具有寬微調(diào)范圍的參考緩沖器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請一般涉及電子設(shè)備，更具體地說，涉及到具有寬微調(diào)范圍的參考緩沖器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子設(shè)備常常包括將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的組件。一旦模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號，計算機處理器可以有效地處理數(shù)字信號以提供各種有價值的功能。這些組件統(tǒng)稱 為轉(zhuǎn)換器，并且更具體地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)。ADC在無數(shù)的應(yīng)用中使用，例如電信、汽車技 術(shù)、醫(yī)療設(shè)備、音頻技術(shù)、視頻技術(shù)等。具體取決于應(yīng)用，不同類型的ADC被使用。針對ADC 的設(shè)計可以大幅變化，并且隨著對這些ADC的需要的上升，改善這些ADC的需要也持續(xù)上 升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 用于生成電壓參考的電路在電子設(shè)備中常見。例如，這些電路被用于在模數(shù)轉(zhuǎn)換 器，它通過比較模擬輸入信號與這些電路所提供的一個或多個電壓參考，將模擬信號轉(zhuǎn)換 成它的數(shù)字表示。在許多應(yīng)用中，這些參考電壓的速度與精度是很重要的。參考電壓的速 度與電路中的器件的物理性質(zhì)相關(guān)。參考電壓的精度直接與電路用以微調(diào)量程電壓輸出的 能力相關(guān)。本申請描述了一種具有寬微調(diào)范圍的快速、有效的參考緩沖器，它特別適合于亞 微米工藝和高速應(yīng)用。參考緩沖器包括多個二極管連接的晶體管，它們可以使用控制器被 選擇打開或關(guān)閉以提供寬微調(diào)范圍。
【附圖說明】
[0004] 圖1是根據(jù)本申請的一些實施例，建模參考緩沖器的示意圖；
[0005] 圖2是說明使用電阻器的參考緩沖器的實現(xiàn)的示意圖；
[0006]圖3是說明使用n通道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S)晶體管的參考緩沖器的 另一個實現(xiàn)的不意圖；
[0007]圖4是說明使用單個二極管連接的n通道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S)晶體 管的參考緩沖器的另一個實現(xiàn)的示意圖；
[0008]圖5是說明使用單個二極管連接的n溝道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S)晶體 管，其中背柵極電壓被控制的參考緩沖器的另一個實現(xiàn)的示意圖；
[0009] 圖6是根據(jù)本申請的一些實施例，說明用于在參考緩沖器中提供通路器件的切換 機制的圖；
[0010] 圖7是根據(jù)本申請的一些實施例，說明用于在參考緩沖器中提供通路器件的實現(xiàn) 的不意圖；
[0011] 圖8是根據(jù)本申請的一些實施例，說明用于在參考緩沖器提供通路器件的實現(xiàn)的 不意圖；和
[0012] 圖9是根據(jù)本申請的一些實施例，說明用于在參考緩沖器提供通路器件的實現(xiàn)的 示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 理解流水線ADC與參考緩沖器的重要性
[0014] 對于要求高的應(yīng)用，其中轉(zhuǎn)換速度是至關(guān)重要的，特定類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 通常被使用一流水線ADC。流水線ADC能夠以非常高的采樣率實現(xiàn)令人印象深刻的分辨率 和信噪比性能。流水線ADC的速度是通過一系列的流水線轉(zhuǎn)換器級處理模擬輸入信號來實 現(xiàn)的。每一級輸出數(shù)字輸出信號的一部分（即，數(shù)字碼各自的一部分），并且每一級（除了 最后一級）比較模擬信號或模擬信號的剩余與參考電壓以生成數(shù)字輸出信號的各自的一 部分。
[0015] 因為這種結(jié)構(gòu)，ADC的精度直接取決于剩余信號的精度，而這反過來直接取決于這 些流水線級的參考電壓的參數(shù)。參考電壓的參數(shù)可以包括速度、精度和阻抗。至于速度，參 考電壓應(yīng)該被足夠快的生成以支持ADC以此速度運作。至于精度，參考電壓應(yīng)該被微調(diào)以 提供穩(wěn)定的參考電壓。至于阻抗，參考電壓緩存器應(yīng)該具有低阻抗，這反過來增強了參考電 壓的速度和精度。
[0016] 設(shè)計參考緩沖器非常重要
[0017] 設(shè)計一種用于提供參考電壓，快速、準確、高效的參考緩沖器不是一個簡單的任 務(wù)。圖1是根據(jù)本申請的一些實施例，建模參考緩沖器的示意圖。在高速ADC中使用的高速 的內(nèi)部參考緩沖器通常使用堆疊（例如，AB類）的n通道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S) 晶體管（在圖1中示為％)加上p通道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（PM0S)晶體管（在圖1中 示為M2)的源極跟隨器作為低阻抗電壓緩沖器。晶體管處于共漏極結(jié)構(gòu)中。而且，NM0S晶 體管和PM0S晶體管由通路器件（示為ZR)分離。圖1所示的模型可以被看作是具有推挽 式的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0018] 互補共漏極輸出級，S卩，堆疊的NM0S-PM0S源極跟隨器，與通路器件提供可以用于 生成參考電壓VREF的參考緩沖器，例如，在流水線ADC中，逐次逼近寄存器（SAR)ADC，或者使 用一個或多個參考電壓以轉(zhuǎn)換信號的任何ADC。具體而言，通路器件的電壓，S卩，在通路器件 的端子間的電壓，提供參考電壓VREF，它被取自參考電壓信號：頂部參考電壓VREF#P底部參 考電壓VREFB。
[0019] 需要注意，頂部參考電壓VREFT和底部參考電壓V_的精度影響流水線ADC中各種 流水線級的生成的剩余信號的質(zhì)量。出于這個原因，通路器件的設(shè)計對于通路器件控制頂 部參考電壓VREF#P底部參考電壓VREFj^能力是至關(guān)重要的。
[0020] 實現(xiàn)通路器件的多種方式及它們的局限
[0021] 有多種方式可以實現(xiàn)通路器件&(如在圖1中所示的模型呈現(xiàn)）。一般而言，通路 器件ZR應(yīng)該表現(xiàn)出用以快速差別建立的雙向低阻抗。
[0022] 在一個實例中，通路器件可以通過電阻來實現(xiàn)。圖2是說明使用電阻（圖中示為 RJ的參考緩沖器的實現(xiàn)的示意圖。使用電阻&來實現(xiàn)通路器件需要非常大的電流（IREF)， 燒大量電流（IREF)會導致低效率的設(shè)計。
[0023] 在另一個例子中，通路器件可以使用飽和態(tài)的n通道金屬氧化物半導體場效應(yīng) (NM0S)晶體管實現(xiàn)。圖3是說明使用n通道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S)晶體管（圖 中示為M3)的參照緩沖器的另一個實現(xiàn)的示意圖。但是，使用NMOS晶體管M3的這種實現(xiàn)是 不理想的，因為在頂部參考電壓VREFT和底部參考電壓VREFB的阻抗是不對稱的，也就是說，通 路器件不呈現(xiàn)雙向低阻抗。
[0024] 在又一個實例中，通路器件可以使用二極管連接的NM0S晶體管來實現(xiàn)。圖4是說 明使用單個的二極管連接的n溝道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S)晶體管（圖中所示為 MD)的參考緩沖器的另一個實現(xiàn)的示意圖。它已示出了更快建立和更低的功耗可以被實現(xiàn)， 如果通路器件被實現(xiàn)為二極管連接的M0S器件。然而，這樣的設(shè)計也不是沒有局限性。
[0025] 微調(diào)參考電壓，即，滿量程電壓（VREFT_VREFB)，是ADC的一個重要特征，因為信噪比 (SNR)可以與無雜散動態(tài)范圍（SFDR)進行權(quán)衡，這取決于ADC被使用的應(yīng)用。圖5是說明 了使用單個的二極管連接的n通道金屬氧化物半導體場效應(yīng)（NM0S)晶體管M,其中背柵極 電壓被控制（由偏置電壓）的參考緩沖器的另一個實現(xiàn)的示意圖。已被展示：控制二極管 連接的晶體管的背柵極電壓可以微調(diào)滿量程電壓。然而，可達到的微調(diào)范圍是非常有限的。 而且，在這種結(jié)構(gòu)中，微調(diào)范圍是體效應(yīng)強度的函數(shù)，這在精細幾何工藝（深亞微米）特別 成問題，因為這些工藝中的弱體效應(yīng)。
[0026] 使用控制器，采用切換機制的改進參考緩沖器
[0027] 為了解決這些問題，切換機制可以被用來接入或斷開各種類型的金屬氧化物半導 體場效應(yīng)（M0S)器件/晶體管以在寬參考電壓微調(diào)范圍內(nèi)微調(diào)參考電壓。由于在信號路徑 沒有開關(guān)，速度不受影響。即使器件的數(shù)量增加，亞微米工藝的器件是如此之小，面積增加 的效果沒有顯著影響ADC的整體質(zhì)量。最終的結(jié)果具有寬微調(diào)范圍的快速、高效的參考緩 沖器。在許多其他事情中，它可以用作高速ADC，例如流水線ADC的內(nèi)部參考緩沖器。在65 納米工藝中，參考電壓可以從600mV到1+V。在參考緩沖器中使用的切換機制有利于寬微調(diào) 范圍，而沒有影響速度。
[0028] 改進的參考緩沖器是可編程參考緩沖器，其中，參考緩沖器根據(jù)所期望的參考電 壓或所期望的參考電壓微調(diào)范圍可編程。這是通過使用一組器件作為潛在器件用作通路器 件，并且這些器件能夠具有可變屬性以產(chǎn)生所期望的參考電壓和/或所期望的參考電壓微 調(diào)范圍。
[0029] 圖6是根據(jù)本申請的一些實施例，說明用于在參考緩沖器提供通路器件的切換機 制的簡圖。通路器件，而不是僅具有單個器件，目前有多個器件，示為ZpZ2、Z3等等。取決 于參考緩沖器所提供的所期望的參考電壓（微調(diào)范圍），實現(xiàn)ZR的器件（或者被用作通路 器件2[；的一部分）可以與其它設(shè)備被切換以微調(diào)滿量程參考電壓。在