一种应用于流水线模数转换器的参考电压缓冲器

本发明属于混合信号集成电路，具体涉及一种应用于流水线模数转换器的参考电压缓冲器。

背景技术：

1、随着新一代无线通信（比如，5g或6g）、高精度雷达系统、医疗成像，以及高速仪器仪表的飞速发展，数字信号处理系统对前端数据采集模块的核心器件，即模数转换器（analog-to-digital converter，adc）的采样率和分辨率提出了较高要求。在众多高速adc架构中，流水线模数转换器（pipelined adc）因其能够有效折中超高采样率和高转换精度，成为了上述应用领域的首选架构。在高速高精度流水线adc的整体架构中，参考电压缓冲器（reference voltage buffer）扮演着至关重要的角色。

2、目前，通常基于主从复制架构的开环源随器拓扑结构来设计参考电压缓冲器，该传统架构在结构上主要分为参考电压偏置级电路和参考电压输出级电路。在偏置级中，通常利用高增益的闭环误差放大器构建深度负反馈网络，将外部带隙基准源提供的直流基准电平与内部反馈节点的电压进行高精度钳位，产生高精度驱动控制电压。在输出驱动级中，输出级mos管按照固定比例（比如，1：

n）对偏置级电路中的对应晶体管进行复制。

3、但是，上述技术在高速高精度应用场景中存在以下问题：输出阻抗高、电压过冲大、电压恢复慢；静态复制失配引入电压误差，从而存在参考电压缓冲器在高速高精度场景下的综合性能低的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用于流水线模数转换器的参考电压缓冲器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供了一种应用于流水线模数转换器的参考电压缓冲器，包括：参考电压偏置级电路和参考电压输出级电路，其中，参考电压输出级电路的电流为参考电压偏置级电路的电流的

n倍，

n为大于1的正整数；参考电压偏置级电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和复制电阻；第一运算放大器的同相输入端连接负参考电压，第一运算放大器的反相输入端连接负反馈电压，第一运算放大器的输出端输出负参考电压钳位输出电压信号；第二运算放大器的同相输入端连接正参考电压，第二运算放大器的反相输入端连接正反馈电压，第二运算放大器的输出端输出正参考电压钳位输出电压信号；复制电阻的一端连接正反馈电压，所述复制电阻的另一端连接负反馈电压；参考电压输出级电路包括第一pmos管、第一nmos管、第一电阻、第二pmos管、第二nmos管和减小过冲电容网络；第一pmos管的栅极连接正参考电压钳位输出电压信号，第一pmos管的源极输出正参考电压输出信号，第一pmos管的漏极连接第一电阻的一端；第一nmos管的栅极连接负参考电压钳位输出电压信号，第一nmos管的源极输出负参考电压输出信号，第一nmos管的漏极连接第一电阻的另一端；第二nmos管的漏极连接第一nmos管的源极，第二nmos管的栅极连接第一nmos管的漏极；第二pmos管的源极连接正参考电压输出信号，第二pmos管的漏极连接负参考电压输出信号，第二pmos管的栅极连接第一nmos管的漏极；减小过冲电容网络包括第一电容和第二电容；第一电容的一端连接正参考电压钳位输出电压信号，第一电容的另一端连接负参考电压输出信号；第二电容的一端连接负参考电压钳位输出电压信号，第二电容的另一端连接正参考电压输出信号。

3、在本发明的一个实施例中，参考电压偏置级电路还包括第二电阻、第三pmos管和第三nmos管；第三pmos管的漏极连接第二电阻的一端，第三pmos管的栅极连接正参考电压钳位输出电压信号，第三pmos管的源极连接正反馈电压；第三nmos管的漏极连接第二电阻的另一端，第三nmos管的栅极连接负参考电压钳位输出电压信号，第三nmos管的源极连接负反馈电压。

4、在本发明的一个实施例中，参考电压偏置级电路还包括第四pmos管、第四nmos管和第一尾电流管；第四pmos管的源极连接电源，第四pmos管的漏极连接第三pmos管的源极，第四pmos管的栅极连接第三pmos管的漏极；第四nmos管的漏极连接第三nmos管的源极，第四nmos管的栅极连接第三nmos管的漏极，第四nmos管的源极连接第一尾电流管的漏极；第一尾电流管的源极连接地端，第一尾电流管的栅极连接尾电流管栅极偏置电压信号。

5、在本发明的一个实施例中，参考电压偏置级电路还包括第五pmos管和第五nmos管；第五pmos管的源极连接正反馈电压，第五pmos管的漏极连接负反馈电压，第五pmos管的栅极连接第三nmos管的漏极；第五nmos管的源极连接第五pmos管的漏极，第五nmos管的漏极连接第五pmos管的源极，第五nmos管的栅极连接第三pmos管的漏极。

6、在本发明的一个实施例中，偏置电路模块还包括偏置电流源和第六nmos管；偏置电流源的一端连接电源，偏置电流源的另一端连接第六nmos管的漏极和第六nmos管的栅极；第六nmos管的源极连接地端。

7、在本发明的一个实施例中，参考电压输出级电路还包括第六pmos管和第二尾电流管；第六pmos管的源极连接电源，第六pmos管的漏极连接第一pmos管的源极，第六pmos管的栅极连接第一pmos管的漏极；第二尾电流管的源极连接地端，第二尾电流管的栅极连接尾电流管栅极偏置电压信号，第二尾电流管的漏极连接第二nmos管的源极。

8、在本发明的一个实施例中，参考电压输出级电路还包括第七nmos管；第七nmos管的源极连接第二pmos管的漏极，第七nmos管的漏极连接第二pmos管的源极，第七nmos管的栅极连接第一pmos管的漏极。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果：提出应用于高速高精度流水线adc的参考电压缓冲器，该参考电压缓冲器包括参考电压偏置级电路和参考电压输出级电路。参考电压偏置级电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和复制电阻。第一运算放大器的同相输入端连接负参考电压，反相输入端连接负反馈电压，输出端输出负参考电压钳位输出电压信号；第二运算放大器的同相输入端连接正参考电压，反相输入端连接正反馈电压，输出端输出正参考电压钳位输出电压信号；复制电阻的一端连接正反馈电压，另一端连接负反馈电压；通过上述结构中的复制电阻可以消除由参考电压输出端的阻性负载引入的静态偏移。

10、参考电压输出级电路包括第一pmos管、第一nmos管、第一电阻、第二pmos管、第二nmos管和减小过冲电容网络。第一pmos管的栅极连接正参考电压钳位输出电压信号，源极输出正参考电压输出信号，漏极连接第一电阻的一端；第一nmos管的栅极连接负参考电压钳位输出电压信号，源极输出负参考电压输出信号，漏极连接第一电阻的另一端；第二nmos管的漏极连接第一nmos管的源极，第二nmos管的栅极连接第一nmos管的漏极；第二pmos管的源极连接正参考电压输出信号，第二pmos管的漏极连接负参考电压输出信号，第二pmos管的栅极连接第一nmos管的漏极；减小过冲电容网络包括第一电容和第二电容；第一电容的一端连接正参考电压钳位输出电压信号，第一电容的另一端连接负参考电压输出信号；第二电容的一端连接负参考电压钳位输出电压信号，第二电容的另一端连接正参考电压输出信号。通过上述结构可以减小参考电压过冲幅度，加快参考电压的恢复速度，从而实现了提升参考电压缓冲器在高速高精度场景下的综合性能的技术效果。

11、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。