逐次逼近型模数转换器及其比较器输入管的电容补偿电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模数转换技术领域，更加具体地来说，尤其是涉及一种逐次逼近型模数转换器及其比较器输入管的电容补偿电路。
【背景技术】
[0002]在电子技术领域，随着模数转换器性能指标的进一步提高，特别是随着集成电路工艺技术的不断发展，对逐次逼近型模数转换器的研宄也越来越深入。
[0003]例如，见图1，示出了现有逐次逼近型模数转换器中上极板采样的原理图，如图所示，电容阵列11由Cl到CN个电容组成，其中，所述电容阵列11的上极板一端通过采样开关SW接输入信号VINP和VINN，同时，电容阵列11的上极板另一端直接和比较器COMP的输入端相连。图1中的所述上极板采样的工作原理为:当电路进行采样阶段时，采样开关SW导通，Cl到CN构成的电容阵列11对输入信号VINP和VINN进行采样，比较器COMP处于复位状态；当电路处于逐次逼近阶段时，采样开关SW断开，比较器COMP处于工作状态。
[0004]另外，对于高速中等精度的逐次逼近型模数转换器，其通常采用动态比较器，具体地，请参见图2，示出一种动态比较器的结构原理图，应当理解，本发明中所涉及的比较器COMP为现有技术中常用的比较器，为便于说明本发明的技术方案，故以图2中的一般动态比较器21作为例子来予以说明(下文如无特殊说明，亦是如此)。由动态比较器的一般知识可知，在比较器的输入端一般设有两个CMOS管作为输入管，这是因为NMOS管相对于PMOS管而言，导通电阻更小，跨导更大，所以很多设计中，动态比较器21都采用NMOS管作为比较器的输入管，动态比较器原理图可以参见图2。另外，由动态比较器21的一般工作原理可知，由于输入电压的不同，动态比较器21的两个输入管NO和NI的衬底会处于耗尽或者反型状态。
[0005]进一步地，由于NMOS管属于MIS结构器件，对于耗尽和反型状态下MIS结构的电容，具体地，见图3，示出了一种MIS结构电容的剖面图，MIS结构电容通常用到的工艺是金属-二氧化硅-硅结构，其中，二氧化硅部分的电容是固定的Ctl，而硅部分的电容Cs会随着衬底的状态变化而变化，总的电容是CdP Cs两个电容串联而成。通过半导体物理的知识，可以知道，在低频状态下这种MIS结构的C-V曲线如图4所示。对于NMOS管，当栅电压Ve小于阈值电压Vthn时，栅极所对应的硅处于耗尽状态，C漱小，所以总电容C很小；当栅电压Ve大于阈值电压时，栅极所对应的硅处于反型状态，C漱大且处于一个恒定值，所以总电容C较大且恒定。对于PMOS管，当栅电压Ve大于O时，栅极所对应的硅处于积累状态，Cs较大且处于一个恒定值，所以总电容C较大且恒定。
[0006]更进一步地，下面来讨论由于上述MIS结构造成的电容变化对模数转换器性能的影响，结合图1至图4来看，图1中比较器COMP输入端的寄生电容Ccp和Ccn即是比较器COMP两个输入管NO和NI的MIS电容，电压VP和VN通常视为差模电压，共模电压VCM通常取VDD/2，这里的栅电压Ve为比较器的输入电压。
[0007]请参见图5，示出了 NMOS结构的栅电压区域划分示意图，如图5所示，将比较器COMP的输入电压(即Ve)划分为两个区域，当比较器COMP输入差模电压绝对值小于2VCM-2VTHN时，两个输入NMOS管的衬底均处于强反型状态，由前面的分析可知，此时两个输ANMOS的寄生电容较大且恒定，所以Ccp和Ccn相等且恒定，这两个恒定的寄生电容对于逐次逼近型模数转换器而言，会产生一个增益误差，这个误差不会影响模数转换器的线性度；当比较器COMP输入差模电压绝对值大于2VCM-2VTHN时，比较器的两个输入电压中，设VP小于VTHN，此时其栅极对应的硅处于耗尽状态，由前面的分析可知，Cct较小且随VP的变化而变化，设VN大于2VCM-VTffl，此时其栅极对应的硅处于反型状态，由前面的分析可知，C。,较大且不随VN的变化而变化，这会造成Cep和C ^不相等，且它们之差随VP和VN的变化而变化，这个变化的寄生电容之差对于逐次逼近型模数转换器而言，会产生一个非线性的误差。特别是随着工艺水平的不断提高，电容阵列的单位电容容值不断减小，寄生电容Ccp和Ccm之差随输入信号变化而变化的现象，对模数转换器性能的影响会更加明显。
[0008]综上来看，由于现有逐次逼近型模数转换器中比较器输入端寄生电容的容值随比较器输入端电压的变化而变化，会影响电容阵列实际的匹配精度，从而影响模数转换器的整体性能，故现有现有逐次逼近型模数转换器中的上极板采样结构不能胜任更高精度下的工作需求。
【发明内容】
[0009]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种逐次逼近型模数转换器及其比较器输入管的电容补偿电路，用于解决现有技术中，由于现有逐次逼近型模数转换器中比较器输入端寄生电容的容值随比较器输入端电压的变化而变化，会影响电容阵列实际的匹配精度，从而影响模数转换器的整体性能的问题。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案:
[0011 ] 一种比较器输入管的电容补偿电路，包括至少一个反相器、MOS管及控制开关，其中，所述控制开关包括第一接线端、第二接线端及供触发所述第一接线端和第二接线端连接或断开的控制端，所述MOS管的栅极连接所述控制开关的第一接线端，所述MOS管的源级和漏极同时接电源端，所述反相器的输出端连接所述控制开关的控制端，所述反相器的输入端和所述开关的第二接线端共同连接比较器输入管连接输入电压所在端。
[0012]优选地，在上述比较器输入管的电容补偿电路中，所述MOS管为PMOS管。
[0013]更优地，在上述比较器输入管的电容补偿电路或优选方案中，所述反相器为CMOS反相器。更加具体地，所述MOS管为PMOS管，且将所述PMOS管作为第一 PMOS管，所述反相器由第二 PMOS管和一 NMOS管构成，所述第二 PMOS管的栅极和所述NMOS管的栅极共同连接并作为所述反相器的输入端，所述第二 PMOS管的漏极和所述NMOS管的漏极共同连接并作为所述反相器的输出端，所述第二 PMOS管的源极连接电源端，所述NMOS管的源极连接公共接地端。
[0014]通过上述方案，可以通过设计第一 PMOS管、第二 PMOS管PM及NMOS管NM和于比较器输入端的NMOS管的尺寸，使得在比较器输入电压小于阈值电压Vthn和比较器输入电压大于阈值电压Vthn两种情况下，补偿后总的寄生的电容相等且恒定，通过实现输入电压在O到电源电压VDD整个范围内，寄生电容相等，并保持一个相对恒定的值这一目的，从而消除传统结构下由于寄生电容不相等且不恒定所带来的非线性误差，从而达到提高逐次逼近型模数转换器性能的目的。
[0015]另外，在上述比较器输入管的电容补偿电路的基础上，本发明还提供了一种逐次逼近型模数转换器，其中，所述逐次逼近型模数转换器中的比较器输入端的正、负接线上各设有一个上述比较器输入管的电容补偿电路，以在所述比较器输入端的输入电压变化时补偿于所述比较器输入端产生的第一寄生电容和第二寄生电容，且所述第一寄生电容和第二寄生电容相等并保持为一个恒定值。优选地，还可以将上述逐次逼近型模数转换器制作为一集成电路芯片。
[0016]如上所述，本发明具有以下有益效果:本发明提出一种电容补偿电路，