流源Iss、第一主源跟随器100以及第一辅源跟随器200依次串联在电源Vcc和公共电位Vss之间，第一晶体管的源极通过第一电流源Iss接电源Vcc，至少一个第二晶体管同向串联后连接在第一晶体管的漏极和公共电位Vss之间。具体地，第一晶体管为PMOS管PM1，第二晶体管为PMOS管PM0，PMOS管PM0的衬底接其源极，PMOS管P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓冲型模数转换器，其特征在于，输入缓冲单元和模数转换单元，其中：/n所述输入缓冲单元包括同向或反向串联在电源和公共电位之间的第一电流源、由第一晶体管构成的第一主源跟随器以及由至少一个第二晶体管构成的第一辅源跟随器，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极共接作为缓冲型模数转换器的输入用以接入模拟信号，所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间的共接点作为所述输入缓冲单元的输出用以输出缓冲后的模拟信号，所述第一辅源跟随器用于消除所述第一主源跟随器的沟道长度调制效应；/n所述模数转换单元的输入与所述输入缓冲单元的输出连接，所述模数转换单元用于将所述输入缓冲单元输出缓冲后的模拟信号转换成数字信号输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种缓冲型模数转换器，其特征在于，输入缓冲单元和模数转换单元，其中：
所述输入缓冲单元包括同向或反向串联在电源和公共电位之间的第一电流源、由第一晶体管构成的第一主源跟随器以及由至少一个第二晶体管构成的第一辅源跟随器，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极共接作为缓冲型模数转换器的输入用以接入模拟信号，所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间的共接点作为所述输入缓冲单元的输出用以输出缓冲后的模拟信号，所述第一辅源跟随器用于消除所述第一主源跟随器的沟道长度调制效应；
所述模数转换单元的输入与所述输入缓冲单元的输出连接，所述模数转换单元用于将所述输入缓冲单元输出缓冲后的模拟信号转换成数字信号输出。


2.如权利要求1所述的缓冲型模数转换器，其特征在于，所述输入缓冲单元还包括用于增加输出电平移位的电平移位模块，其中：
所述电平移位模块连接在所述第一电流源和所述第一主源跟随器之间，所述电平移位模块与所述第一电流源之间的共接点作为所述输入缓冲单元的输出；和/或
所述电平移位模块连接在所述第一主源跟随器和所述第一辅源跟随器之间。


3.如权利要求1所述的缓冲型模数转换器，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为PMOS管，所述第一晶体管的源极通过所述第一电流源接电源，至少一个所述第二晶体管同向串联后连接在所述第一晶体管的漏极和公共电位之间；或
所述第一晶体管和所述第二晶体管为NMOS管，所述第一晶体管的源极通过所述第一电流源接公共电位，至少一个所述第二晶体管同向串联后连接在所述第一晶体管的漏极和电源之间。


4.如权利要求1至3任一项所述的缓冲型模数转换器，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管均工作在饱和区；所述第一晶体管的阈值电压大于所述第二晶体管的阈值电压。


5.如权利要求4所述的缓冲型模数转换器，其特征在于，所述第一晶体管的阈值电压大于所述第二晶体管的阈值电压关系为：|Vth1|-|Vth0|≥|Vod0|+margin；
其中，Vth1为所述第一晶体管的阈值电压，Vth0为所述第二晶体管的阈值电压，Vod0为所述第二晶体管的过驱动电压，margin为电压裕量。


6.如权利要求1所述的缓冲型模数转换器，其特征在于，所述模数转换单元包括相互连接的采样保持电路和信号处理电路，所述采样保持电路的输入端作为所述模数转换单元的输入，所述采样保持电路用于按预设规则采样所述输入缓冲单元输出的模拟信号并存储为电压信号，所述信号处理电路的输出端作为所述模数转换单元的输出，所述信号处理电路用于对所述采样保持电路存储的电压信号转换成数字信号输出。


7.如权利要求6所述的缓冲型模数转换器，其特征在于，所述采样保持电路包括第一开关、第二开关、第三开关以及储能电容，其中：
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏书香，许建超，
申请(专利权)人：深圳市锐能微科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44