高速adc应用的lc晶格延迟线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般涉及模数转换器，并且更具体地涉及在高速模数转换器中使用的延迟 线。
【背景技术】
[0002] 在许多电子应用中，模拟输入信号被转换为数字输出信号（例如，用于进一步的 数字信号处理）。例如，在精确的测量系统中，电子装置被设置有一个或多个传感器以进行 测量，并且这些传感器可以产生模拟信号。该模拟信号然后将被提供到模数转换器（ADC) 作为输入，以产生数字输出信号，以便进一步处理。在另一种情况中，天线基于在空气中携 带信息/信号的电磁波产生模拟信号。由天线产生的模拟信号随后作为输入提供到ADC，以 产生数字输出信号，以便进一步处理。
[0003] 模数转换器可用于许多地方，诸如宽带通信系统、音频系统、接收器系统，等等。 ADC可以转换表示现实世界的现象（例如，光、声、温度或压力）的模拟电信号，用于进行数 据处理的目的。设计ADC并不是普通的任务，因为每个应用可具有在性能、功耗、成本和尺 寸上不同的需求。模数转换器用于广泛的应用，包括通信、能源、医疗、仪器仪表和测量、电 机控制、工业自动化及航天/国防。随着需要ADC的应用增长，对于准确而可靠的转换性能 的需要也增长。
【发明内容】
[0004] 本发明描述对于高速CT模数转换器（ADC)应用使用无源连续时间（CT)延迟线的 技术和方法。在这些CTADC常见的连续时间残余产生阶段，模拟输入和DAC输出之间的适 当延迟是至关重要的。具体来说，采用基于电感-电容（LC)的晶格延迟元件，以使能高性 能CT流水线ADC和CTA-2(A2)ADC。使用基于LC晶格的延迟元件对于具有良好控制 阻抗的连续时间信号提供宽频带群延迟。特别是需要在CT信号和它的数字化版本之间产 生低噪声和低失真残留的架构中，这将是重要的电路元件以架构高性能的CTADC。基于LC 晶格的延迟元件使能高速连续时间流水线ADC和△ - 2ADC所需的无噪声、无失真的宽带延 迟。
【附图说明】
[0005] 图1是示出根据本公开的一些实施例的包括多个延迟线的连续时间流水线模数 转换器的系统架构的简化示意图；
[0006] 图2是在连续时间流水线模数转换器（诸如，图1所示的模数转换器）内的示例 性波形的曲线；
[0007] 图3是示出根据本公开的一些实施例的残余产生阶段或电路的简化示意图；
[0008] 图4是根据本公开的一些实施例与残余产生阶段相关联的信号的示例性波形的 曲线图；
[0009] 图5表示根据本公开的一些实施例示出了谐振电路的晶格的两个简化示意图；
[0010] 图6示出根据本公开的一些实施例的具有级联谐振晶格电路的残留产生阶段； [0011] 图7A示出根据本公开的一些实施例的级联谐振晶格电路的简化示意图；
[0012] 图7B示出根据本公开的一些实施例的由级联谐振晶格电路提供的延迟频率的效 果；
[0013] 图8示出根据本公开的一些实施例的谐振电路的晶格/结构；
[0014] 图9A表示根据本公开的一些实施例，示出磁通量图案方向性的示意图；
[0015]图9B示出根据本公开的一些实施例，在集成电路中的连续时间流水线模数转换 器布局的俯视图；
[0016] 图10表示根据本公开的一些实施例，示出磁通量图案的2个连续流水线模数转换 器阶段的8个平面电感器的顶视图；
[0017] 图11A-B示出根据本公开的一些实施例，在模数转换器中相邻阶段的延时线中4 个平面电感器的可能磁通量图案；
[0018] 图12A-B示出根据本公开的一些实施例，在模数转换器中相邻阶段的延迟线的8 个平面电感器的可能磁通量图案；
[0019] 图13A-B示出根据本公开的一些实施例，在模数转换器中相邻阶段的延迟线的12 个平面电感器的可能磁通量图案；
[0020] 图14A-B示出根据本公开的一些实施例，在模数转换器中相邻阶段的延迟线的16 个平面电感器的可能磁通量图案；
[0021] 图15示出根据本公开的一些实施例，用于具有4个不同磁通量图案的平面电感器 的模数转换器中相邻阶段之间的模拟磁耦合因子的曲线图；
[0022] 图16示出根据本公开的一些实施例，用于具有2个不同磁通量图案的平面电感器 的连续时间流水线模数转换器的模拟输出频谱的曲线图；
[0023] 图17示出按照本公开的一些实施例，具有连续时间延迟线的0-4连续时间A -2 多阶段噪声成形模数转换器的简化示意图；
[0024] 图18示出按照本公开的一些实施例，具有连续时间延迟线的2-2ZOOMA-2多阶 段级噪声成形模数转换器的简化示意图；和
[0025] 图19示出根据本公开的一些实施例的具有多个连续时间延迟线的行波电路的简 化示意图。
【具体实施方式】
[0026] 模数转换器（ADC)是将连续物理量转换为表示量的幅值的数字的设备。转换涉及 将模拟输入信号量化，所以这将引入少量误差。通常情况下，通过将模拟输入信号周期性采 样进行量化。结果是已转换连续时间和连续振幅模拟输入信号到离散时间和离散幅度数字 信号的数字值序列（即，数字信号）。
[0027]ADC通常由以下应用需求定义：其带宽（可以适当地转换成数字信号的模拟信号 的频率范围），其分辨率（最大模拟信号可以分成数并表示为数字信号的离散电平），以及 它的信噪比（相对于所述ADC的引入噪声，ADC如何精确测量信号）。模数转换器（ADC)具 有许多不同的设计，其可根据应用的要求进行选择。
[0028] 许多现代的ADC设计（诸如，流水线ADC和多级噪声成形ADC)包括：多个级，用于 数字化系统的信号和误差，以便满足涉及带宽、分辨率和信噪比的设计要求。一个或多个阶 段通常使用原始模拟输入信号作为参考信号，以产生残余信号（即，模拟输入信号的滤波 版本或重构版本之间的误差），以便减少由ADC导入的噪声量和/或提高输出的分辨率。制 造残余的方法通常需要原始模拟输入信号和原始模拟输入信号的滤波版本的相位匹配，但 原始模拟输入信号的滤波引入延迟。因此，通常提供延迟线以延迟原始模拟输入信号，用于 滤波版本的相位匹配，以便产生所希望的剩余信号。本公开内容描述采用连续时间（CT)电 路在提供延迟模拟输入信号中使用的改进延迟线，例如，用于产生残余信号（也可设想其 它应用）。
[0029] 示例应用：连续时间流水线模数转换器
[0030] 使用延迟线以延迟模拟输入信号的一个示例电路是流水线模数转换器（ADC)。传 统上，流水线ADC提供使用开关电容器电路的延迟线路。开关电容器电路提供采样-保持 类型的延迟线，用于在ADC的残余产生阶段中延迟模拟输入信号。在本公开中，具有一个或 多个延时线的流水线ADC不使用开关电容器电路来提供延迟线。相反，使用连续时间CT电 路。其结果是（总）的连续时间（CT)流水线模数转换器（ADC)，它利用（全部）CT电路来 实现流水线ADC。
[0031] 图1是示出根据本公开的一些实施例的包括多个延迟线的连续时间流水线模数 转换器的系统架构的简化示意图。具体地，图1示出了CT流水线ADC的前三个阶段。模拟 输入信号ul通过快速/粗放ADC数字化（示为ADC1，可以使用闪速ADC来实现），以及快 速/粗放ADCvl的数字输出用于驱动电流数模转换器（DAC)(示出为DAC1)。输入电压信 号ul也被转换成通过电阻和延迟线路组件的一些延迟的信号电流。经延迟的信号电流和 电流模式DAC输出电流之间的差是由跨导放大器（示为"TIA"）进行放大，它包括放大器 A1和并联-并联反馈网络。放大器的输出u2成为到第二阶段的模拟输入电压信号。在图 1的底部，示出数字信号的重建。每个阶段的数字输出由ADC产生，以及它们向后和滤波响 应1/STF相加（STF:每个单独CT流水线阶段的信号传递函数）。在图1中的示意电路图描 绘为单端，但实际实施方式通常差分。
[0032] 在具有CT电路的离散时间（DT)延迟线（在常规流水线ADC中使用）中替换开关 电容器电路的一个原因是功耗。CT流水线ADC通常具有比传统流水线ADC的CT延迟线低 几倍的功耗，并同时提供相同的性能。对于DT延迟线，当充电电容器时，用于充电开关电 容器电路中的电容器的放大器输出电流在开始时是相当高的，而CT电路的放大器输出电 流通常是恒定的，并比开关电容器电路得最大放大器输出电流小几倍（同时保持两者之间 的性能为常数）。其结果是，具有DT延迟线的流水线ADC的功率放大器比起在具有流水线 ADC的CT延迟线功率放大器需要更加耗电（因此，消耗更多的功率）（并保持同一信噪比性 能）。
[0033] 健壮的延迟线的重要性
[0034] 延迟线（诸如，图1所示的延时线）在CT流水线ADC中起到了至关重要的作用。 当使用实际电路实现时，图1中的ADC模块和DAC模块将表现出一些固有的延迟。在常规 的集成电路（1C)实施方式中，ADC和DAC将通过时钟信号CK计时。该CK决定了整体CT 流水线ADC的采样率。通过ADC和DAC的延迟可以是大约或等同1至2 (在大多数情况下， 1.5)的CK周期。延迟通常取决于电