[发明专利]用于电荷耦合流水线模数转换器的PVT不敏感共模电荷控制装置

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种可用于控制电荷耦合流水线模数转换器内部共模电荷的电路装置。

技术背景

在电荷耦合流水线模数转换器中，电荷耦合采样保持电路采样得到的电荷包将会送到后续各级电荷耦合子级流水线电路中进行逐级比较量化处理。对于采用全差分结构实现的电荷耦合流水线模数转换器来说，信号处理在两个信号状态以共模信号为中心互补对称的正、负信号处理通路上同步进行，最后以两个信号通道处理结果的差值作为最终处理结果。输入电压信号首先转换为全差分形式的两个电荷包，分别供后续各级全差分电荷耦合子级流水线电路量化处理，最后得到量化输出结果。

上述电荷耦合流水线模数转换器中，后续各级电荷耦合子级流水线电路对输入电荷包进行处理时其共模电荷包大小一般保持相等不变。在现有的CMOS工艺条件下，由于工艺波动随机性以及其他各类非理性因素的存在，所实现的各级电荷耦合子级流水线电路的共模电荷大小不能严格相等，而是存在一定的共模误差。

在影响共模电荷的诸多因素中，子级电路之间的电荷传输电路模块的影响至关重要。对于高效电荷传输技术的实现，现有的技术实现方式典型的有专利：US2007/0279507A1增强型电荷传输电路，其典型电路结构如图1所示。电荷传输MOSFET S的栅极V_G被连接到由MOS管M1、M2和M3构成的运算放大器1的输出端。运算放大器1的输出端运算电荷传输之前，S处于关断状态，待传输电荷被存储在C₁上。图2为该电路的工作电压波形示意图。t0时刻，Ck1发生负阶越变化，Ck1n发生正阶越变化，导致Ni电压V_Ni突变到一个低电位而No的电压V_No突变到一个高电位，运算放大器1将会响应该变化并驱动MOSFET S栅极V_G电压为高电平，使得S开始导通；由于电势差的缘故，Ni上所存储电荷将会以电子形式向No转移，引起V_Ni上升而V_No下降，运算放大器1将同样会响应该变化并驱动MOSFET S栅极V_G电压逐渐降低；t1时刻，当V_Ni上升到电压V_r时，V_G电压逐渐降低到截止电压V_th时，S重新关断，电荷传输过程结束，其中V_r由共源共栅运算放大器的静态工作点确定。

图1所示电路在一个时钟周期内所传输的电荷量Q_T可以用C₁上电荷变化量表示。

上式中，V_Ck1(t0)、V_Ck1(t1)、V_Ni(t0)均为由基准电压直接控制的固定量；V_Ni(t0)由待传输信号电荷量决定，而V_Ni(t1)在电荷传输结束时逼近到电压V_r。整个电荷传输过程中，V_Ni向V_r逼近的速度和精度直接决定了BCT电路的电荷传输速度和精度。若V_r精确稳定，则传输过程中所传输的电荷量为待传输信号电荷的线性函数。但由于V_r由共源共栅运算放大器的静态工作点确定，V_r对于PVT(工艺波动、电源电压噪声、温度变化)波动非常敏感。假设由于PVT波动V_r产生了ΔV的变化，对应V_Ni(t1)将会产生ΔV的电压变化量。由(1)式，我们可以看到ΔV会直接在Q_T上产生ΔQ＝ΔV*C₁的误差电荷量。

当该电路被全差分使用时，可得到传输的共模电荷量为：

可以看出，V_Ni(t1)所带来的误差在共模电荷传输时无法消除，该误差直接传输给后级电路，因此针对该误差必须进行有效控制。

发明内容

本发明的目的是现有技术的不足，提供一种外部信号可线性调整的PVT不敏感的共模电荷控制装置，对现有电荷传输技术引起的共模电荷问题进行抑制。