出電路的輸出端;MP4的柵極作為電壓緩沖輸出電路的第一輸 入端;MP4的漏極與麗6a的漏極相連;MP6的漏極與MP7的源極相連;MP7的柵極作為電壓緩沖 輸出電路的第二輸入端;MP9的漏極與MP10的源極相連;MP9的柵極作為電壓緩沖輸出電路 的第三輸入端;MP10的漏極與MN6b的源極和MN7a的源極相連;MP10的柵極作為電壓緩沖輸 出電路的第四輸入端;MP8的漏極與麗8的漏極相連;MN8的源極與麗7b的漏極相連;麗8的柵 極作為電壓緩沖輸出電路的第五輸入端;MN6a的柵極與MN6b的柵極相連;MN7a的柵極與 MN7b的柵極相連;MN6a的源極、MN6b的源極、MN7a的源極和MN7b的源極均接GND。
[0029] 所述電平檢測(cè)電路的輸入端接電壓緩沖輸出電路輸出的參考電壓VREF，電平檢測(cè) 電路根據(jù)參考電壓VREF的大小判斷是否打開電壓緩沖輸出電路中的啟動(dòng)電路對(duì)大電容負(fù) 載進(jìn)行快速充電，該功能通過電平檢測(cè)電路的輸出端輸出使能信號(hào)EN到電壓緩沖輸出電路 的第二輸入端實(shí)現(xiàn)。
[0030] 如圖4所示，所述電平檢測(cè)電路包括]\〇311、]\〇312、]\^9、]\^10、1?1和1?2，其中]\〇 311和 MP12為PM0S管，麗9和麗10為NM0S管，R1和R2為電阻;MP11的源極與MP12的源極相連，其連接 點(diǎn)與電源VDD相連;MP11的柵極與麗9的柵極、電阻R1的一端和電阻R2的一端相連;MP11的漏 極與MN9的漏極相連、MP12的柵極和MN10的柵極相連;MP12的漏極與MN10的漏極、電阻R2的 另外一端相連，其連接點(diǎn)作為電平檢測(cè)電路的輸出端；電阻R1的另一端作為電平檢測(cè)電路 的輸入端;MN9的源極和MN10的源極均接GND。
[0031] 圖2所示電壓緩沖輸出電路的第一輸入端為PM0S管MP4的柵極，輸出端為MP4的源 極，所以電壓緩沖輸出電路本質(zhì)上是一個(gè)源極跟隨器。但是，電壓緩沖輸出電路中的NM0S管 MN6a、MN6b、MN7a、MN7b、MN8 以及 PM0S 管 MP5、MP8、MP9、MP10 組成了 一個(gè)反饋環(huán)路。這里的反 饋環(huán)路的作用就是將原先單純的源極跟隨器的輸出動(dòng)態(tài)輸出電流增加一倍，這樣就進(jìn)一步 增加了動(dòng)態(tài)性能，減小了輸出電阻，減小了輸出對(duì)于電容負(fù)載變化的響應(yīng)時(shí)間。假設(shè)由于負(fù) 載電容變大，則新增加的負(fù)載電容需要從VREF中抽取電荷，那么原先的負(fù)載電容中的電荷 減少，其電壓VREF下降。VREF下降與誤差放大器的輸入?yún)⒖茧妷篤in比較，在放大后得到調(diào) 整電壓輸入到MP4的柵極。此時(shí)，MP4中源漏電流減少了 Δ I，麗6a的源漏電流也減少Δ I，通 過反饋環(huán)路作用，使得MP5的源漏電流增加△ I，這樣VREF輸出的電流變?yōu)? △ I。這個(gè)電流就 給負(fù)載電容充電，使輸出電壓VREF增加接近Viη，這樣就是一個(gè)響應(yīng)的過程。當(dāng)電壓緩沖器 的負(fù)載電容變化時(shí)，其VREF輸出的電流源大，那么負(fù)載電容重新回到接近Vin的電壓值得時(shí) 間越短，即電壓緩沖器的響應(yīng)時(shí)間越短。
[0032] 對(duì)于電壓緩沖輸出電路中的PM0S管MP6和MP7,這兩個(gè)PM0S管組合成一個(gè)快速給大 負(fù)載電容充電的啟動(dòng)電路。當(dāng)電壓緩沖器上電時(shí)，負(fù)載電容較大，需要大電流充電。但是由 于MP5的源漏電流的限制，VREF輸出的電流不會(huì)很大，這樣大負(fù)載電容充電的時(shí)間很長(zhǎng)。為 了增加 VREF在上電時(shí)的輸出電流，通過MP6和MP7對(duì)大電容充電，在大的負(fù)載電容的電壓沖 到所需要的電壓水平時(shí)，就關(guān)閉MP7管子，讓MP6和MP7組成的啟動(dòng)電路脫離電壓緩沖輸出電 路。當(dāng)VREF很小時(shí)，電平檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平，MP7開啟，從VREF向大電容負(fù)載灌電 流，VREF增大。當(dāng)VREF增大到接近Vin時(shí)（約0.97Vin)，啟動(dòng)電路的輸出端輸出高電平，MP7關(guān) 閉，啟動(dòng)電路關(guān)閉。此時(shí)VREF在通過MP5的電流給大電容充電，直至VREF近似等于Vin。
[0033] 圖3所示的電平檢測(cè)電路，其本質(zhì)為一個(gè)施密特觸發(fā)器，其具有兩個(gè)閾值電平。正 向的閾值電平匕.=+ f .，_負(fù)向閾值電平為紇=& - f 。其中V?為單個(gè)反相器的 閾值電平，約為〇 . 5VDD。R2和R1為調(diào)節(jié)電阻。這里通過調(diào)節(jié)R1和R2的比值，使得 K+ ，就能實(shí)現(xiàn)適用于該電壓緩沖器的電平檢測(cè)功能。
[0034] 如圖5所示，為整個(gè)電壓緩沖器的交流輸出電阻波形圖，由圖可知，在輸出端10GHz 的頻率范圍內(nèi)，最大的交流輸出電阻僅約為〇. 15 Ω ;圖中，橫坐標(biāo)表示頻率(單位:Hz)，縱坐 標(biāo)表示輸出電阻(單位:πιΩ )。
[0035] 如圖6所示，為整個(gè)電壓緩沖器上電后輸出參考電壓建立的波形圖。電源電壓為 5V，輸入?yún)⒖茧妷篤in為4V，輸出參考電壓VREF為3.998V。同時(shí)，由圖中仿真波形可知，當(dāng) VREF的電壓小于3.946V時(shí)（約為0.98Vin)，啟動(dòng)電路開啟，VREF上升很快。當(dāng)VREF大于 3.946V后，啟動(dòng)電路關(guān)閉，VREF電壓上升變緩。最終VREF上升到3.998V;圖中，橫坐標(biāo)表示 時(shí)間（單位:ms )，縱坐標(biāo)表示輸出電壓(單位:V)。
[0036] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于SAR ADC的電壓緩沖器，其特征在于:包括誤差放大器、電壓緩沖輸出電 路和電平檢測(cè)電路，直流電源VDD同時(shí)給誤差放大器、電壓緩沖輸出電路和電平檢測(cè)電路供 電； 所述誤差放大器的第一輸入端接外部提供的參考電壓Vin，第二輸入端接電壓緩沖輸 出電路輸出的參考電壓VREF，第三輸入端接外部偏置電壓VB4，第四輸入端接外部偏置電壓 VB1，第五輸入端接外部偏置電壓VB2，第六輸入端接外部偏置電壓VB3;參考電壓Vin不具備 帶大電容負(fù)載能力，誤差放大器對(duì)參考電壓Vin和參考電壓VREF進(jìn)行比較，將比較結(jié)果作為 調(diào)整電壓從誤差放大器的輸出端輸出； 所述電壓緩沖輸出電路的第一輸入端接誤差放大器輸出的調(diào)整電壓，第二輸入端接電 平檢測(cè)電路輸出的使能信號(hào)EN，第三輸入端接外部偏置電壓VB1，第四輸入端接外部偏置電 壓VB2，第五輸入端接外部偏置電壓VB3;電壓緩沖輸出電路的輸出端輸出參考電壓VREF，參 考電壓VREF具備帶大電容負(fù)載能力，調(diào)整電壓使得參考電壓VREF逼近參考電壓Vin，達(dá)到參 考電壓VREF跟隨參考電壓Vin的效果； 所述電平檢測(cè)電路的輸入端接電壓緩沖輸出電路輸出的參考電壓VREF，電平檢測(cè)電路 根據(jù)參考電壓VREF的大小判斷是否打開電壓緩沖輸出電路中的啟動(dòng)電路對(duì)大電容負(fù)載進(jìn) 行快速充電，該功能通過電平檢測(cè)電路的輸出端輸出使能信號(hào)EN到電壓緩沖輸出電路的第 二輸入端實(shí)現(xiàn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于SAR ADC的電壓緩沖器，其特征在于:所述誤差放大器 包括]\031&、]\^113、]^23、]\0 3213、麗1、麗2、麗3、]\^43、]\^413、麗53和麗513，其中]\0313、]\0 3113、]\0323和 MP2b 為 PMOS 管，MN1、]\^2、]\^3、]\^43、]\^413、]\^53和]\^513為匪05管； MPla的源極與MPlb的源極相連，其連接點(diǎn)與電源VDD相連;MPla的柵極與MPlb的柵極相 連，其連接點(diǎn)作為誤差放大器的第四輸入端;MPla的漏極與MN1的漏極和MP2a的源極相連； MPlb的漏極與MN2的漏極和MP2b的源極相連;MP2a的柵極與MP2b的柵極相連，其連接點(diǎn)作為 誤差放大器的第五輸入端;MP2a的漏極與MN4a的源極、MN5a的柵極和MN5b的柵極相連;MP2b 的漏極與麗4b的漏極相連，其連接點(diǎn)作為誤差放大器的輸出端;麗4a的柵極與麗4b的柵極 相連，其連接點(diǎn)作為誤差放大器的第六輸入端;MN4a的源極與MN5a的漏極相連;MN4b的源極 與MN5b的漏極相連;MN1的柵極作為誤差放大器的第一輸入端;MN1的源極與MN2的源極和 MN3的漏極相連;MN2的柵極作為誤差放大器的第二輸入端;MN3的柵極作為誤差放大器的第 三輸入端;MN3的源極、MN5a的源極和MN5b的源極均接GND。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于SAR ADC的電壓緩沖器，其特征在于:所述電壓緩沖輸 出電路 1〇54、]\〇35、]\〇36、]\〇37、]\〇 38、]\〇39、]\〇310、麗6&、]\^613、]\^7&、麗713和]\^8，其中]\〇 34、]\〇35、]\〇36、 MP7、MP8、MP9 和 MP10 為 PMOS 管，麗6&、麗613、麗73、麗713和麗8為匪05管； MP5的源極、MP6的源極、MP9的源極和MP8的源極相連，其連接點(diǎn)與電源VDD相連;MP5的 柵極與MP8的柵極相連;MP5的漏極與MP4的源極、MP7的漏極和MP6的柵極相連，其連接點(diǎn)作 為電壓緩沖輸出電路的輸出端;Μ P 4的柵極作為電壓緩沖輸出電路的第一輸入端;MP 4的漏 極與MN6a的漏極相連;ΜΡ6的漏極與ΜΡ7的源極相連;ΜΡ7的柵極作為電壓緩沖輸出電路的第 二輸入端;MP9的漏極與MP10的源極相連;MP9的柵極作為電壓緩沖輸出電路的第三輸入端； MP10的漏極與MN6b的源極和MN7a的源極相連;MP10的柵極作為電壓緩沖輸出電路的第四輸 入端;MP8的漏極與麗8的漏極相連;MN8的源極與麗7b的漏極相連;麗8的柵極作為電壓緩沖 輸出電路的第五輸入端;MN6a的柵極與MN6b的柵極相連;麗7a的柵極與MN7b的柵極相連； MN6a的源極、MN6b的源極、MN7a的源極和MN7b的源極均接GND。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于SAR ADC的電壓緩沖器，其特征在于:所述電平檢測(cè)電 路包括]\〇311、]\0312、麗9、麗10、1?1和1?2，其中]\0311和]\0 312為?]\?)5管，]\^9和麗10為匪05管，1?1和 R2為電阻； MP11的源極與MP12的源極相連，其連接點(diǎn)與電源VDD相連;MP11的柵極與MN9的柵極、電 阻R1的一端和電阻R2的一端相連;MP11的漏極與MN9的漏極相連、MP12的柵極和MN10的柵極 相連;MP12的漏極與MN10的漏極、電阻R2的另外一端相連，其連接點(diǎn)作為電平檢測(cè)電路的輸 出端；電阻R1的另一端作為電平檢測(cè)電路的輸入端;MN9的源極和MN10的源極均接GND。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于SAR？ADC的電壓緩沖器，包括誤差放大器、電壓緩沖輸出電路和電平檢測(cè)電路；該電壓緩沖器用于給SAR？ADC的電容型DAC提供參考電壓，有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載的能力，能夠滿足因負(fù)載電容變化需要參考電壓快速恢復(fù)的要求。該電壓緩沖器還具有快速啟動(dòng)的能力，在電路上電啟動(dòng)時(shí)，電壓緩沖器能夠快速建立到所需要的參考電壓，減少了SAR？ADC從休眠狀態(tài)到正常工作的時(shí)間，從而提高了SAR？ADC的響應(yīng)速度。相比于傳統(tǒng)的應(yīng)用于SAR？ADC的電壓緩沖器，其驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能力更強(qiáng)，功耗更小。
【IPC分類】H03M1/38, G05F1/56
【公開號(hào)】CN105511542
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610066548
【發(fā)明人】吳建輝, 吳愛東, 杜媛, 李紅, 陳超
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日