[发明专利]可扩展集成数据转换器

说明书

本发明涉及一种集成数据转换器，具体地涉及使用基于电荷的方法的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。电流场效应晶体管的互补对用于形成可扩展ADC的放大器，并且公开了DAC，包含逐次逼近数据转换器(ADC和DAC)和流水线数据转换器(ADC和DAC)。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月17日提交的美国临时申请号62/268，983以及于2016年7月29日提交的PCT国际申请号PCT/US2016/044770的优先权，所述申请的内容通过引用以其全文并入本文。

背景技术

发明领域

本发明涉及集成数据转换器，具体地涉及使用基于电荷的方法的模数转换器和数模转换器。

相关技术说明

新世纪带来对以极快速的步伐发展的连接性的需求。到2015年底，全球网络连接数量超过世界人口的两倍，并且据估计，到2020年，超过300亿装置将无线地连接到云形成物联网(或“IoT”)。实现这一新纪元是已经在过去二十年兴起的移动计算和无线通信的革命性发展。根据摩尔定律，高集成且成本有效的硅互补金属氧化物半导体(CMOS)装置允许将如庞大的模数转换器或收发器等数字和模拟系统元件合并到更成本有效的单个芯片方案中。

然而，在过去几年中，尽管数字电路已经极大地遵循预测路径并受益于将CMOS技术扩展到超深亚微米(sub-μm)，但是模拟电路并未实现跟随同样的趋势，并且可能在没有模拟设计中的范式转变的情况下永远无法实现。模拟和射频(或“RF”)设计者仍然努力发现如何做出针对超深亚微米特征大小的高性能集成电路(或“IC”)，而不损失收缩大小的益处；包括：降低的功率、紧凑的占用面积和较高的操作频率。真实地，需要通过模拟设计的已建立科学来打破范式转变从而满足新世纪的片上系统(SoC)需求。

现有技术：

模拟电路的核心构造快是放大器。分立部件放大器自由地使用电阻器、电容器、电感器、变压器和非线性元件以及各种类型的晶体管。各个部件之间的不期望的寄生现象通常可以忽略。然而，为了在集成电路内建立放大器，正常模拟电路部件不是可容易获得的，并且通常采用特殊IC过程扩展来获得这些电路元件，如果有的话。由于集成电路放大器非常接近并且通过它们集成到其中的硅晶圆耦合在一起，因此集成电路放大器上的寄生现象严重。摩尔定律IC过程的进步专注于数字微处理器以及存储器过程发展。花费一代(～18个月)或两代来扩展IC过程以便合并模拟部件，因此模拟功能通常不包含在最新过程单个芯片系统上。这些“混合模式”IC过程较不可用、依赖于供应商并且更昂贵以及更高地遭受参数变化。采用实质工程来将稀疏模拟功能包含在任何IC上，这对其IC供应商和过程节点来说变得特殊。因为对于每个过程节点来说，模拟电路是仔细且特别设计和布置的，这种模拟电路是高度不可移的。抵抗这一限制，模拟电路设计工程师变得稀少并且慢慢退休而没有充分的替代者。

运算放大器(或OpAmp)是处理模拟信息所必须的基本的IC模拟增益块。OpAmp使用非常高度匹配的晶体管对来在电压输入端处形成差分晶体管对。匹配是集成电路上可容易获得的参数，但是为了接近需要的匹配等级，使用许多考虑：相似的图心布局、多个大型装置、良好的隔离以及物理布局技术等许多其它考虑。大面积匹配的晶体管组也可以用于电流镜和负载装置。OpAmp需要电流源进行偏置。OpAmp进一步需要电阻器和电容器(或RC)补偿极来防止振荡。电阻器对“R”来说是必不可少的，并且RC时间常数的值相当精确。太大的电阻器值将使放大器太慢且太小，导致振荡。恒定的“偏置”电流增加功率损耗。通常，这些偏置电流想要比在整个信号操作期间需要的峰值电流更大。