应用于模数转换器的参考电平产生电路和产生参考电平的方法与流程

本申请涉及集成电路，尤其涉及一种应用于模数转换器的参考电平产生电路和产生参考电平的方法。

背景技术：

1、逐次逼近型模数转换器是中低采样率的中高精度应用的模数转换器，由于它具有结构简单，尺寸小，功耗低等优点，具有广泛的应用，如在便携式仪表、笔输入量化器、工业控制和数据\信号采集等领域都有应用。

2、为了实现模数转换功能，现有技术中的解决方案如图1所示。在图1中，模数转换器是一个三位模数转换器。模数转换器包括数模转换器dac、比较器comp和逐次逼近逻辑sar_logic。数模转换器dac包括电容这列c1、c2、c3和c4。数模转换器dac包括n端和p端，n端和p端之间有开关s1。

3、数模转换器部分在采样阶段，用来采样输入电压，在比较阶段提供比较器的输入电压；比较器部分用来将数模转换器的输出电压与参考电压进行比较，输出比较结果；逐次逼近逻辑用于接收比较器的输出结果，根据结果指挥数模转换器修改输出的电压，并输出模数转换器的结果。

4、如图1所示，vin、vref和gnd分别表示模拟输入电压、参考电压和接地。假设vin＝vref，采样阶段，由数模转换器dac来做采样，数模转换器dac的n端接gnd，电容阵列的正极板连接到输入信号vin，采样后，数模转换器dac的n端与gnd断开，电容阵列的正极板与vin断开，在电容阵列上获得了输入电压带权重比例的电荷量，然后，将所有电容的正极板接gnd，使得数模转换器dac的n端为一个负压-vref。作为逐次逼近算法的第一步，电容c1的正极板与gnd断开并连接到vref，使得数模转换器dac的n端电压增大(1/2)vref，为-(1/2)vref，该电压与gnd电位做比较，比较器输出为逻辑1，通过逐次逼近逻辑将c1电容保持接vref，再将电容c2与gnd断开并连接到vref，使得数模转换器dac的n端电压增大(1/4)vref，为-(1/4)vref，该电压与gnd电位做比较，比较器输出为逻辑1，通过逐次逼近逻辑将电容c2也保持接vref，再将电容c3与gnd断开并连接到vref，依次类推，最终将模拟电平vref转换位数字电平111，并输出。

技术实现思路

1、上述现有技术中的模数转换电路可以提供实现从将模拟信号转换为数字信号，然而，其中一个主要的问题是比较器的n端电压收到外部干扰不断变化，对于开关s1，其导通电阻是过驱动电压的函数，这个导通电阻在采样过程中也是不断变化的，这样会影响模数转换器的线性度，同时采样过程中还收到时钟馈通、沟道电荷注入等非理想因素的影响。现有技术中的模数转换电路无法克服这些问题，达到很好的性能。

2、基于此，本申请提供了一种参考电平产生电路，其可以用于模数转换器。参考电平产生电路在采样阶段，给比较器正负两端分别提供共模电平，并且控制是否提供给比较器正负两端参考电平的开关，其内阻是相对恒定的，这样可以提升模数转换器的线性度，从而提升模数转换器性能。

3、根据本申请的第一个方面，提供一种应用于模数转换器的参考电平产生电路，其包括：电荷泵、控制电压产生单元和传输单元，其中：

4、电荷泵与所述控制电压产生单元连接，用于为所述控制电压产生单元提供开启电压；

5、所述控制电压产生单元与所述传输单元，用于为所述传输单元提供控制电压；

6、所述传输单元与所述模数转换器的比较器连接，用于为所述比较器提供参考电平。

7、根据本申请的第二个方面，提供一种根据第一个方面所述的参考电平产生电路产生参考电平的方法，其包括：

8、所述电荷泵向所述控制电压产生单元提供开启电压；

9、响应所述开启电压，所述控制电压产生单元向所述传输单元提供控制电压；以及

10、响应所述控制电压，所述传输单元为模数转换器的比较器提供参考电平。

技术特征：

1.一种应用于模数转换器的参考电平产生电路，其包括：电荷泵、控制电压产生单元和传输单元，其中：

2.如权利要求1所述的参考电平产生电路，其中，所述电荷泵包括第一nmos管nm1、第二nmos管nm2、第一电容c1、第二电容c2和反相器inv1；其中：

3.如权利要求1或2所述的参考电平产生电路，其中，所述控制电压产生单元包括第三nmos管nm3、第四nmos管nm4、第五nmos管nm5、第六nmos管nm6、第七nmos管nm7、第八nmos管nm8、第九nmos管nm9、第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第三电容c3、第一电阻r1和第二电阻r2，其中：

4.如权利要求1或2所述的参考电平产生电路，其中，所述传输单元包括第十nmos管nm10、第十一nmos管nm11和第四电容c4，其中：

5.如权利要求1或2所述的参考电平产生电路，其中，所述开启电压至少要达到所述控制电压产生单元中接收所述开启电压的nmos管的源级电压与vth之和，其中，vth为mos管的阈值电压。

6.如权利要求1或2所述的参考电平产生电路，其中，所述控制电压比所述参考电平高预设的恒定值。

7.如权利要求3所述的参考电平产生电路，其中，所述ck信号是时钟信号，所述ck_nn信号是所述ck信号经过缓冲门后的同相信号，所述ck_nnn信号是所述ck_nn信号的反相信号。

8.一种根据权利要求1至7任一者所述的参考电平产生电路产生参考电平的方法，其包括：

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述开启电压至少要达到所述控制电压产生单元中接收所述开启电压的nmos管的源级电压与vth之和，其中，vth为mos管的阈值电压。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述控制电压比所述参考电平高预设的恒定值。

技术总结
本申请涉及应用于模数转换器的参考电平产生电路和产生参考电平的方法，该参考电平产生电路包括：电荷泵、控制电压产生单元和传输单元，其中：电荷泵与控制电压产生单元连接，用于为控制电压产生单元提供开启电压；控制电压产生单元与传输单元，用于为传输单元提供控制电压；传输单元与模数转换器的比较器连接，用于为比较器提供参考电平。根据本申请的方案，参考电平产生电路在采样阶段，给比较器正负两端分别提供共模电平，并且控制是否提供给比较器正负两端参考电平的开关，其内阻是相对恒定的，这样可以提升模数转换器的线性度，从而提升模数转换器性能；而且，还解决了电荷注入和降低了时钟馈通效应。

技术研发人员：唐华
受保护的技术使用者：国民技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16