[发明专利]预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路电路技术领域，尤其涉及一种预充电平衡负载开关电容电路和包含其的开关电容比较器。

背景技术

在模拟/混合信号集成电路中，功耗与速度是一对很重要的折中关系，为了提高速度，往往需要牺牲功耗。在基于开关电容技术的模拟/混合信号集成电路中，经常需要多个时钟相位实现对模拟信号的处理，如采样保持、比较、余量放大、积分等。

如图1所示，以传统的开关电容比较器1为例，包括主放大器11、开关电容网络12和虚地放大器13，实现输入信号Vin与阈值电平Vth的比较。其工作于两种模式：采样模式与比较模式，分别对应CK1与CK2两个不交叠的时钟相位。在采样模式期间，开关电容网络12中的采样电容Cs1与Cs2分别采样Vth与Vin，虚地放大器13工作在闭环状态，其中主放大器11提供比较阈值电平Vth。在比较模式期间，采样电容均接至信号地，虚地放大器工作在开环状态。

对于主放大器11，在采样模式开始阶段，Cs1的左端的初始电平为信号地，当采样开关闭合瞬间，主放大器的输出立刻被拉至信号地。因此，主放大器11输出信号建立的起始电平为信号地，在极端条件下，这个建立过程可能包含非线性的压摆过程，大大增加了建立时间。这是一个典型的功耗与速度的折中问题，即要提高采样模式下Vth的建立速度，就必须增加主放大器的带宽，也即需要消耗更多的功耗。

在负载不变的条件下，如果通过某种电路技术使得建立的起始电平为最终电平，即Vth，则理论上建立时间为零。在相同速度条件下，可以大大降低主放大器的功耗。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种预充电平衡负载开关电容电路和开关电容比较器，能在相同速度条件下，大大降低主放大器的功耗。

根据本发明的一个方面，一种预充电平衡负载开关电容电路，包括一个开关电容电路、主放大器和虚地放大器；

所述主放大器用于将输入的第一模拟电压信号进行缓冲形成第二模拟电压信号，并输出到所述开关电容电路；

所述开关电容电路用于对所述第二模拟电压信号进行采样，生成第一采样信号；

所述虚地放大器用于接收所述第一采样信号并放大形成第二采样信号后输出；

其中，

所述开关电容电路包括第一开关电容网络和第二开关电容网络，所述第一开关电容网络和第二开关电容网络具有相同电路结构，且周期性地工作于采样模式、转移模式和预充电模式；

所述第一开关电容网络和第二开关电容网络包括多个开关，所述多个开关用于使得当第一/第二开关电容网络工作在比较模式时，第二/第一开关电容网络工作在预充电模式。

根据本发明的第二方面，一种开关电容比较器，包括预充电平衡负载开关电路，还包括输入电压采集模块；所述输入电压采集模块用于对输入的第三模拟电压进行采样形成第三采样信号；

所述虚地放大器用于比较所述第一采样信号和所述第三采样信号。

采用本发明的预充电平衡负载开关电容电路和开关电容比较器，可以实现主放大器的平衡负载和对负载电容预充电的功能，进而加快采样模式下主放大器对负载电容的建立时间，最终实现对功耗与速度的优化。

附图说明

图1为现有技术的开关电容比较器的电路图；

图2为本发明的预充电平衡负载开关电容电路的一种实施方式的电路图；

图3为图2中的预充电平衡负载开关电容电路中的开关电容电路中各开关的一种实施方式的通断时序图；

图4为图2中的预充电平衡负载开关电容电路中的开关电容电路中各开关的另一种实施方式的通断时序图；

图5为本发明的开关电容比较器的一种实施方式的电路图；

图6为图5中各开关的一种实施方式的通断时序图；

图7为本发明的差分连接的预充电平衡负载开关电容电路的一种实施方式的电路图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

参见图2所示，为本发明的预充电平衡负载开关电容电路的一种实施方式的电路图。

在本实施方式中，预充电平衡负载开关电容电路2包括一个开关电容电路22、主放大器21和虚地放大器23。