高速开关电容动态偏置电路及流水线型模数转换器制造技术

本发明专利技术提供一种高速开关电容动态偏置电路及流水线型模数转换器，结合“电容模块+第一开关模块+第二开关模块”设计动态偏置电路，采用开关电容结构来实现偏置电压的动态切换，输出的动态偏置电压能快速在第一阈值与第二阈值之间来回切换，将该高速开关电容动态偏置电路应用在流水线型模数转换器中时，通过动态偏置电压的切换控制，能使MOS电流源在采样时钟相半周期内被偏置到亚阈值工作区，使其电流趋近于零，在放大时钟相半周期内被偏置到饱和工作区，使得放大器电路在一个完整的时钟周期内平均电流减少一半，降低了放大器电路的平均功耗；同时，动态偏置电压的切换速度快，该高速开关电容动态偏置电路适用于高速工作的流水线型模数转换器。型模数转换器。型模数转换器。

【技术实现步骤摘要】
高速开关电容动态偏置电路及流水线型模数转换器


[0001]本专利技术涉及集成电路
，特别是涉及一种高速开关电容动态偏置电路及流水线型模数转换器。

技术介绍

[0002]新一代无线通信系统对模数转换器(ADC)的精度、速度和功耗提出了进一步的要求，需要在满足高速高精度的条件下达到低功耗的目标。而传统用于通信系统的流水线型模数转换器普遍在高速高精度指标下功耗较高，为了达到整机系统的功耗要求，就需要采用低功耗设计技术来进行技术升级。在流水线型模数转换器中，功耗最大的模块通常是其中的运算放大器，其指标直接决定了系统的速度和线性度，通常功耗占整个ADC的一半以上，因此为了实现系统低功耗和高速的目标，需要在保证放大器速度的条件下，降低放大器的功耗。对长期工作的器件而言，降低其平均功耗通常比降低瞬时功耗更有意义，因此，降低一个周期内的平均电流可以降低放大器的平均功耗，而对放大器的偏置电流进行动态切换就成为了一个降低平均电流的重要途径。
[0003]然而，现有的对放大器电流源通过开关进行动态偏置切换的方法，不能满足高速工作的要求，因为电流源本身的器件尺寸较大，导致开关网络的时间常量较大，不能在规定的周期时间内让放大器工作于稳定的状态，其转换速率一般低于50MSPS，因此需要新的动态偏置技术来实现更高转换速率的目标。而动态偏置电路的典型实现方式是：通过开关控制运算放大器电流源中部分MOS管的偏置电压，使得该部分MOS管在采样相时钟周期内关断，在放大相时钟周期内偏置于正常工作电压，从而减小放大器的平均电流。但是，传统动态偏置电路输出偏置电压的高低电平切换速度比较慢且对应结构复杂。
[0004]因此，目前亟需一种结构简单且切换速度快的动态偏置技术方案。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高速开关电容动态偏置技术方案，用于解决流水线型模数转换器在高速工作模式下偏置电压切换速度慢的技术问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的技术方案如下。
[0007]一种高速开关电容动态偏置电路，包括：
[0008]电容模块，接参考电压和静态偏置电压，对所述参考电压和所述静态偏置电压进行采样并重新分布，得到并输出动态偏置电压；
[0009]第一开关模块，接在所述电容模块的参考电压采样回路和静态偏置电压采样回路中，在第一时钟控制信号的控制下，通过所述电容模块对所述参考电压和所述静态偏置电压进行采样，并将所述动态偏置电压拉高到第一阈值；
[0010]第二开关模块，接在所述电容模块的电荷重分布回路中，在第二时钟控制信号的控制下，通过所述电容模块对所述参考电压和所述静态偏置电压进行电荷重新分布，并将
所述动态偏置电压拉低到第二阈值。
[0011]可选地，所述电容模块包括第一电容、第二电容、第三电容及寄生电容，所述第一开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，所述第二开关模块包括第五开关、第六开关及第七开关，所述第一电容的一端接工作电压，所述第一电容的另一端分别接所述第二开关的输出端及所述第七开关的输入端，所述第二开关的输入端接所述静态偏置电压，所述第七开关的输出端接所述寄生电容的一端，所述寄生电容的另一端接所述工作电压，所述第二电容的一端分别接所述第一开关的输出端及所述第五开关的输出端，所述第二电容的另一端分别接所述第三开关的输入端及所述第六开关的输入端，所述第一开关的输入端接所述参考电压，所述第五开关的输入端接所述工作电压，所述第三开关的输出端接所述工作电压，所述第六开关的输出端接所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端接所述第七开关的输出端，所述第四开关的输入端接所述工作电压，所述第四开关的输出端接所述第六开关的输出端，其中，所述寄生电容接所述第七开关的一端输出所述动态偏置电压。
[0012]可选地，所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端及所述第四开关的控制端分别接所述第一时钟控制信号，所述第五开关的控制端、所述第六开关的控制端及所述第七开关的控制端分别接所述第二时钟控制信号。
[0013]可选地，所述第一时钟控制信号的相位与所述第二时钟控制信号的相位相反。
[0014]可选地，高速开关电容动态偏置电路还包括：
[0015]参考电压产生模块，产生并输出所述参考电压。
[0016]可选地，所述参考电压产生模块包括运算放大器、NMOS管、第一电阻及第二电阻，所述运算放大器的同相输入端接基准电压，所述运算放大器的输出端接所述NMOS管的栅极，所述NMOS管的漏极接所述工作电压，所述NMOS管的源极经依次串接的所述第一电阻及所述第二电阻后接地，所述运算放大器的反相输入端接所述第一电阻与所述第二电阻的公共端，所述NMOS管的源极输出所述参考电压。
[0017]一种流水线型模数转换器，至少包括放大器电路及如上述任一项所述的高速开关电容动态偏置电路，所述放大器电路包括MOS电流源，所述高速开关电容动态偏置电路输出的所述动态偏置电压接所述MOS电流源中MOS管的栅极，通过所述动态偏置电压的控制，以使所述MOS电流源在采样时钟相半周期内被偏置到亚阈值工作区，在放大时钟相半周期内被偏置到饱和工作区。
[0018]如上所述，本专利技术提供的高速开关电容动态偏置电路及流水线型模数转换器，至少具有以下有益效果：
[0019]结合“电容模块+第一开关模块+第二开关模块”设计高速开关电容动态偏置电路，采用开关电容结构来实现偏置电压的动态切换，输出的动态偏置电压能快速在第一阈值与第二阈值之间来回切换，将该高速开关电容动态偏置电路应用在流水线型模数转换器中时，通过动态偏置电压的切换控制，能使MOS电流源在采样时钟相半周期内被偏置到亚阈值工作区，使其电流趋近于零，在放大时钟相半周期内被偏置到饱和工作区，从而使得放大器电路在一个完整的时钟周期内平均电流减少一半，极大地降低了放大器电路的平均功耗；同时，动态偏置电压的切换速度快，能迅速地让放大器电路进入稳定的工作状态，该高速开关电容动态偏置电路适用于高速工作的流水线型模数转换器。
附图说明
[0020]图1显示为本专利技术一可选实施例中高速开关电容动态偏置电路的电路图。
[0021]图2显示为图1中第一时钟控制信号Ф1与第二时钟控制信号Ф2的时序状态图。
[0022]图3显示为本专利技术一可选实施例中高速开关电容动态偏置电路中参考电压产生模块的电路图。
[0023]图4显示为本专利技术一可选实施例中传统动态偏置电路与本专利技术的高速开关电容动态偏置电路的动态偏置电压输出波形图。
具体实施方式
[0024]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0025]请参阅图1至图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速开关电容动态偏置电路，其特征在于，包括：电容模块，接参考电压和静态偏置电压，对所述参考电压和所述静态偏置电压进行采样并重新分布，得到并输出动态偏置电压；第一开关模块，接在所述电容模块的参考电压采样回路和静态偏置电压采样回路中，在第一时钟控制信号的控制下，通过所述电容模块对所述参考电压和所述静态偏置电压进行采样，并将所述动态偏置电压拉高到第一阈值；第二开关模块，接在所述电容模块的电荷重分布回路中，在第二时钟控制信号的控制下，通过所述电容模块对所述参考电压和所述静态偏置电压进行电荷重新分布，并将所述动态偏置电压拉低到第二阈值。2.根据权利要求1所述的高速开关电容动态偏置电路，其特征在于，所述电容模块包括第一电容、第二电容、第三电容及寄生电容，所述第一开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，所述第二开关模块包括第五开关、第六开关及第七开关，所述第一电容的一端接工作电压，所述第一电容的另一端分别接所述第二开关的输出端及所述第七开关的输入端，所述第二开关的输入端接所述静态偏置电压，所述第七开关的输出端接所述寄生电容的一端，所述寄生电容的另一端接所述工作电压，所述第二电容的一端分别接所述第一开关的输出端及所述第五开关的输出端，所述第二电容的另一端分别接所述第三开关的输入端及所述第六开关的输入端，所述第一开关的输入端接所述参考电压，所述第五开关的输入端接所述工作电压，所述第三开关的输出端接所述工作电压，所述第六开关的输出端接所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端接所述第七开关的输出端，所述第四开关的输入端接所述工作电压，所述第四开关的输出端接所述第六开关的输出端，其中，所述寄生...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓丹，杨南，张续莹，刘涛，王旭，邓民明，吴雪美，付东兵，王健安，俞宙，张正平，
申请(专利权)人：重庆吉芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：