[发明专利]具有漏电流补偿功能的高速逐次逼近型模数转换器

说明书

本发明公开了一种具有漏电流补偿功能的高速逐次逼近型模数转换器，包括主ADC模块、辅助ADC模块和两个采样开关漏电流补偿模块；辅助ADC模块产生与主ADC模块的漏电流呈线性关系的辅助漏电流并送给两个采样开关漏电流补偿模块，使两个采样开关漏电流补偿模块产生与主ADC模块的漏电流相同的补偿电流送给主ADC模块。本发明中，由于辅助ADC模块的器件为主ADC模块的器件按比例缩小，因此，辅助ADC模块的面积可以做得很小；由于辅助ADC模块和采样开关漏电流补偿模块产生的补偿电流和主ADC模块产生的漏电流随温度、电源电压和工艺呈线性同步变化，因此不需要额外的补偿技术，结构简单，补偿精度高。

技术领域

本发明涉及高速逐次逼近型模数转换器领域，特别涉及一种具有漏电流补偿功能的高速逐次逼近型模数转换器。

背景技术

近年来，随着模数转换器性能指标的进一步提高，特别是随着集成电路工艺技术的不断发展，对高速逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的研究也越来越深入。随着集成电路制造工艺的不断演进，高增益运算放大器的设计变得越来越困难，由于不需要运算放大器，SAR ADC具有天然的低功耗优势，特别是在纳米级工艺节点下，SAR ADC的速度又得到了巨大的提升。因此，高速SAR ADC成为目前模数转换器的研究热点。由于采样开关源极和漏极和地之间寄生二极管的存在，在SAR ADC处于逐次逼近状态时，采样极板和地之间存在一个漏电流，由于这个漏电流的存在，打破了权重电容阵列的电荷守恒，从而降低SAR ADC的精度。随着集成电路制造工艺的不断进步和温度的增加，这个漏电流会越来越大，对SAR ADC精度的影响也不断增加。

传统SAR ADC的电路图如图1所示，逐次逼近路线图和时序图如图2所示。如果不考虑采样开关Sp和Sn的源极和漏极与地之间的寄生二极管，当该结构的SAR ADC处于采样状态时，采样信号Clkin为高电平，时钟信号Clk为低电平，主ADC模块的开关Sp/Sn对差分输入信号Vip和Vin进行采样。当该结构SAR ADC处于逐次逼近状态时，主ADC模块的开关Sp/Sn断开，采样信号Clkin为低电平，时钟信号Clk产生比较器的使能信号，权重电容阵列的上极板VSP和和下极板VSN开始逐次逼近过程。

如果考虑采样开关Sp和Sn的源极和漏极与地之间的寄生二极管，采样开关源极和漏极与地之间寄生二极管的采样开关剖面图如图3所示，BOOST模块为采样开关栅压自举电路，P-SUB为芯片衬底，DNW为深N阱，NW为N阱，P+为P扩散区，N+为N扩散区，PW为P阱，G表示采样NMOS管的栅极。当SAR ADC处于逐次逼近状态时，由于采样开关源极和漏极与地之间寄生二极管Dp和Dn的存在，从采样极板VSP和VSN到地之间存在一个漏电流Ip和In，这个漏电流的大小可表示为：

式(1)中，I_S表示漏电流Ip或In，I_s0表示二极管反向饱和电流，是一个与二极管面积正相关的常数，同时，由式(1)可知，I_S会随着温度的增加而增加。由于在高速SAR ADC的设计中，为了增加采样速度，会将采样开关的面积做的比较大，采样电容设计的比较小，这就会导致采样开关源极和漏极与地之间的寄生二极管面积增加，当SAR ADC处于逐次逼近状态时，采样极板VSP和VSN到地的漏电流会增加，导致采样极板出现较大的漏电流。而随着集成电路制造工艺的不断演进，这个漏电流也会不断增加，因此，在更先进的工艺下，上述问题会更加严重。同时，由式(1)可知，随着温度的增加，上述漏电流也会增加。考虑漏电流影响时SAR ADC逐次逼近路线图和时序图如图4所示，由图4可知，如果考虑到漏电流的影响，在逐次逼近过程中，采样极板VSP和VSN会发生电压的下降，同时，由于两个极板的电压是不同的，所以两个极板的电压下降幅度也是不同的，这个问题会严重影响SAR ADC的精度，在高精度SAR ADC的设计中，这个漏电流是一个必须解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种具有漏电流补偿功能的高速逐次逼近型模数转换器。

本发明的技术方案如下：