用于可重构SARADC的参考电压产生电路的制作方法

用于可重构sar adc的参考电压产生电路
技术领域
[0001]
本发明涉及模拟集成电路领域，特别涉及一种可用于模数转换器的参考电压产生电路结构。


背景技术：

[0002]
随着微电子工艺技术的发展，工艺晶体管的特征尺寸与电源电压越来越低，逐次逼近型模数转换器(sar adc)以其独特的架构特点，在深纳米工艺下越来越具有优势，结合一些高速技术，如异步逻辑技术、自定时技术、时间交织技术、数字冗余与补偿技术、流水线辅助技术以及单步多比特技术等，sar adc逐渐向宽带通信应用领域扩展，并显示出更广阔的前景。针对应用场景广，指标需求不同的特点，设计可重构sar adc能够实现资源的最大利用，是adc发展的趋势。
[0003]
可重构adc设计的主要难点在于如何保证在不同的分辨率、采样率配置下能效的稳定性，如何保证静态功耗随采样率合理变化是研究重点。基于开关电容的方法，将电路偏置电流与采样率设置联系起来，是一种常见方式，但单纯采用这种方法具有一定的盲目性，电路偏置电流是否设置合理无法判定。


技术实现要素：

[0004]
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种用与可重构sar adc的参考电压产生电路结构，实现闭环反馈调节，实现偏置电流跟随采样率变化，节省能耗，适用于多种应用场景。为此，本发明采取的技术方案是，用于可重构sar adc的参考电压产生电路，包括一个空闲时间检测电路，一个由固定电流和可变电流构成的电流源，一个由运算放大器和mos管构成的源跟随器，空闲时间检测电路在时序的控制下产生不同的输出电压vcon，控制电流源产生不同驱动能力的电流，提供给源跟随器，从而产生不同驱动能力的参考电压vref提供给逐次逼近型模数转换器核心电路实现可重构。
[0005]
所述的空闲时间检测电路由电流源、开关和电容构成，其连接关系是：电流源的一端连接电源，另一端连接开关s1的一端和开关s2的一端；开关s1的一端连接电流源的输出端和开关s2的一端，开关s1的另一端连接开关s3的一端、电容c1的一端和开关s4的另一端，开关s2的另一端连接vss，开关s3的另一端连接vss，电容c1的另一端连接vss，开关s4的另一端连接输出端vcon和电容c2的一端，电容c2的另一端连接vss。
[0006]
所述的电流源由固定电流源和可变电流源构成，包括pmos管m4和nmos管m5以及pmos管m1，其连接关系是：pmos管m4的栅端连接空闲时间检测电路的输出端vcon，漏端连接vss，源端连接pmos管m1的漏端和栅端、nmos管m5的栅端和漏端和源跟随器电路中pmos管m2的栅端，nmos管的源端连接vss，pmos管m1的源端连接vdd。
[0007]
所述的源跟随器由mos管m2、m3、m6、m7和远算放大器构成，其连接关系如下：pmos管m2的源端连接vdd，栅端连接电流源电路中pmos管m1的栅端和pmos管m3的栅端，漏端连接运算放大器的负向输入端和pmos管m6的源端，运算放大器的正向输入端连接输入信号vin
+，输出端连接pmos管m6的栅端和pmos管m7的栅端，漏端连接vss，pmos管m3的源端连接vdd，漏端连接输出端vref和pmos管m7的源端，pmos管m7的漏端连接vdd。
[0008]
电流源的电流经过m2管和m3管的镜像实现复制，运算放大器的负向输入端连接m6管的源端，形成负反馈，当负向输入端信号在小信号范围内增大时，运算放大器的输出端电压减小，因为m6管所在支路电流恒定，m6管的源端电压减小，使得运算放大器的负向输入端电压信号减小，趋于稳定，驱动能力变强；因为m7管和m3管的栅端分别连接着m6管和m2管的栅端，故输出电压vref同m6管源端即运算放大器负向输入端的电压一样稳定。
[0009]
本发明的特点及有益效果是：
[0010]
本发明一种用与可重构sar adc的参考电压产生电路，包括一个空闲时间检测电路，一个由固定电流和可变电流构成的电流源和一个由运算放大器和mos管构成的源跟随器。本发明配合自定时技术，能够实现功耗随分辨率/采样率自适应调节，进而实现可重构sar adc，相比于传统基于开关电容的方法实现了闭环调节，其功耗调节更精准，更稳定。
附图说明：
[0011]
图1是本发明的用于可重构sar adc的参考电压产生电路原理图；
[0012]
图2是本发明中的空闲时间检测电路原理图。
[0013]
图3是本发明中运算放大器的原理图。
具体实施方式
[0014]
针对现有技术，本发明提供了一种用与可重构sar adc的参考电压产生电路结构，其实现了闭环反馈调节，实现了偏置电流跟随采样率变化，节省了能耗，适用于多种应用场景。
[0015]
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于可重构sar adc的参考电压产生电路，包括一个空闲时间检测电路，一个由固定电流和可变电流构成的电流源，一个由运算放大器和mos管构成的源跟随器。空闲时间检测电路在时序的控制下产生不同的输出电压vcon，控制电流源产生不同驱动能力的电流，提供给源跟随器，从而产生不同驱动能力的参考电压vref提供给sar adc核心电路实现可重构。所述的空闲时间检测电路由电流源、开关和电容构成，其连接关系是：电流源的一端连接电源，另一端连接开关s1的一端和开关s2的一端，开关s1的一端连接电流源的输出端和开关s2的一端，开关s1的另一端连接开关s3的一端、电容c1的一端和开关s4的另一端，开关s2的另一端连接vss，开关s3的另一端连接vss，电容c1的另一端连接vss，开关s4的另一端连接输出端vcon和电容c2的一端，电容c2的另一端连接vss。所述的电流源由固定电流源和可变电流源构成，包括pmos管m4和nmos管m5以及pmos管m1。其连接关系是：pmos管m4的栅端连接空闲时间检测电路的输出端vcon，漏端连接vss，源端连接pmos管m1的漏端和栅端、nmos管m5的栅端和漏端和源跟随器电路中pmos管m2的栅端，nmos管的源端连接vss，pmos管m1的源端连接vdd。所述的源跟随器由mos管m2、m3、m6、m7和远算放大器构成，其连接关系如下：pmos管m2的源端连接vdd，栅端连接电流源电路中pmos管m1的栅端和pmos管m3的栅端，漏端连接运算放大器的负向输入端和pmos管m6的源端，运算放大器的正向输入端连接输入信号vin+，输出端连接pmos管m6的栅端和pmos管m7的栅端，漏端连接vss，pmos管m3的源端连接vdd，漏端连接输出端vref和pmos管m7的源
端，pmos管m7的漏端连接vdd。
[0016]
本发明提出一种用于可重构sar adc的参考电压产生电路，其电路如图1所示，包括一个空闲时间检测电路，一个由固定电流和可变电流构成的电流源，一个由运算放大器和mos管构成的源跟随器。空闲时间检测电路在时序的控制下产生不同的输出电压vcon，控制电流源产生不同驱动能力的电流，提供给源跟随器，从而产生不同驱动能力的参考电压vref提供给sar adc核心电路实现可重构。空闲时间检测电路由电流源、开关和电容构成，其连接关系是：电流源的一端连接电源，另一端连接开关s1的一端和开关s2的一端，开关s1的一端连接电流源的输出端和开关s2的一端，开关s1的另一端连接开关s3的一端、电容c1的一端和开关s4的另一端，开关s2的另一端连接vss，开关s3的另一端连接vss，电容c1的另一端连接vss，开关s4的另一端连接输出端vcon和电容c2的一端，电容c2的另一端连接vss。电流源由固定电流源和可变电流源构成，包括pmos管m4和nmos管m5以及pmos管m1。其连接关系是：pmos管m4的栅端连接空闲时间检测电路的输出端vcon，漏端连接vss，源端连接pmos管m1的漏端和栅端、nmos管m5的栅端和漏端和源跟随器电路中pmos管m2的栅端，nmos管的源端连接vss，pmos管m1的源端连接vdd。源跟随器由mos管m2、m3、m6、m7和远算放大器构成，其连接关系如下：
[0017]
pmos管m2的源端连接vdd，栅端连接电流源电路中pmos管m1的栅端和pmos管m3的栅端，漏端连接运算放大器的负向输入端和pmos管m6的源端，运算放大器的正向输入端连接输入信号vin+，输出端连接pmos管m6的栅端和pmos管m7的栅端，漏端连接vss，pmos管m3的源端连接vdd，漏端连接输出端vref和pmos管m7的源端，pmos管m7的漏端连接vdd。
[0018]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
[0019]
首先介绍空闲时间检测电路的工作原理：
[0020]
量化完成之前，data_ready保持低电平，data_ready对应控制的开关导通，电容c1保持复位状态。当完成量化时，data_ready由低电平变成高电平，data_ready控制的开关导通，电容c1进行电流积分。当adc的采样时钟clk_samp到来，clk_samp变成高电平，对应开关导通，c1积分获得的电压采样到c2上，并在clk_samp低电平期间保持。
[0021]
接下来介绍源跟随器的工作原理：
[0022]
电流源的电流经过m2管和m3管的镜像实现复制。运算放大器的负向输入端连接m6管的源端，形成负反馈，当负向输入端信号在小信号范围内增大时，运算放大器的输出端电压减小，因为m6管所在支路电流恒定，m6管的源端电压减小，使得运算放大器的负向输入端电压信号减小，趋于稳定，驱动能力变强。因为m7管和m3管的栅端分别连接着m6管和m2管的栅端，故输出电压vref同m6管源端即运算放大器负向输入端的电压一样稳定，具有较强的驱动能力。
[0023]
最后介绍整个系统实现可重构的工作原理：
[0024]
当量化完成时，产生data_ready标志信号。采样率不同，完成量化的时刻到采样时刻之间的空闲时间是不同的，理想情况下，我们期望空闲时间为0。由空闲时间检测电路实现空闲时间的检测，根据检测结果控制电流源部分的可变电流部分，当空闲时间较长时，电流电流源变小，当空闲时间较短时，电流电流源变大。电流源电流不同，镜像复制到m2管和m3管所在支路的电流不同，最终输出电压vref的驱动能力便不同。参考电压vref输出给sar adc核心模块中，结合自定时技术，调节电容阵列以及比较器等模块的建立时间，降低各个
模块的功耗消耗，最终实现功耗随分辨率/采样率自适应调节。
[0025]
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。