應用于高速模數轉換器的高線性度輸入信號緩沖器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路技術領域，特別涉及數據轉換器電路的輸入驅動電路。
【背景技術】
[0002]模數轉換器作為模擬信號轉換到數字信號的橋梁被廣泛應用于現代電子系統中。隨著無線通訊、雷達等系統的發展，電路系統要求模數轉換器具有更高的轉換速率、更高的精度、高大的輸入帶寬、更低的功耗、更高的集成度和更低的成本。
[0003]流水線模數轉換器可以在轉換速率和轉換精度之間得到一個較為合適的折中。為了盡可能地降低電路的功耗，電路設計者將傳統的采樣保持電路和流水線模數轉換器的第一級流水線合并，并省去了片內的輸入驅動器。對于當前常用的采樣速率模數轉換器來說，這些改動可以有效的降低電路功耗。但是，當前系統對模數轉換器的采樣速率要求越來越高，采樣開關的開關脈沖對被采樣信號的干擾變得越來越大。依靠片外的濾波器無法保證轉換器的線性度。所以，必須增加片內輸入驅動電路。
[0004]如果采用傳統的單位增益負反饋電路作為輸入驅動器，那么在既定功耗要求和大帶寬輸入范圍條件下，單位增益負反饋電路基本上是不可能實現的。如果采用雙極性晶體管作為輸入驅動器的主要組成器件，增加了版圖的掩膜層，降低了芯片的集成度和提高了成本。
[0005]但是，如果采用傳統的單位增益負反饋電路作為輸入驅動器，那么在既定功耗要求和大帶寬輸入范圍條件下，單位增益負反饋電路基本上是不可能實現的。如果采用雙極性晶體管作為輸入驅動器的主要組成器件，增加了版圖的掩膜層，降低了芯片的集成度和提高了成本。
【發明內容】
[0006]為解決上述現有的缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種源極跟隨結構的輸入信號緩沖器，可以集成在CMOS工藝下并消耗比傳統輸入驅動電路更低的功耗。
[0007]為達成以上所述的目的，本發明的應用于高速模數轉換器的高線性度輸入信號緩沖器采取如下技術方案:
[0008]—種應用于高速模數轉換器的高線性度輸入信號緩沖器，由輸入驅動電路構成，其特征在于:所述的輸入驅動電路為源極跟隨結構，通過線性化增強，降低NMOS源極跟隨器的非線性。
[0009]NMOS管Ml的柵極連接到輸入信號VIN，NMOS管Ml的漏端連接到電源電壓VDD，NMOS管Ml的源端連接到偏置電流源IBl ；NM0S管Ml的源端通過電容Cl連接到NMOS管M2的柵極，通過開關S5連接到電容C3的負極板；電容C3的負極板通過開關S6連接到信號VCM ；電容C3的正極板連接到NMOS管M4的源端；NM0S管M4源端的節點為V2，并連接到偏置電流源IB2 ；NM0S管M4的柵極連接到偏置電壓VB，漏極連接到節點V3和NMOS管M3的源極；節點V3是輸入驅動電路的輸出節點；NMOS管M3的柵極連接到輸入信號VIN，其漏端連接到NMOS管M2的源極，該節點為V4 ；NM0S管M2的漏端連接到電源電壓VDD，其柵極通過電容Cl連接到節點Vl ;電容C2的正極板通過開關S3連接到電容Cl的正極板，通過開關SI連接到偏置電壓Vbl ;電容C2的負極板通過開關S4連接到電容Cl的負極板，通過開關S2連接到偏置電壓Vb2。
[0010]NMOS管M3是所述的輸入驅動電路的主要源極跟隨管；NM0S管M3的源極為所述輸入驅動電路的輸出端，輸出節點為V3 ;所述輸入驅動電路通過多個輔助電路，減小NMOS管M3的輸出信號的非線性；所述的輔助電路包括，由NMOS管Ml和偏置電流源IBl組成的源極跟隨電路，由電容C3、開關S5、開關S6和NMOS管M4組成的電流緩沖器，由NMOS管M2和NMOS管M3、NMOS管M4、偏置電流源IB2組成的源極跟隨電路。
[0011]NMOS管MUNMOS管M3的柵極連接到輸入端VIN ；NM0S管的源極為節點VI，并連接到偏置電流源IBl ;NM0S管Ml的漏端連接到電源電壓VDD ;節點Vl和節點V3都是輸入信號的跟隨電壓，和輸入信號相差一個NMOS管的閾值電壓。
[0012]NMOS管M4的源端為低阻抗點，在輸入跟隨階段，NMOS管M4的源極為虛地點；開關S5閉合，開關S6斷開，由電容C3和NMOS管M4組成的電流緩沖器，在輸入跟隨階段，在電容C3上產生的電流大小約等于采樣電容C4上的電流；NM0S管M4將電容C3上的電流轉移到采樣電容C4上，減小了 NMOS管M3溝道電流的變化量；在余量放大相位，開關S5斷開，開關S6閉合，電容C3復位；此時的電容C3的負極板電壓等于采樣電容C4在復位相位下的負極板電壓；當跟隨保持電路從復位相位跳變到輸入跟隨相位時，電容C3、采樣電容C4都會有相應的電壓跳變；采樣電容C4的負極板電壓的跳變所需要的電荷由信號通路NMOS管M1、電容C3、NM0S管M4提供；這樣可以加快采樣電容C4的電壓建立速度。
[0013]由NMOS管M2和NMOS管M3、NM0S管M4、偏置電流源IB2組成的源極跟隨電路，保證節點V4和輸入信號VIN之間的電壓差恒定；開關S1、開關S2、開關S3、開關S4和電容Cl、電容C2組成的開關電容網絡，保證了 NMOS管M2的柵極電壓和輸入信號VIN之間的恒定壓差。
[0014]NMOS管M3是所述的輸入驅動電路的主要源極跟隨管；NM0S管M3的柵極、漏極、源極三者之間的電壓差不會因為輸入VIN的大擺幅波動而有明顯的變化；在輸入跟隨相位對采樣電容C4的充放電電流由NMOS管M1、電容C3、NMOS管M4提供。
[0015]采用如上技術方案的本發明，具有如下有益效果:
[0016]本發明通過多個輔助的源極跟隨電路，降低主源極跟隨器的輸入管的各個端口之間的相對電壓隨輸入信號變化而變化的幅度。相對靜止的電壓差，提高了主源極跟隨器在大信號輸入條件下線性度。
【附圖說明】
[0017]圖1(a)為傳統負反饋型單位增益輸入信號緩沖器。
[0018]圖1 (b)為傳統射極跟隨型輸入信號緩沖器。
[0019]圖2(a)為本發明提出的高線性度輸入信號緩沖器。
[0020]圖2(b)為本發明提出的高線性度輸入信號緩沖器的工作時序。
[0021]圖3為本發明輸入緩沖器電路在輸入跟隨狀態下的簡化電路。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0023]圖1(a)是傳統負反饋型單位增益輸入信號緩沖器。該電路中的運算放大器具有非常高的直流增益，可以保證輸入輸出之間足夠小的誤差電壓。運算放大器的高增益特性降低了 NMOS管的非線性。該電路可以作為高線性度的輸入信號緩沖器。但是，運算放大器的負反饋連接方式很難同時實現高增益、高速度和低功耗。
[0024]圖1 (b)是傳統的射極跟隨型輸入信號緩沖器。該電路是一個開環結構，可以在低功耗下實現高速度單位增益。雖然雙極型晶體管的射極跟隨電路的線性度優于CMOS源極跟隨電路。但是，依然無法滿足高速高精度模數轉換器要求的線性度。
[0025]圖2(a)是本發明提出的高線性度輸入信號緩沖器提出的高線性度輸入信號緩沖器。圖2(a)電路為源極跟隨電路，通過線性化增強技術，降低源極跟隨電路的非線性。圖中的NMOS管M3是本發明輸入驅動電路的主要源極跟隨驅動管。NMOS管M3的源端通過開關S7連接到采樣電容C4。NMOS管Ml的源極跟隨器和電容C3、NMOS管M4組成的子電路，為采樣電容C4提供充放電電流。而NMOS管M2被用作源極跟隨器，用于減小NMOS管M3三個端口之間的電壓波動。這些改進都是為了增加NMOS管M3源極跟隨時的線性度。
[0026]圖2(