[发明专利]一种基于动态补偿的低功耗参考电压电路系统

说明书

本发明涉及参考电压设计领域，特别涉及了一种基于动态补偿的低功耗参考电压电路系统，包括：参考电压源电路、参考电压补偿电路以及负载电路，所述参考电压补偿电路与所述负载电路选择性地接入到所述参考电压电路的同一参考电压端，当所述负载电路从参考电压端获取正向电流时，所述参考电压补偿电路为所述参考电压端提供补偿电流，用以补偿所述参考电压端的电压下降。本发明的优点在于：1)基于动态补偿的参考电压缓冲器电路设计，利用电荷分享的原理，可以大大降低功耗和模数转换系统的面积，并间接提升模数转换器的转换速度；2)具有相应的动态调节电荷补偿的逻辑信号生成电路，用于实现快速的检测与响应。

技术领域

本发明涉及参考电压设计领域，特别涉及了一种基于动态补偿的低功耗参考电压电路系统。

背景技术

随着人们对通信速度和音频或视频清晰度要求的提高，模数转换器作为数字信号处理的必备前端，其性能决定了数字系统的表现和性能，而人们对高速、低噪声信号的追求也进一步推动了高性能模数转换器的发展。不管数字技术如何发展，模数转换器都是其性能的基础，因此高速高精度的模数转换器将一直都是IC的研究热点。逐次逼近型模数转换器(successive approximations register，简称为SAR ADC)结构简单、面积小，具有低压低功耗等优点，在器件特征尺寸和电路电源电压不断减小的今天，SAR ADC的应用具有很大的灵活性。SAR ADC采用二进制搜索原理，将输入电压进行加减后与某一参考电压进行比较，从高位到低位逐次逼近，最后输出该信号相应的数字码。SAR ADC主要由跟随保持电路(T/H)，数模转换器(简称CDAC)，比较器，时序控制电路，寄存器，参考电压源等电路组成。跟随保持电路对输入模拟电压Vin进行采样，输出采样电压。CDAC电路用于逐次逼近比较过程中产生相应参考电压，通过控制连接参考电压源的电容值来实现。

参考电压源及其缓冲器是高速SAR ADC设计的核心模块，参考电压的信号特性限制了ADC的速度、噪声和功耗。为达到高速转换和足够的精度要求，参考电压需要在很短的时间内恢复原值并保持稳定，即参考电压缓冲器(Reference Voltage Buffer，RVB)需要在很短的时间内提供很大的电流以补偿被抽取的电荷。因此，设计一种低功耗、稳定速度快的参考电压源及其缓冲器电路对获得更高性能的ADC而言是具有重要意义的。

现有的针对参考电压缓冲器的几种不同设计分为外部参考电压缓冲器以及全集成参考电压缓冲器，其结构框图分别如图7图8示。其中，所述带片外解耦电容的参考电压缓冲器一般由闭环工作的负反馈放大器和解耦电容组成，如放大器的环路带宽较小，仅用来维持DC电压；解耦电容提供高频驱动，使得参考电压Vref快速建立。由于所需要解耦电容的面积较大，无法在片上集成，只能通过增加芯片的焊盘，在片外实现。该实现方案的优点是功耗小，而且噪声低。然而，增加焊盘引入了绑线的电感效应限制了参考电压的建立速度。引脚处电压在LC网络固有频率处出现振铃使得参考电压Vref稳定时间变长。所以不适用于高速高精度的ADC设计。

全集成的参考电压缓冲器不会受到绑定线电感效应的困扰，现有的几种全集成参考电压缓冲器的结构如图9到图11。其中，图9示出了无源电阻梯结构，其输出的参考电压由电阻分压得到。该缓冲器的带宽是1/RCL(R是节点Vref的到地电阻)。图10示出了源级跟随器结构，其带宽是gm/CL(gm是Mn管的跨导，CL是负载电容)。为了实现大带宽，其需要增加电阻梯和源级跟随器的偏置电流。通常，为了实现相同的带宽，电阻梯的功耗比源级跟随器的功耗大约高出一个数量级。对于源级跟随器，其开关电容负载的回踢噪声会通过寄生电容叠加到栅电压Vb上，这样会降低输出参考电压的精度。图11示出了由低速反馈环路和开环输出支路组成的参考电压缓冲器设计结构，其带宽由开环支路的源级跟随器决定，提高了环路稳定性，但是其同样不适用高速高精度的ADC设计。

上述模数转换器ADC的设计中，全集成缓冲器为了提供高带宽，不是功耗较大，大约占系统总功耗的20％至30％；就是因为受低速反馈环路的影响，速率较慢。如果可以降低其功耗，并保持高速高的话，就可以有效地降低整个ADC的功耗并实现用于高速高精度的ADC设计。

发明内容