具有宽微调范围的参考缓冲器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请一般涉及电子设备，更具体地说，涉及到具有宽微调范围的参考缓冲器。
【背景技术】
[0002] 电子设备常常包括将模拟信号转换成数字信号的组件。一旦模拟信号被转换成数 字信号，计算机处理器可以有效地处理数字信号以提供各种有价值的功能。这些组件统称 为转换器，并且更具体地，模数转换器（ADC)。ADC在无数的应用中使用，例如电信、汽车技 术、医疗设备、音频技术、视频技术等。具体取决于应用，不同类型的ADC被使用。针对ADC 的设计可以大幅变化，并且随着对这些ADC的需要的上升，改善这些ADC的需要也持续上 升。
【发明内容】
[0003] 用于生成电压参考的电路在电子设备中常见。例如，这些电路被用于在模数转换 器，它通过比较模拟输入信号与这些电路所提供的一个或多个电压参考，将模拟信号转换 成它的数字表示。在许多应用中，这些参考电压的速度与精度是很重要的。参考电压的速 度与电路中的器件的物理性质相关。参考电压的精度直接与电路用以微调量程电压输出的 能力相关。本申请描述了一种具有宽微调范围的快速、有效的参考缓冲器，它特别适合于亚 微米工艺和高速应用。参考缓冲器包括多个二极管连接的晶体管，它们可以使用控制器被 选择打开或关闭以提供宽微调范围。
【附图说明】
[0004] 图1是根据本申请的一些实施例，建模参考缓冲器的示意图；
[0005] 图2是说明使用电阻器的参考缓冲器的实现的示意图；
[0006]图3是说明使用n通道金属氧化物半导体场效应（NM0S)晶体管的参考缓冲器的 另一个实现的不意图；
[0007]图4是说明使用单个二极管连接的n通道金属氧化物半导体场效应（NM0S)晶体 管的参考缓冲器的另一个实现的示意图；
[0008]图5是说明使用单个二极管连接的n沟道金属氧化物半导体场效应（NM0S)晶体 管，其中背栅极电压被控制的参考缓冲器的另一个实现的示意图；
[0009] 图6是根据本申请的一些实施例，说明用于在参考缓冲器中提供通路器件的切换 机制的图；
[0010] 图7是根据本申请的一些实施例，说明用于在参考缓冲器中提供通路器件的实现 的不意图；
[0011] 图8是根据本申请的一些实施例，说明用于在参考缓冲器提供通路器件的实现的 不意图；和
[0012] 图9是根据本申请的一些实施例，说明用于在参考缓冲器提供通路器件的实现的 示意图。
【具体实施方式】
[0013] 理解流水线ADC与参考缓冲器的重要性
[0014] 对于要求高的应用，其中转换速度是至关重要的，特定类型的模数转换器（ADC) 通常被使用一流水线ADC。流水线ADC能够以非常高的采样率实现令人印象深刻的分辨率 和信噪比性能。流水线ADC的速度是通过一系列的流水线转换器级处理模拟输入信号来实 现的。每一级输出数字输出信号的一部分（即，数字码各自的一部分），并且每一级（除了 最后一级）比较模拟信号或模拟信号的剩余与参考电压以生成数字输出信号的各自的一 部分。
[0015] 因为这种结构，ADC的精度直接取决于剩余信号的精度，而这反过来直接取决于这 些流水线级的参考电压的参数。参考电压的参数可以包括速度、精度和阻抗。至于速度，参 考电压应该被足够快的生成以支持ADC以此速度运作。至于精度，参考电压应该被微调以 提供稳定的参考电压。至于阻抗，参考电压缓存器应该具有低阻抗，这反过来增强了参考电 压的速度和精度。
[0016] 设计参考缓冲器非常重要
[0017] 设计一种用于提供参考电压，快速、准确、高效的参考缓冲器不是一个简单的任 务。图1是根据本申请的一些实施例，建模参考缓冲器的示意图。在高速ADC中使用的高速 的内部参考缓冲器通常使用堆叠（例如，AB类）的n通道金属氧化物半导体场效应（NM0S) 晶体管（在图1中示为％)加上p通道金属氧化物半导体场效应（PM0S)晶体管（在图1中 示为M2)的源极跟随器作为低阻抗电压缓冲器。晶体管处于共漏极结构中。而且，NM0S晶 体管和PM0S晶体管由通路器件（示为ZR)分离。图1所示的模型可以被看作是具有推挽 式的拓扑结构。
[0018] 互补共漏极输出级，S卩，堆叠的NM0S-PM0S源极跟随器，与通路器件提供可以用于 生成参考电压VREF的参考缓冲器，例如，在流水线ADC中，逐次逼近寄存器（SAR)ADC，或者使 用一个或多个参考电压以转换信号的任何ADC。具体而言，通路器件的电压，S卩，在通路器件 的端子间的电压，提供参考电压VREF，它被取自参考电压信号：顶部参考电压VREF#P底部参 考电压VREFB。
[0019] 需要注意，顶部参考电压VREFT和底部参考电压V_的精度影响流水线ADC中各种 流水线级的生成的剩余信号的质量。出于这个原因，通路器件的设计对于通路器件控制顶 部参考电压VREF#P底部参考电压VREFj^能力是至关重要的。
[0020] 实现通路器件的多种方式及它们的局限
[0021] 有多种方式可以实现通路器件&(如在图1中所示的模型呈现）。一般而言，通路 器件ZR应该表现出用以快速差别建立的双向低阻抗。
[0022] 在一个实例中，通路器件可以通过电阻来实现。图2是说明使用电阻（图中示为 RJ的参考缓冲器的实现的示意图。使用电阻&来实现通路器件需要非常大的电流（IREF)， 烧大量电流（IREF)会导致低效率的设计。
[0023] 在另一个例子中，通路器件可以使用饱和态的n通道金属氧化物半导体场效应 (NM0S)晶体管实现。图3是说明使用n通道金属氧化物半导体场效应（NM0S)晶体管（图 中示为M3)的参照缓冲器的另一个实现的示意图。但是，使用NMOS晶体管M3的这种实现是 不理想的，因为在顶部参考电压VREFT和底部参考电压VREFB的阻抗是不对称的，也就是说，通 路器件不呈现双向低阻抗。
[0024] 在又一个实例中，通路器件可以使用二极管连接的NM0S晶体管来实现。图4是说 明使用单个的二极管连接的n沟道金属氧化物半导体场效应（NM0S)晶体管（图中所示为 MD)的参考缓冲器的另一个实现的示意图。它已示出了更快建立和更低的功耗可以被实现， 如果通路器件被实现为二极管连接的M0S器件。然而，这样的设计也不是没有局限性。
[0025] 微调参考电压，即，满量程电压（VREFT_VREFB)，是ADC的一个重要特征，因为信噪比 (SNR)可以与无杂散动态范围（SFDR)进行权衡，这取决于ADC被使用的应用。图5是说明 了使用单个的二极管连接的n通道金属氧化物半导体场效应（NM0S)晶体管M,其中背栅极 电压被控制（由偏置电压）的参考缓冲器的另一个实现的示意图。已被展示：控制二极管 连接的晶体管的背栅极电压可以微调满量程电压。然而，可达到的微调范围是非常有限的。 而且，在这种结构中，微调范围是体效应强度的函数，这在精细几何工艺（深亚微米）特别 成问题，因为这些工艺中的弱体效应。
[0026] 使用控制器，采用切换机制的改进参考缓冲器
[0027] 为了解决这些问题，切换机制可以被用来接入或断开各种类型的金属氧化物半导 体场效应（M0S)器件/晶体管以在宽参考电压微调范围内微调参考电压。由于在信号路径 没有开关，速度不受影响。即使器件的数量增加，亚微米工艺的器件是如此之小，面积增加 的效果没有显著影响ADC的整体质量。最终的结果具有宽微调范围的快速、高效的参考缓 冲器。在许多其他事情中，它可以用作高速ADC，例如流水线ADC的内部参考缓冲器。在65 纳米工艺中，参考电压可以从600mV到1+V。在参考缓冲器中使用的切换机制有利于宽微调 范围，而没有影响速度。
[0028] 改进的参考缓冲器是可编程参考缓冲器，其中，参考缓冲器根据所期望的参考电 压或所期望的参考电压微调范围可编程。这是通过使用一组器件作为潜在器件用作通路器 件，并且这些器件能够具有可变属性以产生所期望的参考电压和/或所期望的参考电压微 调范围。
[0029] 图6是根据本申请的一些实施例，说明用于在参考缓冲器提供通路器件的切换机 制的简图。通路器件，而不是仅具有单个器件，目前有多个器件，示为ZpZ2、Z3等等。取决 于参考缓冲器所提供的所期望的参考电压（微调范围），实现ZR的器件（或者被用作通路 器件2[；的一部分）可以与其它设备被切换以微调满量程参考电压。在