[发明专利]高采样率宽带跟踪保持电路

说明书

本发明公开了高采样率宽带跟踪保持电路，涉及电子技术领域，包括输入缓冲单元IB、跟踪/保持开关T/H、保持电容CH以及输出缓冲单元OB。引入全差分的电路结构，实现较好的共模噪声抑制能力。本发明使用带发射极退化电阻的输入、输出缓冲器，提高了跟踪保持电路的线性度。本发明采用了带肖特基二极管的改进开关射极跟随器作为跟踪‑保持开关，提高了电路稳定性。本发明利用了高截止频率、良好基极‑发射极匹配的GaAs HBT器件来设计跟踪保持电路，改善了现有采样保持电路采样率低以及带宽窄的缺点。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及高采样率宽带跟踪保持电路。

背景技术

跟踪保持放大器能够跟踪或者保持输入模拟信号的电平值，常常作为模数转换器(ADC)的前端关键组件。跟踪保持放大器是由带保持电容的采样开关组成，在跟踪模式下，它的输出跟踪输入信号，当跟踪-保持开关打开时，它的输出保持恒定。为了准确地对信号进行数字化，大多数模数转换器需要在输入端加入跟踪保持放大器。跟踪保持放大器的引入提高了模数转换器的动态性能，它抑制了时钟孔径抖动造成的无杂散动态范围指标的下降，尤其在超高速模数转换器中，跟踪保持放大器更是成为了必不可少的模块，它有效缓解了带宽受限问题，加大了模数转换器的有效带宽。GaAs HBT用于设计高采样率宽带THA具有诸多优势，比如GaAs HBT具有高的截止频率，从而可实现高采样率，GaAs HBT的高跨导和基极-发射极电压良好的匹配特性也有利于实现高线性度的跟踪保持放大器。

跟踪保持放大器常见的跟踪-保持开关结构主要有二极管桥接(Diode-Brigde)和开关射极跟随器(SEF)这两种。二极管桥接的跟踪-保持开关如果采用肖特基二极管还可实现宽带宽的跟踪保持放大器，然而二极管桥接中得正、负电流源之间或脉冲驱动的不匹配将会导致比较差的线性度和动态范围；开关射极跟随器(SEF)虽可以克服二极管桥接结构的缺点，实现宽带宽和高线性的跟踪保持放大器，但是它在驱动大电容时容易发生振铃或振荡的不稳定现象，这对于系统而言是一个潜在的威胁。

苏州市灵矽微系统有限公司在其申请的专利文献“高速高带宽采样保持电路”(申请号201520075794.8，公开号204376880U，公开日2015.06.03)中公开了一种高速高带宽采样保持电路。该采样保持放大器在采样周期阶段，通过开启辅助开关射极跟随器SEF前馈，补偿了由Vout节点输出至Cs的电流，减少Vbe的调制效应，从而提高了线性度；在保持周期，辅助开关射极跟随器SEF与主开关射极跟随器SEF处于关断状态，不跟随输入信号，同时输入端接在同一个准差分输入级的输出上，以防止引入额外的馈通信号；另外，该采样保持电路通过在主开关射极跟随器SEF的电流源输出节点引入前馈来达到提高前馈效率的目的。但是，该采样保持电路仍然存在的不足之处是，1)由于采用的是传统开关射极跟随器SEF结构，在驱动保持电容等大电容负载时，将导致电路存在不稳定状态的潜在风险；2)由于该采样保持电路采用的是BiCMOS工艺，虽然该电路结构改善了电路的线性度，但是由于器件的特征频率低，使该采样保持电路在需要高采样率的应用中受限。

叶桂平在其发表的学位论文“折叠内插ADC中采样保持电路的研究与设计”(2014年1月)中提出了一种用于超高速ADC结构的采样保持电路。该论文采用1μm GaAs HBT工艺实现了一款4GS/s采样率的采样保持电路。该采样保持电路采用的晶体管的特征频率大于60GHz，采样保持电路的采样开关采用了传统的开关射极跟随器SEF开关并增加时钟馈通补偿电路。这种电路结构得益于器件高的截止频率，其优势在于具有较高的采样率和精度。但是，该采样保持电路仍然存在的不足之处是，该电路的模拟输入带宽只有500MHz，相对较低，而且采样率也还存在进一步提升的空间。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，基于GaAs HBT的高采样率宽带跟踪保持电路，解决了传统开关射极跟随器(SEF)结构驱动大电容导致的不稳定现象，旨在提高跟踪保持电路的采样率和带宽。本发明提出的跟踪保持电路不仅提高了采样率和带宽，而且还改善了电路的线性度。