[发明专利]全差分可编程的基准电压产生电路

说明书

技术领域

本发明专利属于模拟集成电路设计领域，具体涉及到一种用于指纹传感器芯片的流水线模数转换器中的全差分可编程的基准电压产生电路。

背景技术

随着移动互联技术的发展，手持移动设备渐渐深入到我们生活的各个方面，信息安全也越来越受到人们的重视，指纹识别技术作为信息安全领域的一种重要手段，其应用也越来越广泛。指纹识别芯片在移动消费电子设备中的应用越来越广泛，与此同时对芯片的功耗、精度要求也越来越高。

现在的电容式指纹识别系统基本由电容电压转换电路、级联放大电路、模数转换电路以及算法电路组成。其中模数转换器是其中一个非常重要的模块，它的精度直接影响到指纹采集的质量。

在指纹识别过程中，每个人的指纹千差万别，需要算法配合来自适应调整。算法通过调整可编程的基准电压产生电路，进而改变模数转换电路的量化范围来适应千差万别的指纹信息。传统的通过可编程反馈电阻实现的电路，由于电阻的匹配较差，并且由于反馈系数的变化，加大了运放的设计难度，增加了功耗；同时传统的全差分反馈电阻驱动电路是一个单端转差分的电路结构，很容易将衬底噪声耦合到输出端，影响系统精度。同时在流水线模数转换器量化过程中，随着量化范围的变化，比较器阈值电压和量化电压成比例关系，具体比例大小由流水线模数转换器每一级的位数决定。传统的做法通常是将产生的量化参考电压由电阻分压，然后通过缓冲器提供给比较器输入端，模块较多，功耗较大且精度受电阻匹配影响较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种低功耗、高精度的全差分可编程的基准电压产生电路，包括：可编程电流镜、参考电压产生电路和比较器阈值电压产生电路；

所述可编程电流镜为所述参考电压产生电路和所述比较器阈值电压产生电路提供电流；所述可编程电流镜的输入端为输入基准电流Iref，输出端产生可编程电流镜输出电流Irefp、Irefn和Icomp；

所述参考电压产生电路产生基准输出电压；所述参考电压产生电路的正、负输入端接所述可编程电流镜输出电流Irefp和Irefn；

所述比较器阈值电压产生电路产生比较器阈值参考电压；所述比较器阈值电压产生电路的输入端接所述可编程电流镜输出电流Icomp。

进一步地，所述可编程电流镜输出电流Irefp的流向是从所述可编程电流镜流入所述参考电压产生电路，所述可编程电流镜输出电流Irefn的流向是从所述参考电压产生电路流入所述可编程电流镜，Irefp和Irefn满足Irefp＝Irefn。

进一步地，所述参考电压产生电路由全差分运算放大器和R,C反馈网络组成。

所述全差分运算放大器包含正输入端、负输入端、正输出端和负输出端；所述全差分运算放大器的正输入端和负输入端分别连接所述可编程电流镜输出电流Irefp和Irefn，Irefp流入所述全差分运算放大器的正输入端，Irefn流出所述全差分运算放大器的负输入端。

所述基准输出电压为所述全差分运算放大器的差分输出电压Vref，Vref＝Vrefp-Vrefn＝(Irefp+Irefn)*R，其中R为R,C反馈网络的电阻，Vrefp和Vrefn为所述全差分运算放大器的正输出端电压和负输出端电压，Irefp和Irefn为可编程电流镜输出电流。

所述R,C反馈网络由两组电阻R和电容C构成，两组电阻R和电容C分别并联跨接到所述全差分运算放大器的正输入端和负输出端、负输入端和正输出端。所述R,C反馈网络具有低通特性，其中R为电阻值、C为电容值。

进一步地，所述比较器阈值电压产生电路，包括一个全差分源跟随电路和两个比较器COMP1、COMP2。

所述可编程电流镜输出电流Icomp为全差分源跟随电路提供偏置电流，外接电压Vinp和Vinn为全差分源跟随电路提供输入电压；所述全差分源跟随电路的负载是相同的两个电阻R1；与全差分源跟随电路正输入端连接的电阻R1两端分别连接两个比较器COMP1、COMP2的正输入端，与全差分源跟随电路负输入端连接的电阻R1两端分别连接两个比较器COMP2、COMP1的负输入端，形成输入电压和阈值电压的比较。

本发明提供一种全差分可编程的基准电压产生电路，将同一个可编程电流镜100控制参考电压产生电路200和比较器阈值电压产生电路300，使比较器阈值参考电压和基准输出电压始终保持同一比值不变，从而可以实现在系统设计中改变量化范围而不影响系统功能。

本发明中的参考电压产生电路200和比较器阈值电压产生电路300融合在一起，在面积、功耗和精度上比传统电路实现方式具有大幅度优化。