应用于高速模数转换器的低功耗片内参考电压驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及模数转换器参考电压的驱动 电路。
【背景技术】
[0002] 在过去的几十年中，集成电路技术得到了迅猛的发展。特别是以通讯为首的电子 系统，向着高速率、高性能、高集成度、低成本的方向不断向前发展。这就对系统中的各个模 块提出了更高的要求。如模数转换器。系统要求提高模数转换器的采样速率、量化精度等 指标，同时要求增加模数转换器的集成度、减小芯片的封装尺寸。
[0003] 但是，芯片的封装尺寸的减小，必然需要削减芯片管脚的引出数量。而且随着模数 转换器采样速率的提高，将会极大地降低传统的参考电压驱动电路的片外电容对噪声、信 号干扰的滤波能力。片外滤波电容已近不适用于高速的模数转换器。
[0004] 另外，受限于转换器芯片的供电条件，模数转换器内部一般都会有一个升压、降压 电路，为参考电压驱动电路的输出缓冲器提供高压和低压控制信号。额外的升压电路和降 压电路增加了版图的面积，不利于模数转换器的高密度集成。 【实用新型内容】
[0005] 为解决上述现有的缺点，本实用新型的主要目的在于提供一种应用于高速模数转 换器的低功耗片内参考电压驱动电路，能通过增加开关电容电路，扩大输出驱动电路的输 出电压范围，降低了驱动电路的功耗。
[0006] 为达成以上所述的目的，本实用新型的应用于高速模数转换器的低功耗片内参考 电压驱动电路采取如下技术方案：
[0007] -种应用于高速模数转换器的低功耗片内参考电压驱动电路，包括反馈放大器 AU反馈放大器A2、升压电路、降压电路、滤波电路和输出驱动电路，其特征在于：所述反馈 放大器Al与升压电路连接，反馈放大器A2与降压电路连接；所述升压电路、降压电路与滤 波电路连接；所述滤波电路与输出驱动电路连接。
[0008] 所述的反馈放大器Al工作在电源VDD下，其正端输入为参考输入高电平信号VIH， 负端输入为反馈信号VOHx，输出为VGlH ;反馈放大器Al的作用是检测参考输入高电平信号 VIH和反馈信号VOHx的电压，输出信号VGlH ;VG1H通过升压电路和滤波器电路后，调整输 出驱动电路的输出VOH ;所述反馈放大器Al检测VIH和VOHx的电压，所述的升压电路将检 测结果升压后，经过所述的滤波电路输入到所述的输出驱动电路。
[0009] 所述的反馈放大器A2工作在电源VDD下；其正端输入为参考输入高电平信号 VIL，负端输入为反馈信号VOLx，输出为VGlL;反馈放大器A2的作用是检测参考输入低电 平信号VIL、反馈信号VOLx的电压和输出信号VGlL ;输出信号VGlL通过降压电路和滤波器 电路后，调整输出驱动电路的输出VOL ;所述的反馈放大器A2检测VIL和VOLx的电压，所 述的降压电路将检测结果降压后，经过所述的滤波电路输入到所述的输出驱动电路。
[0010] 所述升压电路由开关S1、开关S2、开关S3、开关S4和电容CU电容C2组成；所述 的电容C2的负极板连接到所述的反馈放大器Al的输出信号VGlH ;所述的电容C2的正极 板连接到所述的滤波器电路的电阻R3 ;所述的电容CU电容C2的负极板通过开关S3连接； 所述的电容CU电容C2的正极板通过开关S4连接；所述的电容Cl的负极板通过开关Sl连 接到地；所述的电容Cl的正极板通过开关S2连接到电源VDD。
[0011] 所述的降压电路由开关S5、开关S6、开关S7、开关S8和电容C3、电容C4组成；所 述的电容C3的负极板连接到所述的反馈放大器A2的输出信号VGlL ;所述的电容C3的正 极板连接到所述的滤波器电路的电阻R4 ;所述的电容C3、电容C4的负极板通过开关S5连 接；所述的电容C3、电容C4的正极板通过开关S6连接；所述的电容C4的负极板通过开关 S7连接到电源VDD ;所述的电容C4的正极板通过开关S8连接到地。
[0012] 所述的开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8 ;所述 的开关S1、开关S2、开关S7、开关S8工作在相位φ 1 ;所述的开关S3、开关S4、开关S5、开 关S6工作在相位φ： A所述相位φ 1、相位φ 2是非交叠相位；即当所述开关S1、开关S2、 开关S7、开关S8闭合时，所述开关S3、开关S4、开关S5、开关S6处于断开状态；而当所述开 关S3、开关S4、开关S5、开关S6闭合时，所述开关S1、开关S2、开关S7、开关S8处于断开状 ??τ O
[0013] 所述的滤波电路由电阻R3、电阻R4和电容C5组成；所述的电阻R3连接在信号 VG2H和VGH之间；所述的电阻R4连接在信号VG2L和VGL之间；所述的电容C5连接在信号 VGH和VGL之间；所述的滤波电路的作用是，滤除所述的升压电路和所述的降压电路造成的 纹波干扰，稳定所述的输出驱动电路的输出。
[0014] 所述的输出驱动电路包含NMOS管Ml、NMOS管M3, PMOS管M2、PMOS管Μ4和电阻 RU电阻R2 ;所述的NMOS管Ml、NMOS管M3的栅极连接到信号VGH，漏极连接到电源电压 VDD ;所述的NMOS管Ml的源极连接到反馈信号VOHx ;所述的NMOS管M3的源极连接到信号 VOH ;所述的PMOS管M2、PMOS管M4的栅极连接到信号VGL，漏极连接到地；所述的PMOS管 M2的源极连接到反馈信号VOLx ;所述的PMOS管M4的源极连接到信号VOL ;所述的电阻Rl 连接在反馈信号VOHx和反馈信号VOLx之间；所述的电阻R2连接在输出信号VOH和VOL之 间。
[0015] 所述NMOS管M1、电阻RUPMOS管M2共同组成一个具有两个输出的源极跟随电路； 所述NMOS管M3、电阻R2、PMOS管M4共同组成一个具有两个输出的源极跟随电路；假设所 述的NMOS管Ml、NMOS管M3的尺寸比例为I :N，那么所述的PMOS管M2、PMOS管M4的尺寸 比例也为I :N，而所述电阻RU电阻R2的尺寸比例为N :1 ;所述的反馈信号VOHx和VOH具 有相同的直流电平；所述的反馈信号VOLx和VOL具有相同的直流电平。
[0016] 所述的输出信号V0H、输出信号VOL的波动不会影响到所述的反馈信号VOHx、反馈 信号VOLx ;提高了参考电压驱动电路的隔离度。
[0017] 采用如上技术方案的本实用新型，具有如下有益效果：
[0018] 本实用新型通过开关电容升压电路和降压电路将反馈放大器的输出信号电压抬 升和降低，来驱动源极跟随电路，扩大输出驱动电路的输出电压范围，同时通过增加开关电 容电路，提高参考电压驱动电路输出电压信号的相对建立精度，在同样的功耗下，实现速度 更快、精度更高的建立。
【附图说明】
[0019] 图1为传统片外电容滤波的参考电压驱动方案。
[0020] 图2为传统片内参考电压驱动方案。
[0021] 图3为本实用新型应用于高速模数转换器的低功耗片内参考电压驱动电路。
[0022] 图4为本实用新型应用于高速模数转换器的低功耗片内参考电压驱动电路的开 关时序。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0024] 本实用新型的电路结构如图3所示。包含了两个反馈放大器即反馈放大器Al和 反馈放大器A2,升压电路，降压电路，滤波电路和输出驱动电路。
[0025] 图1是传统片外电容滤波的参考电压驱动方案。该电路使用了共源放大器作为参 考电压输出驱动，避免了使用高于电源电压VDD或者低于地电平的驱动电压要求。如图1中 运算放大器AU PMOS管Ml组成的子电路，和运算放大器A2、NMOS管M2组成的子电路。但 是，该电路需要大电容来降低共源放大级的极点，保证电路的稳定性。大电容消耗了过大的 版图面积，不利于集成，只能置于芯片外部。
[0026] 虽然片外电容可以保证图1电路的稳定性。但是，随着模数转换器的采样速率的 提高，键合线的电感效应越来越强，芯片内部的高频抖动无法通过键合线输出到片外滤波 电容。这就造成了参考电压驱动电路的片内参考电压信号震荡，降低片内参考电压信号的 建立速度。
[0027] 为了解决片内参考电压建立速度不足的问题，传统的片内参考电压驱动电路使用 了源极跟随器作为参考电压输出驱动。如图2中的运算放大器AU PMOS管Ml组成的子电 路，和运算放大器A2、NMOS管M2组成的子电路。如果NMOS管M3、NMOS管Ml的尺寸比例是 N :1，那么PMOS管M4、PMOS管M2的尺寸比例是N :1，而电阻R2、电阻Rl的阻抗比例为I :N
[0028] 为了增加参考电压驱动电路的输出电压范围，图2中的运算放大Al只能使用比电 源VDD更高的电源电压VDDH ;而运算放大器A2只能使用比地更低的负电源电压VSSL。额 外的高电源电压VDDH和负电源电压VSSL，增加了芯片版图的面积，降低模数转换器的集成 度，或者增加了芯片的管脚数。
[0029] 本实用新型提供的参考电压驱动电路方案，结合了上述两种传统参考电压驱动方 案的优点。本实用新型电路使用源极跟随的输出结构，省去了片外滤波电容；并通过开关电 容电路实现控制信号电平转换，省去了运算放大器的高电压电源和负电压电源。如图3所 不。
[0030] 反馈放大器Al负责检测参考输入高电压VIH和反馈输入VOHx的电压差，并输出 控制信号VG1H。其中VOHx的电压值和输出参考高电压VOH的