預(yù)放大器以及包括其的比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【專利摘要】一種預(yù)放大器，可以包括：公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓，并對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣以用于放大操作；以及耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與包括在多差分輸入級(jí)中的輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合。
【專利說明】預(yù)放大器以及包括其的比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2015年3月9日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2015-0032579的韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及一種電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更具體地，涉及預(yù)放大器以及包括其的比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]將描述兩步單斜模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為示例。然而，本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用到多步多斜ADC以及多步單斜ADC，且也可以應(yīng)用到需要高速多步單斜ADC和高速多步多斜ADC的系統(tǒng)。因此，本發(fā)明不局限為兩步單斜ADC。
[0005]在相關(guān)領(lǐng)域文檔(諸如〃Alexey Yakovlev, ’ Double-Ramp ADC for CMOSSensors’，美國專利 N0.US 6，670，904B1, Dec.30，2003〃 以及〃 Seunghyun Lim, ’ AHigh-Speed CMOS Image Sensor with Column-Parallel Two-Step Single-SlopeADCs', IEEE Trans.Electron Devices, vol.56, n0.3, pp.393-398, March, 2009^)中公開了用于兩步(或多步)單斜A/D轉(zhuǎn)換的方法。
[0006]在相關(guān)領(lǐng)域中，用于最高有效位(MSB)轉(zhuǎn)換的粗斜坡電壓(coarse rampingvoltage)被儲(chǔ)存在電容器的上極板中，而在用于最低有效位(LSB)轉(zhuǎn)換的細(xì)斜坡(fineramping)期間用于細(xì)斜坡的輸入端子耦合到電容器的下極板，然后，以浮置狀態(tài)儲(chǔ)存在電容器的上極板中的電壓根據(jù)細(xì)斜坡電壓(fine ramping voltage)而改變。
[0007]上面描述的相關(guān)領(lǐng)域具有一個(gè)基本的問題在于，在粗斜坡和細(xì)斜坡期間輸入到比較器的粗斜坡電壓和細(xì)斜坡電壓的斜率可以根據(jù)轉(zhuǎn)換過程而不同。
[0008]通常，在實(shí)施兩步單斜模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)時(shí)，輸入信號(hào)的保持能力顯著地影響ADC的線性。
[0009]然而，在傳統(tǒng)ADC中，比較器的輸出節(jié)點(diǎn)的改變可以由于重疊的寄生電容的耦合而對(duì)儲(chǔ)存在比較器的浮置輸入端子中的信號(hào)施加影響，由此導(dǎo)致失真。這樣的失真可以導(dǎo)致ADC的線性誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]各種實(shí)施例針對(duì)一種可以通過最小化輸出端子與輸入端子之間的耦合來保持線性的預(yù)放大器，以及包括該預(yù)放大器的比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)放大器可以包括:公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓以用于差分放大操作；以及耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。
[0012]預(yù)放大器還可以包括:反相器，適用于將比較器使能信號(hào)反相，并將反相的比較器使能信號(hào)傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?br>[0013]反相器可以使用與電源電壓相同的電壓。
[0014]輸出極性改變單元可以包括:第一開關(guān)和第二開關(guān)，適用于將第一輸出設(shè)置為重置點(diǎn)的輸出，以及在比較操作之前將輸出從第一輸出改變?yōu)榈诙敵觥?br>[0015]輸出極性改變單元可以在粗轉(zhuǎn)換期間輸出高態(tài)信號(hào)，而在細(xì)轉(zhuǎn)換期間輸出低態(tài)信號(hào)。
[0016]耦合阻擋單元可以包括第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管，第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管在輸入電壓被比較之前工作在飽和區(qū)中。
[0017]多差分輸入級(jí)可以基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣。
[0018]取樣的粗斜坡電壓和取樣的共模電壓可以具有對(duì)預(yù)放大器的差分關(guān)系。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，比較器可以包括:預(yù)放大器，適用于通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合，基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣，通過放大輸入電壓與取樣的粗斜坡電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓與取樣的共模電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；以及信號(hào)處理器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，以及基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生比較信號(hào)。
[0020]預(yù)放大器可以包括:公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓，并對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣；以及耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。
[0021 ] 預(yù)放大器還可以包括:反相器，適用于將比較器使能信號(hào)反相，并將反相的比較器使能信號(hào)傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?br>[0022]反相器可以使用與電源電壓相同的電壓。
[0023]耦合阻擋單元可以包括:第一開關(guān)和第二開關(guān)，適用于將第一輸出設(shè)置為重置點(diǎn)的輸出，并在比較操作之前將輸出從第一輸出改變?yōu)榈诙敵觥?br>[0024]輸出極性改變單元可以在粗轉(zhuǎn)換期間輸出高態(tài)信號(hào)，而在細(xì)轉(zhuǎn)換期間輸出低態(tài)信號(hào)。
[0025]耦合阻擋單元可以包括第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管，第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管在輸入電壓被比較之前工作在飽和區(qū)中。
[0026]取樣的粗斜坡電壓和取樣的共模電壓可以具有對(duì)預(yù)放大器的差分關(guān)系。
[0027]信號(hào)處理器可以包括:放大器，適用于放大粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；控制器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)；以及選擇器，適用于基于選擇信號(hào)來選擇經(jīng)由控制器的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果以及來自放大器的細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果以輸出比較信號(hào)。
[0028]信號(hào)處理器可以包括:控制器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)；以及選擇器，適用于基于選擇信號(hào)來選擇經(jīng)由控制器的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果以及來自預(yù)放大器的細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果以輸出比較信號(hào)。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置可以包括:預(yù)放大器，適用于通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合，基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣，通過放大輸入電壓與取樣的粗斜坡電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓與取樣的共模電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；信號(hào)處理器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，以及基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生比較信號(hào)；以及編碼決定單元，適用于基于比較信號(hào)來決定粗?jǐn)?shù)字編碼和細(xì)數(shù)字編碼以輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0030]預(yù)放大器可以包括:公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓，并對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣；以及耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。
【附圖說明】
[0031]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的比較器的框圖。
[0032]圖2A和圖2B是圖示傳統(tǒng)預(yù)放大器的示圖。
[0033]圖2C和圖2D是預(yù)放大器的詳細(xì)示圖。
[0034]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將參照附圖來更詳細(xì)地描述各種實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文中陳述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例使得本公開將徹底且完整，且這些實(shí)施例將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。貫穿本公開，相同的附圖標(biāo)記指代本發(fā)明的各種附圖和實(shí)施例中的相同部分。
[0036]在本公開中，當(dāng)一部分被稱作“連接”到另一部分時(shí)，其應(yīng)當(dāng)理解為前者可以“直接連接”到后者，或者經(jīng)由中間部分來“電連接”到后者。此外，當(dāng)描述為一物包含(或包括，或具有)某些元件時(shí)，且應(yīng)當(dāng)理解為該物可以僅包含(或包括，或具有)那些元件，或者如果沒有特定限制則其可以包含(或包括，或具有)其他元件以及那些元件。除非另外陳述，否則單數(shù)形式的術(shù)語可以包括復(fù)數(shù)形式。
[0037]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的比較器的框圖。
[0038]如圖1中所示，比較器可以包括預(yù)放大器110和信號(hào)處理器120。預(yù)放大器110可以通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出端子(或節(jié)點(diǎn))與輸入端子(或節(jié)點(diǎn))之間的耦合，通過放大輸入電壓νρ.與粗斜坡電壓V RAMPC之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓Vrampf與共模電壓V ?之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果。信號(hào)處理器120可以根據(jù)來自預(yù)放大器110的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，將產(chǎn)生的取樣控制信號(hào)輸出到預(yù)放大器110，以及將基于來自預(yù)放大器110的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的比較信號(hào)輸出到計(jì)數(shù)器或線存儲(chǔ)器。
[0039]預(yù)放大器110可以根據(jù)來自信號(hào)處理器120的取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓Vcm和粗斜坡電壓V_rc取樣。此時(shí)，預(yù)放大器110可以使用開關(guān)S 3和晶體管MNCl來對(duì)共模電壓V?取樣，以及使用開關(guān)S 4和晶體管MNC2來對(duì)粗斜坡電壓V _rc取樣。開關(guān)S 3和S 4可以根據(jù)來自信號(hào)處理器120的取樣控制信號(hào)來導(dǎo)通/關(guān)斷。此外，取樣的粗斜坡電壓和取樣的共模電壓可以具有對(duì)預(yù)放大器110的差分關(guān)系。
[0040]信號(hào)處理器120可以包括放大器121、控制器122和選擇器123。放大器121可以將來自預(yù)放大器110的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果放大。控制器122可以根據(jù)來自放大器121的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)。選擇器123可以根據(jù)從例如時(shí)序發(fā)生器接收到的選擇信號(hào)SELf來選擇來自控制器122的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果以及來自放大器121的細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將比較信號(hào)輸出到計(jì)數(shù)器或線存儲(chǔ)器。粗轉(zhuǎn)換結(jié)果可以被從控制器122與取樣時(shí)鐘CLKs同步地傳輸?shù)竭x擇器123。放大器121是額外的組件。在這種情形下，來自預(yù)放大器110的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果可以被傳輸?shù)娇刂破?22，而來自預(yù)放大器110的細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果可以被傳輸?shù)竭x擇器123。
[0041]比較器還可以包括用于響應(yīng)于控制信號(hào)CTRL來重置預(yù)放大器110的開關(guān)130。即，開關(guān)130可以響應(yīng)于來自外部控制器(未示出)的控制信號(hào)CTRL來導(dǎo)通/關(guān)斷預(yù)放大器110的輸出電壓，以及重置預(yù)放大器110，預(yù)放大器的輸出電壓反饋到用于接收輸入電壓Vp的輸入端子。
[0042]此外，比較器還可以包括電容器140，電容器140用于將要被A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓VpiHiL與從預(yù)放大器I1反饋來的輸出電壓去親合。
[0043]圖2A和圖2B是圖示傳統(tǒng)預(yù)放大器的示圖。
[0044]在圖2A和圖2B中圖示的傳統(tǒng)預(yù)放大器中，第一輸出Voutpl和第二輸出Voutnl兩者都可以在輸入單元的浮置節(jié)點(diǎn)處引起嚴(yán)重的耦合。即，輸出電壓的變化可以對(duì)輸入端子產(chǎn)生影響。這是因?yàn)檩敵龆俗?或節(jié)點(diǎn))與輸入端子(或節(jié)點(diǎn))直接耦合到形成在輸入晶體管(圖2A中的麗I和麗2以及圖2B中的麗I到MN4)的漏極節(jié)點(diǎn)與柵極節(jié)點(diǎn)之間的重疊寄生電容CpcL由于第二輸出Voutnl被配置為二極管連接的形式，故與第一輸出Voutpl相比，輸出電壓的變化并沒有那么大。然而，由于第二輸出Voutnl與輸入端子具有直接耦合關(guān)系，故第二輸出Voutnl可以引起失真。
[0045]因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以在比較器的輸入端子與輸出節(jié)點(diǎn)之間插入共源共柵晶體管麗SI和麗S2以將比較器的輸入晶體管的漏極節(jié)點(diǎn)的電壓變化最小化。此外，即使當(dāng)比較器比較輸入時(shí)，共源共柵晶體管仍可以始終維持飽和狀態(tài)，由此防止出現(xiàn)對(duì)輸入端子的反沖(kickback)。因此，可以有效地去除輸出端子與輸入端子之間的耦合。圖2C和圖2D是圖1中示出的預(yù)放大器110的詳細(xì)示圖。
[0046]圖2C和圖2D中示出的預(yù)放大器可以包括共源共柵晶體管MNSl和麗S2以將輸出端子(或節(jié)點(diǎn))與輸入端子(或節(jié)點(diǎn))之間的耦合最小化。被共柵放大器的增益減小的輸出電壓(由共源共柵晶體管MNSl和MNS2產(chǎn)生)出現(xiàn)在設(shè)置于雙差分輸入級(jí)的每個(gè)輸入端子處的輸入晶體管(圖2C和圖2D中的麗I到MN4)的漏極節(jié)點(diǎn)處。共源共柵晶體管麗SI和麗S2需要始終工作在飽和區(qū)。否則，共源共柵晶體管麗SI和麗S2可以作為簡單電阻器來工作，從而輸出節(jié)點(diǎn)可以耦合到輸入端子。
[0047]在圖2C中示出的預(yù)放大器中，輸出Voutl可以在粗轉(zhuǎn)換期間轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛻B(tài)，而在細(xì)轉(zhuǎn)換期間轉(zhuǎn)變?yōu)楦邞B(tài)。在這種情形下，由于共源共柵晶體管MNSl始終工作在飽和區(qū)中，故不出現(xiàn)問題。然而，當(dāng)共源共柵晶體管MNS2執(zhí)行粗轉(zhuǎn)換時(shí)，工作區(qū)可以從飽和區(qū)改變?yōu)榫€性區(qū)，而當(dāng)共源共柵晶體管MNS2執(zhí)行細(xì)轉(zhuǎn)換時(shí)，工作區(qū)可以從線性區(qū)改變?yōu)轱柡蛥^(qū)。因此，在輸出節(jié)點(diǎn)與輸入端子之間可以出現(xiàn)嚴(yán)重的耦合。
[0048]另一方面，如圖2D中所示，預(yù)放大器的輸出Voutl可以通過輸出極性改變開關(guān)MPSl和MPS2來在粗轉(zhuǎn)換期間轉(zhuǎn)變?yōu)楦邞B(tài)以及在細(xì)轉(zhuǎn)換期間轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛻B(tài)。因此，在比較器的輸入被比較之前，共源共柵晶體管MNS2可以始終工作在飽和區(qū)，由此盡可能多地去除輸出端子與輸入端子之間的耦合。此時(shí)，共源共柵晶體管MNSl可以在粗轉(zhuǎn)換和細(xì)轉(zhuǎn)換期間工作在飽和區(qū)中。
[0049]輸出極性改變開關(guān)MPSl和MPS2的操作時(shí)序可以被設(shè)置為如下。首先，當(dāng)比較器被重置時(shí)，第一輸出Voutpl可以被設(shè)置為用來設(shè)置輸入節(jié)點(diǎn)Vp的工作點(diǎn)的輸出。然后，可以在A/D轉(zhuǎn)換之前將該輸出改變?yōu)榈诙敵鯲outnl，隨后可以執(zhí)行比較器的操作。
[0050]如圖2D中所示，預(yù)放大器可以包括公共有源負(fù)載210、輸出極性改變單元220、耦合阻擋單元230以及雙輸入差分對(duì)(或多差分輸入級(jí))240。公共有源負(fù)載210可以提供輸出阻抗。輸出極性改變單元220可以改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性。耦合阻擋單元230可以阻擋輸出端子與輸入端子之間的親合。雙輸入差分對(duì)240可以接收輸入電壓Vpixa、粗斜坡電壓V_Pe、細(xì)斜坡電壓Vrampf和共模電壓V CM,并對(duì)共模電壓Vqi和粗斜坡電壓V _rc取樣以用于放大操作。預(yù)放大器可以通過放大輸入電壓Vpixa與粗斜坡電壓V _%之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓Vrampf與共模電壓Vqi之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0051]預(yù)放大器還可以包括用于反相比較器使能信號(hào)COmp_en_n并將反相的信號(hào)傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?30的反相器250。反相器250可以使用與電源電壓VDDA相同的電壓來維持裕度。比較器使能信號(hào)(301^_611_11可以從外部控制器接收，且被傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?30的兩個(gè)共源共柵晶體管麗SI和麗S2的柵極節(jié)點(diǎn)。因此，由于反相器250可以通過兩個(gè)共源共柵晶體管麗SI和麗S2的開關(guān)操作來阻擋電流路徑，故反相器250可以用于降電流功會(huì)K。
[0052]參見圖2D，將更詳細(xì)地描述預(yù)放大器110的配置和操作。
[0053]首先，輸出極性改變單元220可以包括第一開關(guān)MPSl和第二開關(guān)MPS2，第一開關(guān)MPSl和第二開關(guān)MPS2用于將第一輸出Voutpl設(shè)置為重置點(diǎn)的輸出并且在比較操作之前將第一輸出Voutpl改變?yōu)榈诙敵鯲outnl。第一開關(guān)MPSl和第二開關(guān)MPS2可以用根據(jù)來自外部控制器(例如，時(shí)序發(fā)生器)的開關(guān)控制信號(hào)sw_n和sw而導(dǎo)通/關(guān)斷的PMOS晶體管來實(shí)施。
[0054]耦合阻擋單元230可以包括第一共源共柵晶體管麗SI和第二共源共柵晶體管MNS2，第一共源共柵晶體管MNSl和第二共源共柵晶體管MNS2在輸入電壓被彼此比較之前工作在飽和區(qū)。第一共源共柵晶體管麗SI和第二共源共柵晶體管麗S2可以用NMOS晶體管來實(shí)施。
[0055]此外，輸入差分對(duì)(或差分輸入端子)可以被劃分為用于粗轉(zhuǎn)換和細(xì)轉(zhuǎn)換的多步。SP，第一晶體管MNl和第二晶體管MN2可以形成用于細(xì)轉(zhuǎn)換的細(xì)輸入差分對(duì)，而第三晶體管MN3和第四晶體管MN4可以形成用于粗轉(zhuǎn)換的粗輸入差分對(duì)。
[0056]粗輸入差分對(duì)可以直接接收輸入電壓Vpixa和取樣的粗斜坡電壓，并比較接收到的電壓。此時(shí)，粗輸入差分對(duì)可以放大輸入電壓Vpixa與取樣的粗斜坡電壓之間的差，并通過輸出端子Voutnl來將粗轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到信號(hào)處理器120。這樣的粗輸入差分對(duì)可以被稱作粗輸入差分級(jí)。
[0057]此時(shí)，要被A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓VP.可以被施加到粗輸入差分對(duì)的第四晶體管的柵極節(jié)點(diǎn)，而取樣的粗斜坡電壓可以被直接施加到第三晶體管的柵極節(jié)點(diǎn)。
[0058]另一方面，細(xì)輸入差分對(duì)可以放大細(xì)斜坡電壓Vrampf與取樣的共模電壓之間的差，并通過輸出端子Voutnl來將細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到信號(hào)處理器120。來自外部共模電壓發(fā)生器(未示出)的共模電壓可以被用作偏置電壓，而取樣的共模電壓可以被設(shè)置為與細(xì)斜坡電壓Vrampf的啟動(dòng)電平相同的電壓。這樣的細(xì)輸入差分對(duì)可以被稱作細(xì)輸入差分級(jí)。
[0059]此時(shí)，細(xì)斜坡電壓Vrampf可以被直接施加到細(xì)輸入差分對(duì)的第一晶體管的柵極節(jié)點(diǎn)，而具有與細(xì)斜坡電壓Vrampf的啟動(dòng)電平相同的電平的取樣的共模電壓可以被直接施加到第二晶體管的柵極節(jié)點(diǎn)。
[0060]由于細(xì)輸入差分對(duì)和粗輸入差分對(duì)的差分放大操作是眾所周知的，故省略對(duì)其的詳細(xì)描述。此外，由于由兩個(gè)晶體管MPl和MP2構(gòu)成的公共有源負(fù)載210的配置和操作也是眾所周知的，故省略對(duì)其的詳細(xì)描述。
[0061]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的框圖。
[0062]如圖3中所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置可以包括圖1中示出的比較器以及編碼決定單元310。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置可以包括預(yù)放大器110、信號(hào)處理器120和編碼決定單元310。預(yù)放大器110可以通過轉(zhuǎn)變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出端子與輸入端子之間的耦合，可以通過放大輸入電壓VP.與粗斜坡電壓V _rc之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及可以通過放大細(xì)斜坡電壓Vrampf與共模電壓V ^之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果。信號(hào)處理器120可以根據(jù)來自預(yù)放大器110的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，將產(chǎn)生的取樣控制信號(hào)輸出到預(yù)放大器110，以及將基于來自預(yù)放大器110的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的比較信號(hào)輸出到計(jì)數(shù)器或線存儲(chǔ)器。編碼決定單元310可以根據(jù)來自信號(hào)處理器120的比較信號(hào)來確定粗?jǐn)?shù)字編碼和細(xì)數(shù)字編碼，并輸出數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)Dout。
[0064]編碼決定單元310可以使用粗計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLKe和細(xì)計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK F來確定編碼。編碼決定單元310可以包括計(jì)數(shù)器(遞增計(jì)數(shù)器/遞減計(jì)數(shù)器)和/或接收計(jì)數(shù)值的線存儲(chǔ)器。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以在比較器的輸入節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)之間插入共源共柵晶體管以將比較器輸入端子的漏極節(jié)點(diǎn)的電壓變化最小化。此外，即使當(dāng)比較器比較輸入時(shí)，共源共柵晶體管仍可以始終維持飽和狀態(tài)，使得不出現(xiàn)對(duì)輸入端子的反沖。因此，可以有效地去除輸出端子與輸入端子之間的親合。
[0066]此外，由于輸出端子與輸入端子之間的耦合被有效地去除，故兩步單斜ADC的線性可以保持。
[0067]盡管已經(jīng)出于說明性的目的而描述了各種實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，在不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變和修改。
[0068]通過以上實(shí)施例可以看出，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘韵碌募夹g(shù)方案。
[0069]技術(shù)方案1.一種預(yù)放大器，包括:
[0070]公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；
[0071]輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；
[0072]多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓以用于差分放大操作；以及
[0073]耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。
[0074]技術(shù)方案2.如技術(shù)方案I所述的預(yù)放大器，還包括:反相器，適用于將比較器使能信號(hào)反相，并將反相的比較器使能信號(hào)傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?br>[0075]技術(shù)方案3.如技術(shù)方案2所述的預(yù)放大器，其中，反相器使用與電源電壓相同的電壓。
[0076]技術(shù)方案4.如技術(shù)方案I所述的預(yù)放大器，其中，輸出極性改變單元包括:第一開關(guān)和第二開關(guān)，適用于將第一輸出設(shè)置為重置點(diǎn)的輸出，以及適用于在比較操作之前將所述輸出從第一輸出改變?yōu)榈诙敵觥?br>[0077]技術(shù)方案5.如技術(shù)方案I所述的預(yù)放大器，其中，輸出極性改變單元在粗轉(zhuǎn)換期間輸出高態(tài)信號(hào)，而在細(xì)轉(zhuǎn)換期間輸出低態(tài)信號(hào)。
[0078]技術(shù)方案6.如技術(shù)方案I所述的預(yù)放大器，其中，耦合阻擋單元包括第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管，第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管在輸入電壓被比較之前工作在飽和區(qū)中。
[0079]技術(shù)方案7.如技術(shù)方案I所述的預(yù)放大器，其中，多差分輸入級(jí)基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣。
[0080]技術(shù)方案8.如技術(shù)方案7所述的預(yù)放大器，其中，取樣的粗斜坡電壓和取樣的共模電壓具有對(duì)預(yù)放大器的差分關(guān)系。
[0081]技術(shù)方案9.一種比較器，包括:
[0082]預(yù)放大器，適用于通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合，基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣，通過放大輸入電壓與取樣的粗斜坡電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓與取樣的共模電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；以及
[0083]信號(hào)處理器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，以及基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生比較信號(hào)。
[0084]技術(shù)方案10.如技術(shù)方案9所述的比較器，其中，預(yù)放大器包括:
[0085]公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；
[0086]輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；
[0087]多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓，并對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣；以及
[0088]耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。
[0089]技術(shù)方案11.如技術(shù)方案10所述的比較器，其中，預(yù)放大器還包括:反相器，適用于將比較器使能信號(hào)反相，并將反相的比較器使能信號(hào)傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?br>[0090]技術(shù)方案12.如技術(shù)方案11所述的比較器，其中，反相器使用與電源電壓相同的電壓。
[0091]技術(shù)方案13.如技術(shù)方案10所述的比較器，其中，耦合阻擋單元包括:第一開關(guān)和第二開關(guān)，適用于將第一輸出設(shè)置為重置點(diǎn)的輸出，并在比較操作之前將輸出從第一輸出改變?yōu)榈诙敵觥?br>[0092]技術(shù)方案14.如技術(shù)方案10所述的比較器，其中，輸出極性改變單元在粗轉(zhuǎn)換期間輸出高態(tài)信號(hào)，而在細(xì)轉(zhuǎn)換期間輸出低態(tài)信號(hào)。
[0093]技術(shù)方案15.如技術(shù)方案10所述的比較器，其中，耦合阻擋單元包括第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管，第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管在輸入電壓被比較之前工作在飽和區(qū)中。
[0094]技術(shù)方案16.如技術(shù)方案9所述的比較器，其中，取樣的粗斜坡電壓和取樣的共模電壓具有對(duì)預(yù)放大器的差分關(guān)系。
[0095]技術(shù)方案17.如技術(shù)方案9所述的比較器，其中，信號(hào)處理器包括:
[0096]放大器，適用于放大粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；
[0097]控制器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)；以及
[0098]選擇器，適用于基于選擇信號(hào)來選擇經(jīng)由控制器的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果以及來自放大器的細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果以輸出比較信號(hào)。
[0099]技術(shù)方案18.如技術(shù)方案9所述的比較器，其中，信號(hào)處理器包括:
[0100]控制器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)；以及
[0101]選擇器，適用于基于選擇信號(hào)來選擇經(jīng)由控制器的粗轉(zhuǎn)換結(jié)果以及來自預(yù)放大器的細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果以輸出比較信號(hào)。
[0102]技術(shù)方案19.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包括:
[0103]預(yù)放大器，適用于通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合，基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣，通過放大輸入電壓與取樣的粗斜坡電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓與取樣的共模電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；
[0104]信號(hào)處理器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，以及基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生比較信號(hào)；以及
[0105]編碼決定單元，適用于基于比較信號(hào)來決定粗?jǐn)?shù)字編碼和細(xì)數(shù)字編碼以輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0106]技術(shù)方案20.如技術(shù)方案19所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中，預(yù)放大器包括:
[0107]公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗；
[0108]輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性；
[0109]多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓，并對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣；以及
[0110]耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)放大器，包括: 公共有源負(fù)載，適用于提供輸出阻抗； 輸出極性改變單元，適用于改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性； 多差分輸入級(jí)，適用于接收輸入電壓、粗斜坡電壓、細(xì)斜坡電壓和共模電壓以用于差分放大操作；以及 耦合阻擋單元，適用于阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與多差分輸入級(jí)之間的耦合。2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)放大器，還包括:反相器，適用于將比較器使能信號(hào)反相，并將反相的比較器使能信號(hào)傳輸?shù)今詈献钃鯁卧?.如權(quán)利要求2所述的預(yù)放大器，其中，反相器使用與電源電壓相同的電壓。4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)放大器，其中，輸出極性改變單元包括:第一開關(guān)和第二開關(guān)，適用于將第一輸出設(shè)置為重置點(diǎn)的輸出，以及適用于在比較操作之前將所述輸出從第一輸出改變?yōu)榈诙敵觥?.如權(quán)利要求1所述的預(yù)放大器，其中，輸出極性改變單元在粗轉(zhuǎn)換期間輸出高態(tài)信號(hào)，而在細(xì)轉(zhuǎn)換期間輸出低態(tài)信號(hào)。6.如權(quán)利要求1所述的預(yù)放大器，其中，耦合阻擋單元包括第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管，第一共源共柵晶體管和第二共源共柵晶體管在輸入電壓被比較之前工作在飽和區(qū)中。7.如權(quán)利要求1所述的預(yù)放大器，其中，多差分輸入級(jí)基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣。8.如權(quán)利要求7所述的預(yù)放大器，其中，取樣的粗斜坡電壓和取樣的共模電壓具有對(duì)預(yù)放大器的差分關(guān)系。9.一種比較器，包括: 預(yù)放大器，適用于通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合，基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣，通過放大輸入電壓與取樣的粗斜坡電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓與取樣的共模電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果；以及 信號(hào)處理器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，以及基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生比較信號(hào)。10.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包括: 預(yù)放大器，適用于通過改變輸出節(jié)點(diǎn)的輸出極性來阻擋輸出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的耦合，基于取樣控制信號(hào)來對(duì)共模電壓和粗斜坡電壓取樣，通過放大輸入電壓與取樣的粗斜坡電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生粗轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及通過放大細(xì)斜坡電壓與取樣的共模電壓之間的差來經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果； 信號(hào)處理器，適用于基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生取樣控制信號(hào)，以及基于粗轉(zhuǎn)換結(jié)果和細(xì)轉(zhuǎn)換結(jié)果來產(chǎn)生比較信號(hào)；以及 編碼決定單元，適用于基于比較信號(hào)來決定粗?jǐn)?shù)字編碼和細(xì)數(shù)字編碼以輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H03F3/45GK105959008SQ201510670229
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日
【發(fā)明人】劉時(shí)旭
【申請(qǐng)人】愛思開海力士有限公司