专利名称：避免浮动扩散污染的制作方法
避免浮动扩散污染相关申请案本申请案主张于2007年12月7日所提申的美国临时申请案第61/005，773号的 权利。所述申请案的整体教示以参考方式纳入本文中。
背景技术：
在电荷领域管线电路，像是用于模拟转数字转换器(ADCs)与其它应用中，讯号电 荷使用一电荷传送装置从一发送电容网络传送至一预先充电接收电容网络。该等电容网络 典型地施行如浮动扩散。讯号电荷传送进入一电容网络导致该电容网络的该电压从一预先 充电电压下降一正比于该电荷数量的数量。为了测量该讯号电容的尺寸大小，需要用于将它与在一不同设计的一相对浮动 扩散上的另一电荷封包作比较的目的，有必要放大或缓冲电压的改变。这通常以连接该 浮动扩散(Floating Diffusion, FD)至该金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，M0SFET)，该晶体管作为至一缓冲电路的一输入
直ο在测量完电压的改变之后，该接收电荷封包被传送至该管线的下一个接收浮动扩 散。该电荷封包应该在不漏失任何电荷的状况下被完全传送至该缓冲/放大器输入装置的 该闸极。可惜的是，这过程因为具有该讯号电荷的该等输入装置的寄生电容的充电而变得 困难。该等寄生电容的相反面被连接至该放大器/缓冲电路系统的内部网络，因此从该 网络返回至该浮动扩散的该耦合数量为非决定性的。
发明内容
在一较佳实施例中，一出现在一浮动扩散电荷管线的一电荷封包由一来源随耦器 (Source Follower Buffer, SFB)电路所感测，该SFB电路在一浮动扩散上电荷传送之前置 放在一已知状态(known state)并且在将一电荷从该浮动扩散传送出之前回到一未知状态 (unknown state)0通过使用一由一频率讯号控制的一金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)可 能实行在该SFB电路中的该已知状态。在一实施例中，该频率讯号被配置为在电荷传送 至该浮体扩散上之前维持该SFB电路的输出在一已知高状态(known high state)，当 电荷传送至该浮体扩散上的时候释放，并且再一次地在电荷从该浮体扩散传送出之期 间或之前维持在一高状态。这样的一个配置不只提供了该MOSFET的所欲状态，也将该 MOSFET置放于一深度消耗模式(de印depletion mode)以最小化它对该网络的电容贡献 (capacitancecontribution)。在进一步的另外实施例中，当该MOSFET把该SFB电路的输出拉到该已知状态时， 一电流源可能改善电流流动。通过在一预先充电模式(例如刚好在预先充电之后及在电荷传送之前)期间将该浮体扩散维持在一初始状态，在电荷传送进来的模式期间释放，并且在电荷传送出该浮体 扩散之前回复到该相同初始状态，可以减少和/或消除在随后电路上从该浮体扩散传送出 的该电荷数量上的影响。更进一步来说，通过提供一耦合至该电流源的一切换器，也可以减少该总功率消耗。
从前面本发明的例示性实施例更特别的说明，上述的内容将更清楚，如同随附的 图所阐述，在该图中，相似的参考特性经由该不同观点参照该相同部分。该图式不必要用来 比较或强调，而只是置放用于阐述本发明的实施例。图1为一电荷管线电路的高阶方块图；图2为一来源随耦器缓冲电路的电路图；图3为用于图2的电路的时序图；图4为用于图2的电路的时序图；图5为可能利用到该SFB电路的一数字无线电接收器的一方块图。
具体实施例方式本发明的例示实施例的说明如下。图1为一电荷管线电路的一高层级方块图。该显示的特定电路为一包含数个级 (stage) 10-1、10-2……的一模拟转数字转换器(ADC)功能。一例示性级10-1由下列组 成一由电容IOO(Cfd)表示的一浮动扩散、一电荷传送输入电路102、一浮动扩散(FD)预 先充电电路103、及一电荷输出电路114。在操作时，该预先充电电路103设定一用于扩散 100的初始状态(电压)。一输入讯号电荷(QT)接着经由输入电路102被输入至该浮动扩 散100。一频率讯号产生器12提供必要的各种讯号以操作该级10，这一类讯号像是控制输 入电路102的一输入传送讯号(TR)、一控制预先充电103的预先充电讯号(PRE)、及其它讯 号。该电荷至该浮动扩散的引入导致了浮动扩散上该电压的改变。为了施行一像是一 模拟转数字转换器的一应用电路，在该浮动扩散100上的该电荷数必须被量测并且用来与 一个或更多个参考电压相比较。为了这个目的，一像是可能是一来源随耦器缓冲(SFB)的 一缓冲电路104感测在浮动扩散100上的电荷，并且将该电荷输入至一 ADC级108。该η位 ADC级108可能由1位、1又1/2位、2位或提供更多输出位像是2η位所组成。ADC级108典 型地由数个参考电压与比较器组成以提供解多任务(demultiplexed)输出位。举例来说， 假如该ADC级108为一 2位转换器，就有会4个输出。一由CcouplellO表示的一寄生电容 从ADC108回授一改变至SFB104。该来自ADC级108的2n个输出接着被输入至相对应的电荷重分布电容(charge redistribution capacitor) 112-1、112_2n(Cqrl，· · · Cqr2n)。该等电容共同地提供被重新 引入至该管线的一电荷数量，接着该电荷被输入至该差动放大器114的输入以产生来自级 10-1的该输出电荷。图2更详细地展示该来源随耦器缓冲(SFB)电路104与它跟该10_1级组件的互相影响。由图1被向前载运的为该电容100，该电容100表示具有由输入电流源Iqt提供的 一输入电荷的浮动扩散120 (FD)。输出放大器114 一般表示为提供该输出电荷Qt至该浮动 扩散网络的下一个浮动扩散。该由Mpke提供的该预先充电放大器提供该浮动扩散120的预 先充电。该来源随耦器缓冲(SFB)电路104展示于更特别地包括一 N信道装置(Msf)、一由 电流源142 (iload)表示的负载、以及P信道装置(Mcm)。该P信道装置由该LOOK讯号控制， 该讯号由先前参考到的该频率讯号产生器产生。这里也展示了 Cdgl46和Cgs 148寄生电容。该Cgs寄生电容包括通道与重迭电容。 一额外电容110(CcOUple)表示来自随后的电路系统的耦合。这样的耦合电路系统举例来 说，可能是一交错耦合栓锁器，可以逆转(kick back)并且污染在该浮动扩散120 (FD)上的 该讯号电荷。参照图3的该时间选择图，该浮动扩散电压(Vfd)序列如下在tl，该预先充电FET 103 (MPRE)将该FD120拉至Vdd ；在t2，该预先充电FET 103 (MPRE)关闭导致一正向的行进穿透 (goingfeedthrough)；在t3，一讯号电荷封包(例如Qt)被传送至该FD120上，导致电压下降一正比于该 封包尺寸的量；在t4，一在CcouplellO另一端的电压扰动耦合回该FD上 ’及在t5，使用通过将Vfd带至一固定的Vfdss等级撷取电荷的QT方块114将该讯号 电荷传送出该FD120。图3的该水平划线330展示在该SFB104移除时，Vfd如何运作；另一条痕迹线340 展示该SFB104的效应。该两条痕迹线之间的不同说明了该SFB104寄生电容的效应。该 改变(delta Vfd)是因为通过该缓冲104，该负载电容出现在该FD 120。该较长时间常数 "droop"(下降)在该讯号电荷之后被下降至该FD120是因为该SFB输出104的该缓慢沉 降经由Cgsl48耦合回该FD120。该SFB的输出Vfdbuf以一限制频宽跟随该FD120。干扰噪声Vnoise也经由CcouplellO与Cgsl48耦合至Vfd上。假如该Vnoise的 效应没有充分地在电荷传送出该FD120之前沉降，就会造成该讯号电荷传送数量的错误。在一个较佳实施例，本发明通过将SFB104放在时间上两点的一已知状态来控制 该SFB104的输出；就在电荷传送至该FD120上之前与该电荷传送出该SFB104之前。通过 在预先充电期间将该FD120维持在一初始状态，就在预先充电之后与电荷传送之前，并且 将它回复到在电荷传送出该FD120之前的该相同初始状态并消除来自该FD120电荷传送数 量之后续电路总电压改变的影响。参照图4与在图2里说明的该实施例，该P信道装置Mctrl由LOOK定义频率，所 以在电荷传送至该FD120上之前该SFB104的输出被维持在高的状态，当电荷被传送至该 FD120上时被释放，并且再一次地在电荷传送出该FD120之前与期间维持在高的状态。这具 有消除该Msf 140反向信道的增加效益，减少了该浮动扩散的该电容，也减少了 KTC噪声。在一较佳实施例，该电流源142负载随同步于Mctrl的该切换器148被控制。通 过切换关闭在这个状态的电流源142，可以减少总功率消耗。该电流源142可以作为一主动 电流源或可能为一电阻被施行。
该LOOK讯号总线控制该源极随耦器缓冲电路的操作。特别是，该LOOK讯号确保 该SFB104的该输出维持住，直到时间上的一个点ta发生在时间tl与t2之间。然后直到 时间tb才释放该浮动扩散，tb发生在时间t4与t5之间，在这个时间上该SFB104的输出会 再一次回到一已知状态。该SFB104的一特别使用为施行一一般如图5所示的数字无线电接收器。一射频 (RF)讯号被输入至一射频RF放大器104。在一无线应用中，该RF讯号可能从一天线102 被接收；在其它应用中该讯号可能经由一电线被接收。该放大的RF讯号接着被输入至一 RF 转译器506以下转换(down-convert)该放大RF讯号至一中间频率(IF)。在该RF转译器 506之后(可能视情况而定)，该ADC510接着被使用以数字化该RF输入为用于后续处理的 数字抽样(digital sample) 0 一数字区域震荡器511可能操作数字混合器512_i与512_q 以提供其内同相位与相位差90度的抽样。一数字低通滤波器520把所得讯号的该频率内 容限制在所欲频宽。一解调器530接着从该相同使用回复该原本的调变讯号。该数字区域 震荡器511、混合器512、低通滤波器520和/或解调器530的操作中的一或多者在一数字 讯号处理器550被施行。该复原讯号可能视该数字接收器的该特定终端应用接着被进一步 处理转换回一模拟基频音讯讯号或其类似物。当本发明参照该例示实施例特别展示与说明，熟习此技术者将可明白，可以进行 各种形式与细节上的改变而不偏离由随附专利申请范围所涵盖的本发明的该范畴。
权利要求
一种用于操作一耦合至一缓冲电路的一电荷储存节点的方法，其特征在于，包括(a)置放所述缓冲电路在一第一已知状态；(b)在步骤(a)之后，传送一讯号电荷至所述电荷储存节点；(c)置放所述缓冲电路在一第二已知状态；及(d)在步骤(c)之后，从所述电荷储存装置传送所述讯号电荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电荷传送节点为一浮动扩散。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述浮动扩散为在一电荷传送管线内一 浮动扩散网络的一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一与第二已知状态为相同状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲电路中所述已知状态的至少一 者由一耦合至所述电荷储存节点的MOSFET所控制。
6.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述已知状态中的至少一者置放所述 MOSFET在一深度耗尽模式。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括(e)操作一切换器以控制一耦合至所述MOSFET的一电流源负载，以进一步截断经由所 述切换器和/或一来源随耦器晶体管的所述电流流动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括 当所述MOSFET被拉至一已知状态时，关闭所述电流源。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电荷传送管线施行一模拟转数字转 换器。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟转数字转换器为一数字射频接 收器的一部分。
11.一种包含一耦合至所述对应缓冲电路的浮动扩散的一网络的用于操作一电荷领域 管线的方法，其特征在于，所述方法包括在电荷传送至所述浮动扩散网络上之前，强制一缓冲电路的一输出至一已知状态； 允许所述缓冲电路耦合以跟随一对应浮动扩散；及在电荷传送出所述浮动扩散网络之前，强制所述缓冲电路的所述输出至所述已知状态。
12.一种装置，其特征在于，包括 一电荷储存节点；一电荷传送电路，所述电路用于传送电荷进入所述电荷储存节点或传送电荷出所述电 荷储存节点；一耦合至所述电荷储存节点的一缓冲电路；及一控制电路，所述电路用于在传送电荷进入所述电荷储存节点或传送电荷出所述电荷 储存节点之前，置放所述缓冲电路在一已知状态。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述电荷储存节点为一浮动扩散。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述浮动扩散为一电荷传送管线内浮 动扩散网络的一部分。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括一耦合以控制所述缓冲电路的所述已知状态的一 M0SFET。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述MOSFET在所述已知状态期间置放 在一深度耗尽模式。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括一切换器，所述切换器配置以控制一耦合至所述MOSFET的一电流源，以进一步载断经 由在所述已知状态上的所述MOSFET的所述电流流动。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述电荷传送管线施行一模拟转数字 转换器。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述模拟转数字转换器为一数字射频 接收器的一部分。
20.一种电荷领域管线装置，其特征在于，包括一浮动扩散网络；一个以上耦合至所述浮动扩散网络的缓冲电路；及一控制电路，所述电路用于在传送电荷进入所述浮动扩散的至少一者之前强制至少一 缓冲电路的一输出至一已知状态，用于在电荷传送进入所述浮动扩散之后允许所述缓冲电 路跟随所述浮动扩散状态，及用于在电荷传送出所述浮动扩散之前强制所述缓冲电路的所 述输出回到一已知状态。
全文摘要
一用于操作来源随耦器缓冲电路的技术，像是施用在一电荷领域管线，以消除来自下游电路的浮动扩散讯号电荷污染。该方法与装置在电荷传送进一浮动扩散之前置放该电路的一输出在一已知状态，并且在电荷传送出所述浮动扩散之前再置放于所述已知状态。
文档编号H03K19/0175GK101889395SQ200880119587
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月8日 优先权日2007年12月7日
发明者威廉·D·瓦许古拉克 申请人:肯奈特公司