[发明专利]逐次逼近型模数转换器及其比较器输入管的电容补偿电路

说明书

技术领域

本发明涉及模数转换技术领域，更加具体地来说，尤其是涉及一种逐次逼近型模数转换器及其比较器输入管的电容补偿电路。

背景技术

在电子技术领域，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，对逐次逼近型模数转换器的研究也越来越深入。

例如，见图1，示出了现有逐次逼近型模数转换器中上极板采样的原理图，如图所示，电容阵列11由C1到CN个电容组成，其中，所述电容阵列11的上极板一端通过采样开关SW接输入信号VINP和VINN，同时，电容阵列11的上极板另一端直接和比较器COMP的输入端相连。图1中的所述上极板采样的工作原理为：当电路进行采样阶段时，采样开关SW导通，C1到CN构成的电容阵列11对输入信号VINP和VINN进行采样，比较器COMP处于复位状态；当电路处于逐次逼近阶段时，采样开关SW断开，比较器COMP处于工作状态。

另外，对于高速中等精度的逐次逼近型模数转换器，其通常采用动态比较器，具体地，请参见图2，示出一种动态比较器的结构原理图，应当理解，本发明中所涉及的比较器COMP为现有技术中常用的比较器，为便于说明本发明的技术方案，故以图2中的一般动态比较器21作为例子来予以说明(下文如无特殊说明，亦是如此)。由动态比较器的一般知识可知，在比较器的输入端一般设有两个CMOS管作为输入管，这是因为NMOS管相对于PMOS管而言，导通电阻更小，跨导更大，所以很多设计中，动态比较器21都采用NMOS管作为比较器的输入管，动态比较器原理图可以参见图2。另外，由动态比较器21的一般工作原理可知，由于输入电压的不同，动态比较器21的两个输入管N0和N1的衬底会处于耗尽或者反型状态。

进一步地，由于NMOS管属于MIS结构器件，对于耗尽和反型状态下MIS结构的电容，具体地，见图3，示出了一种MIS结构电容的剖面图，MIS结构电容通常用到的工艺是金属-二氧化硅-硅结构，其中，二氧化硅部分的电容是固定的C₀，而硅部分的电容C_S会随着衬底的状态变化而变化，总的电容是C₀和C_S两个电容串联而成。通过半导体物理的知识，可以知道，在低频状态下这种MIS结构的C-V曲线如图4所示。对于NMOS管，当栅电压V_G小于阈值电压V_THN时，栅极所对应的硅处于耗尽状态，C_S较小，所以总电容C很小；当栅电压V_G大于阈值电压时，栅极所对应的硅处于反型状态，C_S较大且处于一个恒定值，所以总电容C较大且恒定。对于PMOS管，当栅电压V_G大于0时，栅极所对应的硅处于积累状态，C_S较大且处于一个恒定值，所以总电容C较大且恒定。

更进一步地，下面来讨论由于上述MIS结构造成的电容变化对模数转换器性能的影响，结合图1至图4来看，图1中比较器COMP输入端的寄生电容C_CP和C_CN即是比较器COMP两个输入管N0和N1的MIS电容，电压VP和VN通常视为差模电压，共模电压VCM通常取VDD/2，这里的栅电压V_G为比较器的输入电压。