[发明专利]互补共源共栅反相器及增量Sigma‑Delta模数转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种低压低功耗的增量ΣΔ模数转换器。

背景技术

Sigma-Delta(ΣΔ)模数转换器(ADC)由于结构简单、功耗较低、精度高和不存在器件匹配需求而广泛应用于通信和多媒体领域。然而，传统的ΣΔ结构不适用于仪器和测量应用中，在这些应用中要求非常高的精度和线性度，并且除了高的动态范围和信噪比外，还要求非常低的失调和增益误差。而传统的ΣΔ ADC仅关注于信噪比和有效位等动态特性。增量ΣΔ ADC非常适用于仪器和测量领域，因为它可以提供低失调、低增益误差、点对点、高精度的模数转换，而且转换时间相对也较短。

在仪器和测量领域等领域，功耗是电路设计考虑关键因素。当前随着CMOS工艺中器件特征尺寸的不断减小，电源电压也随之按比例降低，功耗也越来越低。然而由于MOS器件的阈值电压不能够按比例缩减，使得超深亚微米CMOS工艺下，低压模拟电路设计遇到了很大的挑战，特别是低压低功耗的运算放大器成为低压模拟电路的设计瓶颈。

目前提供的技术为：一、采用体驱动或数字辅助运算放大器，然而，体驱动运放噪声性能差，且由于较低的跨导而导致带宽有限；数字辅助运放需要额外的数字校准电路，而消耗了多余的功耗。二、将电路转化为基于比较器的、基于时域形式的和基于电荷域的工作方式，而省略运算放大器。然而基于比较器的电路也受到低电源电压的限制；基于时域的电路中时间信号的精度受到器件匹配和时钟抖动的严重干扰；基于电荷域的电路需要特殊的工艺和较高的电源电压。

近年来，提出了一种新的方式解决该问题：基于反相器的开关电容积分器。该方式使用处于Class-AB或Class-C结构的简单反相器替代运算放大器，极大地降低了系统功耗和电路复杂性。但这种方式的两个重要问题是：增益和带宽受到严重限制；由于反相器没有虚地点，需要进行自建立，而导致直流工作点和反相器交流特性具有极强的工艺敏感性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高增益、高带宽、工艺敏感性低的互补共源共栅反相器。本发明的目的还在于提供一种低压、低功耗的基于互补共源共栅反相器的增量Sigma-Delta模数转换电路。

本发明的互补共源共栅反相器包括第一PMOS1管和第一NMOS1管，在第一PMOS1管和第一NMOS1管之间串联第二NMOS2管和第二PMOS2管，第二NMOS2管在上，第二NMOS2管的栅端接电源电压VDD，第二PMOS2管在下，第二PMOS2管栅端接地GND。

本发明的基于互补共源共栅反相器的增量Sigma-Delta模数转换电路由二阶ΣΔ调制器101、降采样滤波器102、时钟信号产生电路103和低压-高压转换器104构成，二阶ΣΔ调制器101将输入的直流电压转化为包含高频量化噪声的1bit数字量，降采样滤波器102将1bit数字量转化为N-bit数字输出，时钟信号产生电路103生成电路工作所需的所有时钟控制信号，部分时钟信号经低压-高压转换器104转化为调制器电路需求的高压时钟信号；二阶ΣΔ调制器101中的带复位端的开关电容积分器中包括互补共源共栅反相器，所述互补共源共栅反相器包括第一PMOS1管和第一NMOS1管，在第一PMOS1管和第一NMOS1管之间串联第二NMOS2管和第二PMOS2管，第二NMOS2管在上，第二NMOS2管的栅端接电源电压VDD，第二PMOS2管在下，第二PMOS2管栅端接地GND。

本发明的基于互补共源共栅反相器的增量Sigma-Delta模数转换电路还可以包括：

1、所述二阶ΣΔ调制器101包含第一与第二求和电路101-1、101-3，第一与第二带复位端的开关电容积分器101-2、101-4，1位比较器101-5和第一与第二1位数模转换器101-6、101-7，输入电压VIN与第一1位数模转换器101-6的输出在第一求和电路101-1中进行求和运算，运算结果输入到第一带复位端的开关电容积分器101-2中，第一带复位端的开关电容积分器101-2的输出与另第二1位数模转换器101-7的输出在第二求和电路101-3中进行求和运算，运算结果输入到第二带复位端的开关电容积分器101-4中，第二带复位端的开关电容积分器101-4的输出送到1位比较器101-5中；第一和第二带复位端的开关电容积分器101-2，101-4由第一至第六开关S1、S2、S3、S4、S5、S6，采样电容C_S、积分电容C_I、相关双采样电容C_C以及互补共源共栅反相器组成。