[发明专利]模数转换器及其采样保持电路

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及模数转换器及其采样保持电路。

背景技术

随着现代通讯技术和信号处理技术的发展，对具有高输入动态范围的数据转换器的需求越来越大。其中，模数(A/D)转换器(ADC)在移动通信、视频系统等领域中的嵌入式应用使得高输入动态范围设计成为现代模/数转换器方展的重要方向。采样保持电路(sample hold devices)采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在模/数转换器进行转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。作为模/数转换器前端最关键的模块，采样保持电路的性能直接决定了整个ADC的性能。

做为近年来新发展起来的一种ADC，流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。而高输入动态范围同样也是衡量ADC性能指标的因素之一，因此，具有高输入动态范围的高速高精度的采样保持电路的设计在流水线型ADC中变得非常重要。现有的流水线型ADC的采样保持电路主要由自举开关、输入缓冲级和采样电路和电流源电路组成。如图1所示，包括输入自举开关M2、输入缓冲级Q0、采样电路20和电流源电路30。其中，输入自举开关M2为N型MOS晶体管，它的漏极与输入信号VIN连接，栅极与自举开关的时钟控制信号CLK1连接，源极和衬底与输入缓冲级Q0的基极连接。输入缓冲级Q0作为输入信号的缓冲器件并且驱动采样电路；采样电路20主要由采样电容Cs和一个数字信号控制开关S组成，Cs用于采样余量信号。子模数转换器Sub_ADC将Q0发射极的模拟信号转化为二进制数字信号，用来控制开关S分别导通在参考电压VrefL或电压VrefH端。电流源电路30主要由N型MOS晶体管M3和双极性晶体管Q1组成的共源共栅电流源及关断开关管Q2构成，用于提供输入缓冲级工作时所需的电流。

采样工作时，模拟输入信号VIN经自举开关电路M2连接到输入缓冲级Q0，再由采样电容Cs采样输入信号的余量信号传递给后续的增益放大器处理。输入缓冲级Q0是双极性晶体管(BJT，即半导体三极管)，其放大作用主要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现。为了保证这一传输过程，一方面基区厚度要很小，另一方面发射结要正向偏置(加正向电压)、集电结要反偏置。而当BJT的集电极开路时，其发射极与基极与之间的最大允许反向电压，即发射结反向击穿电压，是有一个上限值的。上述电路结构中，采样电容底极板与输入参考电压相连，在电路保持阶段，过高的输入参考电压会导致源跟随器连接形式的BJT输入缓冲级的发射结反向击穿，严重限制了采样保持电路的输入动态范围。

发明内容

本发明实施例为了克服过高输入参考电压易致输入缓冲级的发射结反向击穿大问题，提供一种模数转换器的采样保持电路，包括：

一种模数转换器的采样保持电路，包括自举开关电路、输入缓冲级、采样电路、子模数转换器Sub_ADC、电流源电路和动态范围调整电路。

其中，输入缓冲级为三极管，用于输入信号的缓冲，并通过发射极驱动采样电路；

自举开关电路包括输入自举开关，其一端与输入信号连接，另一端与输入缓冲级的基极相连；

采样电路包括采样电容和数字信号控制开关，用于采样余量信号，数字信号控制开关的一端与采样电容的底板相连；

子模数转换器Sub ADC从输入缓冲极的发射极获得输入信号，并输出数字信号来控制数字信号控制开关的另一端与外接参考电压的导通；

电流源电路(包括N型MOS管和三极管组成的共源共栅电流源及开关管，用于向输入缓冲级提供工作电流；

其中，由时钟信号控制输入自举开关与电流源电路中的开关管交替工作，使所述采样保持电路处于采样阶段或保持阶段；

动态范围调整电路，用于调整输入缓冲级中三极管的基极电压，使所述采样保持电路处于保持阶段时，所述输入缓冲级发射极电压和基极电压差小于输入缓冲级的反向击穿电压。

较优的，上述动态范围调整电路由Sub ADC的输出信号来控制输入缓冲级的基极与外接参考电压的导通。

较优的，上述动态范围调整电路也包括一数字信号控制开关，该数字信号控制开关的一端与输入缓冲级的基极相连，另一端由Sub ADC的输出信号来控制与外接参考电压的导通。

较优的，所述动态范围调整电路包括两个N型MOS管，这两个N型MOS管的源极皆与输入缓冲级的基极相连；漏极分别与所述外接参考电压的两个参考值相接；所述Sub ADC的输出信号通过两个N型MOS管的栅极使得MOS管导通或关闭。