[发明专利]具有改进漂移的参考缓冲器

说明书

技术领域

[001]本发明涉及参考电压电路，且更具体地涉及降低诸如为开关电容器流水线式ADC所用的参考电压线路中的噪声和漂移。

背景技术

[002]在硅(逐次逼近寄存器或SAR，开关电容器和开关电流流水线，折叠/合并(folding)，闪存等)中实现的模-数转换算法固有地依赖于一些内部参考电压轨(rail)的稳定性和低噪声，必须相对于这些内部参考电压轨来权衡输入信号。特别地，开关电容器实现方案从参考线路汲取电流以对电容器进行充电/放电，这些电容器被用于(在每一级的乘法数-模转换器或MDAC)处理信号，开关电容器实现方案通常比开关电流实现方案中更过度地使用参考线路。此外开关电容器流水线转换链的第一级中存在的快速子ADC相对于电阻器(或电容器)阶梯来测量信号，并设置比较器阈值。因此，影响参考电压的任何误差和/或噪声都直接影响到整个ADC的性能而没有任何修正可能，除非使用一些复杂耗时的背景校准。

[003]解决ADC对生成稳定参考电压的需求的总体方法可以划分为两类：高阻抗实现方案和低阻抗实现方案。

[004]高阻抗技术依赖于采用大量外部的和内部的电容性解耦。这些电容器被用作储电器来提供流水线式MDAC所需的即时电流所必需的电荷。由于电荷变化可表示为Δq＝C·ΔV，因此解耦电容器C越大，电压扰动对电压电平的影响越小。一旦瞬时电流I＝dq/dt已从储电电容器流出以对流水线式量化器中的信号电容器进行充电，参考系统就有一合理的时间量(几乎是流水线方案中一个完整的半时钟周期，见图10)来以缓慢且受控的方式补充储电器。因此，具有高阻抗输出和缓慢响应的运算跨导放大器(OTA)可达到这一效果，并且OTA同时可被设计成低消耗和低噪声。当然在运算放大器周围建立的回路的输出电压只可以和其输入端所提供的参考电压一样稳定，因此首先需要提供稳定的输入电压，例如通过带隙电路(bandgap circuit)提供。

[005]相反，低阻抗技术依赖于当信号电容器被充电时电压缓冲器提供临时较高电流的速度和电流驱动能力。在这种方法中输出电压线路上不使用内部的或外部的解耦电容器，这是因为任何额外的电容性负载都只会减缓过渡瞬变过程(settling transient)。缓冲器的速度决定参考系统的建立时间(settling time)，并设置电压参考的电流消耗。与B类或AB类方案相比，A类缓冲器方案一般更耗电(power-hungry)，其中对于前者可变电流量可以被传送给负载而不需要静态损耗。在这方面的选择可以由充电周期结束时的失真需求来规定。

[006]为了线性化输出阻抗，同时降低这一阻抗(通过回路增益)，并将电压设置到精确的电平，在现有技术中缓冲器通常被封闭在负反馈回路中。采用简单发射极-跟随器的这一现有技术配置显示于图1的电路10的示意图中。该电路10对驱动器/缓冲器22提供所需的参考电压目标，在理想情况下，该电路10不受必须对其输入提供的“反冲”电流浪涌(“kick-back”current surge)的影响，因此也可以针对低功率进行设计并针对低噪声进行大量滤波。这一电路10通常实现为由电容器滤波的闭环OTA，使得高阻抗方法成为这一第二方案的子集。

发明内容

[007]本发明的参考电压电路实现了几个技术优点，该参考电压电路具有开环驱动器，并在经典闭环电压参考电路内采用复制/相同驱动器，以及改善几个关键节点所需的隔离。

[008]本发明改善了短期和长期的参考电压的稳定性。特别地，本发明增强了参考电压对即时电流浪涌/冲击(instantaneous currentsurges)的弹性，这些即时电流浪涌通过经数字开关连接电容器到这些参考电压而产生，正如通常在开关电容器流水线式体系结构中所做的那样。本发明认识并解决参考电压的长期漂移问题，该问题被发现是瞬变在低频下的不完全抑制的结果，这些瞬变由电路的输出处造成的电流浪涌所触发。

附图说明

[009]图1是现有技术电路的示意性框图，该电路包括闭环负反馈回路；

[010]图2是本发明的一个实施例的示意性框图；

[011]图3描述在图1电路的电压参考线路上发现的典型电压脉冲序列；

[012]图4描述图1电路的电压参考线路的短期正弦状和长期指数状DC电压漂移；

[013]图5描述由图2电路所稳定的电压参考线路的DC电压漂移；

[014]图6是图5的特写，其突出图2电路的电压参考线路的稳定性；

[015]图7描述图1中运算放大器的输入端的电压；