CN105897264B - 快速切断/接通的源极跟随器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速切断/接通的源极跟随器。该源极跟随器包括：源极跟随器、切断/接通电路和偏置电路，通过切断/接通电路接收信号采样时间信息/信号转换时间信息，并根据显示结果启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程来实现低功耗的优良性能。本发明的源极跟随器通过切断/接通电路的显示结果启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程，这样使得源极跟随器不仅具有高速稳定的优点，而且还具有低功耗的优点。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术设计领域，具体而言，本发明涉及快速切断/接通的源极跟随器及实现快速切断/接通的源极跟随器的设备。
背景技术
现有的模数转换器是模拟信号与数字信号之间的重要接口。随着工艺和技术的发展，具有低功耗、小体积、中等分辨率以及中高速的模数转化器的需求越来越大。
为了获得高性能的模数转换器，现有的技术采用宽带的源极跟随器作为模拟输入信号的缓冲器。这样，模拟电压信号经过宽带的源极跟随器的缓冲处理，以获得具有一定的驱动能力以及良好的线性度的待转换的模拟信号。
现有的高速模数转换器发展的瓶颈主要表现在：在模数转换器高速应用中，为了满足高速的要求，需要与之相匹配的带宽的源极跟随器。相应的，带宽更宽的源极跟随器拥有更快的采样速率。随之，高速采样速率的运行大量消耗功率，产生多余的热量如果无法及时散出，将会减慢高速模数转换器的正常运行，甚至会损坏高速模数转换器，减少高速模数转换器的使用寿命。
发明内容
本发明实施例提供一种快速切断/接通的源极跟随器及其设备，该快速切断/接通源极跟随器通过切断/接通电路的显示结果启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程来实现低功耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种快速切断/接通的源极跟随器，快速切断/接通源极跟随器包括：源极跟随器、切断/接通电路和偏置电路，
切断/接通电路接收到与在源极跟随器内进行的信号采样过程相对应的信号采样时间信息，并在信号采样时间信息显示出信号采样过程结束时启动切断源极跟随器的过程并输出相应的切断信号至偏置电路以用于加速切断源极跟随器的过程，采样时间信息与切断/接通电路的采样时钟相对应；或者，
切断/接通电路接收到与在模数转换器内进行的信号转换过程相对应的信号转换时间信息，并在信号转换时间信息显示信号转换过程结束时启动接通源极跟随器的过程并输出相应的接通信号至偏置电路以用于加速接通源极跟随器的过程，信号转换时间信息与切断/接通电路的转换时钟相对应。
优选的，切断/接通电路包括：
开关实现对源极跟随器进行切断/接通的转换过程，
预充电容实现对源极跟随器进行加速切断/接通的过程并输出相应的切断/接通信号。
优选的，源极跟随器是具有P型MOS管的源极跟随器。
优选的，偏置电路包括：
P型MOS管和电流源，其中，P型MOS管的源极接电源电压，P型MOS管的栅极与P型MOS管的漏极、电流源的一端相接以产生相应的偏置电压，电流源的另一端接地。
优选的，源极跟随器是具有N型MOS管的源极跟随器。
优选的，切断/接通电路的采样时钟复用模数转换器的采样时钟。
优选的，切断/接通电路的转换时钟复用模数转换器的转换时钟。
优选的，切断/接通电路的采样时钟、转换时钟分别复用模数转换器的采样时钟以及转换时钟。
第二方面，本发明实施例提供了实现快速切断/接通的源极跟随器的设备，包括如第一方面所述的任一电路的设备。
本发明实施例提供的快速切断/接通的源极跟随器及其设备，该快速切断/接通的源极跟随器通过切断/接通电路接收信号采样时间信息/信号转换时间信息，并根据显示结果启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程，以实现低功耗的优良性能。
附图说明
图1是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的结构示意图；
图2是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器快速切断过程的电路示意图；
图3是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器快速接通过程的电路示意图；
图4a是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的快速切断电路等效示意图，图4b是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的快速接通电路等效示意图；
图5是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的快速切断和快速接通过程的时序图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的结构示意图。图1中图示为：101、源极跟随器，102、切断/接通电路，103、偏置电路，104模数转换数。
如图1所示，P型MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)管M1、P型MOS管M2和P型MOS管M3组成一个P型的源极跟随器；其中，MOS管M3的源极接VDD，其中，VDD是电源电压，栅极接偏置电路产生的VB(Bias Voltage，偏置电压)，即VBP1，漏极与MOS管M2的源极相接，M2的栅极接偏置电压VX，漏极与MOS管M1的源极相连，作为源极跟随器的输出端并输出至模数转换器，MOS管M1的栅极接VIN(Input Voltage Signal，输入电压信号),漏极接地。
切断/接通电路包括：开关S1～S10、预充电容CX和CY；其中，S1一端接偏置电路产生的VBP2，另一端与P型MOS管M2的栅极、S2的一端相连，S2的另一端接VDD，S3一端接地，另一端和S4的一端、与电容CX相连，S4的另一端与S5的一端相连，S5的另一端和S6的一端接到电容CY的一端，S6的另一端接VDD，电容CX的另一端接S7和S8的一端，S7的另一端接VDD，S8的另一端和S9的一端接到VDD，S9的另一端和S10的一端接到CY的另一端，S10的另一端接地，S1、S4、S6、S8、S10由模数转换器内核的CLKS(Sampling Clock，采样时钟)控制，S2由CLKS的反向时钟控制，S3、S5、S7、S9由模数转换器内核的CLKH(Holding Clock，保持时钟)控制。
偏置电路包括：P型MOS管M4、P型MOS管M5、电流源I1和电流源I2。其中，P型MOS管M4的源极接VDD，栅极与漏极、电流源I1的一端相接，产生偏置电压VBP1，电流源I1的另一端接地，P型MOS管M5的源极接VDD，栅极与漏极、电流源I2的一端相接，产生偏置电压VBP2，电流源I2的另一端接地。
模数转换器的输入端与源极跟随器的输出端相连。需要说明的是，模数转换器是基本的模数转换器，不仅能够完成对模拟信号的采样处理过程，还能够实现对数据的转换处理过程。
通过如图1所示的快速切断/接通的源极跟随器的结构示意图，可以看出：通过切断/接通电路的显示结果启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程，这样使得源极跟随器不仅具有高速稳定的优点，而且还具有低功耗的优点。
进一步地，切断/接通电路的控制时钟复用模数转换器内核的采样时钟和保持时钟。由于切断/接通电路的控制时钟不需要自身额外配置的的时钟产生电路，因而降低了切断/接通电路设计的复杂度。
进一步地，由于本发明实施例提供的源极跟随器的设计中引入了切断/接通电路。
切断/接通电路具有如下优点。第一，在不需要源极跟随器工作的时候，即当模数转换器完成采样的过程之后，并且随即进入到模拟信号转换至数字信号的转换的过程时，切断/接通电路可以启动快速切断源极跟随器的过程并输出相应的切断信号至偏置电路以用于加速切断源极跟随器的过程，这样节省了源极跟随器所消耗的功耗，从而使得源极跟随器具有低功耗的优点。
第二，当模数转化器完成本次的模拟信号转换至数字信号的转换的过程时，进入下一次的采样过程时，切断/接通电路可以启动快速接通源极跟随器的过程，使得源极跟随器快速的从之前的切断状态恢复到源极跟随器的工作状态。这样，切断/接通电路启动快速接通源极跟随器的过程并输出相应的接通信号至偏置电路以用于加速接通源极跟随器的过程，这样使得源极跟随器具有高速稳定的优点。
进一步说明的是，复用模数转换器时钟的切断/接通电路可以应用在的P型MOS源极跟随器和N型MOS源极跟随器的设计中。
在本发明实施例所提供的快速切断/接通的源极跟随器中，源极跟随器、切断/接通电路、偏置电路构成了一个复用模数转换器时钟的低功耗动态源极跟随器。
切断/接通电路接收到与在源极跟随器内进行的信号采样过程相对应的信号采样时间信息，并在信号采样时间信息显示出信号采样过程结束时启动切断源极跟随器的过程并输出相应的切断信号至偏置电路以用于加速切断源极跟随器的过程，采样时间信息与切断/接通电路的采样时钟相对应；或者，
切断/接通电路接收到与在模数转换器内进行的信号转换过程相对应的信号转换时间信息，并在信号转换时间信息显示信号转换过程结束时启动接通源极跟随器的过程并输出相应的接通信号至偏置电路以用于加速接通源极跟随器的过程，信号转换时间信息与切断/接通电路的转换时钟相对应。
作为本发明的实施例，切断/接通电路包括开关和预充电容。其中，开关实现对源极跟随器进行切断/接通的转换过程，预充电容实现对源极跟随器进行加速切断/接通的过程并输出相应的切断/接通信号。
作为本发明的实施例，源极跟随器可以是具有P型MOS管的源极跟随器。
作为本发明的实施例，偏置电路包括：P型MOS管和电流源，其中，P型MOS管的源极接电源电压，P型MOS管的栅极与P型MOS管的漏极、电流源的一端相接以产生相应的偏置电压，电流源的另一端接地。
作为本发明的实施例，源极跟随器还可以是具有N型MOS管的源极跟随器。
作为本发明的实施例，切断/接通电路的采样时钟复用模数转换器的采样时钟。
作为本发明的实施例，切断/接通电路的转换时钟复用模数转换器的转换时钟。
作为本发明的实施例，切断/接通电路的采样时钟、转换时钟分别复用模数转换器的采样时钟以及转换时钟。
本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器，通过切断/接通电路的显示结果启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程，这样使得源极跟随器不仅具有高速稳定的优点，而且还具有低功耗的优点。
如图2所示，为本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器快速切断过程的电路示意图。
从图2可以看出，CLKH控制开关S3、S5、S7、S9的闭合；CLKS的反向时钟控制开关S2的闭合，其余开关都处于断开状态。此时，MOS管M2的栅极偏置电压VX接至VDD，同时对电容CX进行充电。在源极跟随器快速切断期间，电容CX被充电至(VDD-GND)，其中，GND(Ground，接地)。
在切断/接通电路快速切断源极跟随器期间，VX接至VDD，由于预充电容CY的作用，使得VX能更快的达到VDD，MOS管M2能够快速切断，这样节省了源极跟随器所消耗的功耗，从而使得源极跟随器具有低功耗的优点。
如图3所示，为本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器快速接通过程的电路示意图。
从图3可以看出，CLKS控制开关S1、S4、S6、S8、S10的闭合，其余开关都处于断开状态。此时，MOS管M2的栅极偏置电压VX接至VBP2，同时对电容CY进行充电。在源极跟随器快速接通期间，电容CY被充电至(VDD-GND)，其中，GND(Ground，接地)。
在切断/接通电路快速接通源极跟随器期间，预充电电容CX与MOS管M2的栅极寄生电容Cp快速进行电荷分配，同时M2的偏置电压VBP2也可开始对Cp进行充电，在两者共同的作用下，加快低功耗动态源极跟随器的快速接通的过程，使得源极跟随器快速的从之前的切断状态恢复到源极跟随器的工作状态，从而使得源极跟随器具有高速稳定的优点。
图4a是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的快速切断电路等效示意图，图4b是本发明实施例的模数转换器的快速切断/接通的源极跟随器的快速接通电路等效示意图。
从图4a可以看出，在切断/接通电路快速切断源极跟随器期间，由于预充电容CY的作用，使得VX能更快的达到VDD，MOS管M2能够快速切断，这样节省了源极跟随器所消耗的功耗，从而使得源极跟随器具有低功耗的优点。
从图4b可以看出，在切断/接通电路快速接通源极跟随器期间，预充电电容CX与MOS管M2的栅极寄生电容Cp快速进行电荷分配，同时M2的偏置电压VBP2也可开始对Cp进行充电，从而加速了源极跟随器快速的从之前的切断状态恢复到源极跟随器的工作状态的进程。
图5是本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的快速切断和快速接通过程的时序图。
从图5可以看出：在源极跟随器快速切断期间，电容CX被充电至(VDD-GND)，VX接至VDD，由于预充电容CY的作用，使得VX能更快的达到VDD，MOS管M2能够快速切断，其中，GND(Ground，接地)。
对比而言，在源极跟随器快速接通期间，电容CY被充电至(VDD-GND)，预充电电容CX与MOS管M2的栅极寄生电容Cp快速进行电荷分配，同时M2的偏置电压VBP2也可开始对Cp进行充电，从而加速了源极跟随器快速的从之前的切断状态恢复到源极跟随器的工作状态的进程。
需要进一步说明的是，预充电电容CX的大小可由如下公式(1)确定预充电电容CX的大小，其中，不考虑开关的导通电阻：VX,初值＝VDD，VX,终值＝VBP2，VCX,预充＝VDD-GND，VCX,终值＝VDD-VBP2，
由电荷守恒，
Q初值＝VDD×CP+(VDD-GND)×CX＝Q终值＝(VDD-VBP2)×CX+VBP2×CP，
由上述推导过程得到如下公式(1)：
正如上述公式所示，需要说明的是，在本发明实施例所提供的源极跟随器中，预充电电容CX的大小是可以通过上述公式精确计算的，以满足用户的不同需求。相对于现有的技术，本发明实施例提供的源极跟随器，能够更加精准地控制预充电电容CX的大小，以使得源极跟随器进一步地具有精确可控性的优点。
本发明实施例的快速切断/接通的源极跟随器的切断/接通电路通过快速启动切断/接通源极跟随器的过程并输出相应的切断/接通信号至偏置电路以用于加速切断/接通源极跟随器的过程，这样使得源极跟随器不仅具有低功耗的优点，而且还具有高速稳定的优点。
在实际应用中，上述源极跟随器还可以用于制备包括上述源极跟随器的设备，具体细节参照源极跟随器相应的细节，在此不再赘述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，包括：源极跟随器、切断/接通电路和偏置电路，
所述切断/接通电路接收到与在模数转换器内进行的信号采样过程相对应的信号采样时间信息，并在所述信号采样时间信息显示出所述信号采样过程结束时启动切断所述源极跟随器的过程并输出相应的切断信号至所述偏置电路以用于加速所述切断所述源极跟随器的过程，所述采样时间信息与所述切断/接通电路的采样时钟相对应；或者，
所述切断/接通电路接收到与在所述模数转换器内进行的信号转换过程相对应的信号转换时间信息，并在所述信号转换时间信息显示所述信号转换过程结束时启动接通所述源极跟随器的过程并输出相应的接通信号至所述偏置电路以用于加速所述接通所述源极跟随器的过程，所述信号转换时间信息与所述切断/接通电路的转换时钟相对应；
所述切断/接通电路包括，开关实现对所述源极跟随器进行切断/接通的转换过程，预充电容实现对所述源极跟随器进行加速切断/接通的过程并输出相应的切断/接通信号；所述切断/接通电路包括两个预充电容。
2.根据权利要求1所述的快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，
所述源极跟随器是具有P型MOS管的源极跟随器。
3.根据权利要求2所述的快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，所述偏置电路包括：
P型MOS管和电流源，其中，P型MOS管的源极接电源电压，所述P型MOS管的栅极与所述P型MOS管的漏极、电流源的一端相接以产生相应的偏置电压，所述电流源的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，
所述源极跟随器是具有N型MOS管的源极跟随器。
5.根据权利要求1所述的快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，
所述切断/接通电路的采样时钟复用所述模数转换器的采样时钟。
6.根据权利要求1所述的快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，
所述切断/接通电路的转换时钟复用所述模数转换器的转换时钟。
7.根据权利要求1所述的快速切断/接通的源极跟随器，其特征在于，
所述切断/接通电路的采样时钟、转换时钟分别复用所述模数转换器的采样时钟以及转换时钟。
8.一种实现快速切断/接通的源极跟随器的设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的源极跟随器的设备。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100094 Room 601, unit 3, 6 / F, building 2, yard 9, FengHao East Road, Haidian District, Beijing Applicant after: Howell analog integrated circuit (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 100094 Room 601, unit 3, 6 / F, building 2, yard 9, FengHao East Road, Haidian District, Beijing Applicant before: Beijing Weihao integrated circuit design Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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