[发明专利]一种用于高速流水线模数转换器的输入缓冲器电路

说明书

技术领域

本发明涉及用于通讯技术领域的集成电路，尤其涉及一种高速模 数转换器的输入缓冲器电路。

背景技术

随着通讯行业地迅猛发展，各种电子设备正在得到广泛的使用， 如手机，电脑，MP4等。在这些电子设备中，模数转换器作为模拟 信号和数字信号的接口电路已经不可或缺，而且它的应用场合也越来 越多。为了针对视频信号进行处理，一些电子设备中使用的模数转换 器是要求高速度的，这样就对模数转换器的输入带宽和线性度提出了 比较高的要求。通常的做法是把一个ADC的驱动电路做在ADC芯 片的外部，这样的驱动电路一般都是一个闭环的放大器，但是这样做 不仅需要一个额外的放大器，而且占用PCB板的面积，另外还会引 入比较大的寄生电容，不利于高速和高带宽的应用。同时，即使外部 驱动达到了很高的速度，但往往会消耗很大的功耗。因此，现在比较 倾向于把ADC的输入驱动电路也同样集成在ADC芯片的内部，以 提高ADC芯片的性能和可靠性。虽然这样做会增大ADC芯片的功 耗和面积，但是可以节省PCB电路设计时的空间，方便外部电路进 行驱动。通常集成在芯片内部的缓冲器电路有开环和闭环两种解决方 案，本发明讨论的是闭环结构的输入缓冲器电路。

理想的缓冲器电路需要在任何的信号输入幅度和输入频率条件 下，输出都能完全跟随输入的变化。但是，通常由于输入缓冲器增益、 速度和线性度的限制，输出和输入之间会存在一定的误差，导致输出 信号的失真。所以，一个好的闭环缓冲器电路需要良好的线性度，较 高的增益和速度来减小非线性失真。

通常用来提高输入级线性度的办法就是采用源级负反馈技术，如 图1a和图1b所示，图1a中的电路100和图1b中的电路101是两种 传统的源级负反馈放大器，它们都可以用来提高该电路输入级的线性 度。

图1a的电路100中，由MOS管M100和MOS管M101构成了 输入对管，输入信号Vin接入MOS管M100的栅极，MOS管M101 的栅极和漏极相连作为输出信号Vout；输入电流源I100和输入电流 源I101分别接入MOS管M100和MOS管M101的源极；MOS管 M100和MOS管M101的源极通过电阻R100相连；MOS管M102 和MOS管M103构成了电流镜的负载。

图1b的电路101中，由MOS管M104和MOS管M105构成了 输入对管，输入信号Vin接入MOS管M104的栅极，MOS管M105 的栅极和漏极相连作为输出信号Vout；输入电流源I102分别通过电 阻R101和电阻R102接入MOS管M104和MOS管M105的源极； MOS管M106和MOS管M107构成了电流镜的负载。

以电路100为例，在输入对MOS管M100、MOS管M101和负 反馈电阻R100的一同作用下，可以提高电路100的线性度，关于这 个的详细解释可以参考论文“CMOS transconductance amplifiers， architectures and active filters：a tutorial”，E.Sanchez-Sinencio，IEE Proc.，Circuits Devices Syst.，Vol 147，Issue 1。

但是电路100和电路101的最大缺点就是增益比较低，因为通常 普通单级运放的增益都在40dB之下，而且为了达到高速的要求而增 大静态电流的话则增益会更低，这样在闭环的系统应用中会导致输入 输出有比较大的误差，会降低输入信号的无杂散动态范围(SFDR)。 另外，由于实际的电路100中的输入电流源I100，输入电流源I101 以及电路101中的电阻R101，电阻R102会存在不匹配产生更多的谐 波，所以需要在大电流情况下尽量提高这个电路的增益以确保输入信 号通过缓冲器电路后有足够的信噪比和SFDR。

发明内容

本发明提供了一种用于高速流水线模数转换器的输入缓冲器电 路拓扑结构，可以满足高速信号的输入要求。本发明的输入缓冲器电 路有效地减小了输入的负载电容，增大了输出阻抗，有利于驱动大的 输出负载电容，也就是后级开关电容电路中的电容。

一种用于高速流水线模数转换器(Pipelined ADC)的输入缓冲器 (input buffer)电路，包括输入对管、电流镜负载、增益提升放大器 和补偿电容，其中：