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用于PipelineADC的参考电压和参考电流的电路系统
美国模拟器件(上海代表处)宋浩然
摘要–稳定、精密的参考电压和参考电流是pipelineADC电路中必不可少的。尤其是系统
工作在高速转换的情况下,设计如此的参考系统更成为电子工程师的挑战。本文通过系统的
设计方法,详细地介绍了参考电压电流系统的设计流程。最后,测试的结果验证了本文描述
的系统的精度以及设计方法的高效性。
关键字:电源,模数转换器、参考电压、参考电流、系统设计方法
I.简介
目前许多通讯系统中需要高速、高分辨率的模数转换器。相比较其他结构的ADC,流
水线结构(pipeline)的ADC具有速度和功耗的优势。在每一级量化器和余量增益放大器都
需要精密的参考电压。尤其是在多级并带有很大电容负载的高分辨率ADC上,增加了参考
电压的负载。因此在高速、高分辨率的流水线ADC,精密的参考电压必须要有缓冲器来保
证一定的精度和建立时间,
对于高速系统,需要参考电压保持精度和速度的情况下对电容进行充放电,这对电路设
计工程师来说是一个很大的挑战。这也是很多高速ADC一般都采用外部的参考电压或参考
电流的原因。因此本文着重于在此工作条件下参考电压和参考电流的设计,同时也贯穿了系
统设计的方法。文章从设计目标到芯片测试,描述了整个设计流程。这种设计方法对模拟电
路设计自动化也很有借鉴意义,尤其是对模拟电路的拓扑选择和产生。本文所描述的参考系
统在实际的ADC电路中实现,测试结果显示电源抑制比和温度特性比较好,非常成功的集
成在10bit采样率40MSPS的pipelineADC中。
本文第二节描述系统的架构,第三节详细介绍系统的电路实现,第四节给出了测试结果,
最后总结了本文的工作。
II电路架构设计
整个电路系统是为pipelineADC产生对工作电源电压、生产工艺和工作温度都不敏感
的参考电压和电流。带隙基准源(Bandgap)是在CMOS工艺中常用的对温度不敏感的结构,
系统中还需有电压电流转换电路(V/Iconverter)。一般流水线ADC需要正负两个参考电平,
因此需要电平移位电路(Voltageshifter)产生所需的电压。为了保证高速高精度的对电容的冲
放电,参考电压必须要采用缓冲器来(Referencebuffer)得到必需的精度和建立时间。最后还
需要低通滤波器(LPF)来达到系统输出的低噪声。整个系统架构如图1所示。
Block1Block2Block3Iref
V/I
BandgapLPFconverter
Vrefp
Block4Block5
VoltageReferenceVrefn
shifterbuffer
图1系统框图
首先,带隙结构(模块1)产生一个基本的对电源电压、生产工艺和工作温度都不敏感
参考电压,后面是一个低通滤波器(模块2),再通过电压电流转换电路得到参考电流(模
块3),电平移位电路(模块4)用来产生所需要的电压,最后采用两个缓冲器(模块5)
作为电压驱动。电压电流转换的最简单办法是采用电阻,但是由于芯片上的集成电阻的工艺
偏差可以达到±20%,转而采用外部精密低温漂的电阻。
Ш电路实现
A。模块1–带隙基准源
图2是CMOS工艺下带隙参考电压的电路图,工作原理主要是利用双极性晶体管基极、
发射极的负温度系数和热电压(kT/q)的正温度系数。
I2I1
R2R1
-
Vout
+
R3
Q2Q1
VSS
图2带隙参考电压电路
整个电路的工作原理是:由于运算放大器具有很高的直流电压增益,使通过R1、R2的
电压相同,通过
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