CN106230433A - 高速差分参考电压缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模拟集成电路领域，为能够对输入参考电压VREF1进行放大，并转化成差分参考电压输出，满足百兆以上采样率模数转换器应用需求。本发明采用的技术方案是，高速差分参考电压缓冲器，由参考电压放大电路，差分参考电压产生电路构成，参考电压放大电路的输出经差分参考电压产生电路进一步转化成差分参考电压，并且通过共模反馈的结构比较差分参考电压中心电平和共模电压VCOM大小，产生反馈信号VFB，调节输出参考电压VO+和VO‑的中心电平，确保差分参考电压中心电平在VCOM附近不产生偏移。本发明主要应用于模拟集成电路设计制造。

Description

高速差分参考电压缓冲器
技术领域
本发明涉及模拟集成电路领域，特别涉及一种可用于模数转换器电路中的高速差分参考电压缓冲器。
背景技术
在人类利用科技和智慧探索自然的过程中，首先获得的信号是模拟信号，而计算机只能处理数字信号。需要通过模数转换器将自然界中广泛存在的模拟信号量化成数字信号方便人们使用计算机处理和传输。因此模数转换器是沟通模拟世界和数字世界的桥梁，具有重要使用价值和广阔的应用前景。
在信号传输过程中，由于单端信号容易受到地线上电压变化和噪声的干扰，并且为了消除偶次谐波对信号的影响，往往采用差分形式对信号进行传输。而处理差分信号需要电路提供差分的参考电压，因此对于高速高精度的信号处理系统或电路(如模数转换器)，必须具备高速差分参考电压缓冲器。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种高速参考电压缓冲器结构，能够对输入参考电压VREF1进行放大，并转化成差分参考电压输出，满足百兆以上采样率模数转换器应用需求。本发明采用的技术方案是，高速差分参考电压缓冲器，由参考电压放大电路，差分参考电压产生电路构成，参考电压放大电路的输出经差分参考电压产生电路进一步转化成差分参考电压，并且通过共模反馈的结构比较差分参考电压中心电平和共模电压VCOM大小，产生反馈信号VFB，调节输出参考电压VO+和VO-的中心电平，确保差分参考电压中心电平在VCOM附近不产生偏移。
参考电压放大电路包括单端输出运放AMP1和两个电阻R1、R2，参考电压输入到运放AMP1的同相输入端，运放AMP1输出经电阻R1反馈至运放AMP1的反相输入端，运放AMP1的反相输入端经电阻R2接地。
差分参考电压产生电路由全差分运放AMP2、四个电阻R3、R4、R5、R6组成，电阻R3一端连接参考电压放大电路输出端，另一端连接运放AMP2的正向输入端和电阻R4的一端，电阻R4一端连接电阻R3的一端和运放AMP2的正相输入端，另一端连接运放AMP2的负相输出端，电阻R5一端连接运放AMP2的想想输出端，另一端连接运放AMP2的负相输入端和电阻R6的一端，电阻R6的一端连接电阻R5的一端和运放AMP2的负相输入端，另一端接地，VCOM是共模参考电压，共模反馈结构通过比较运放AMP2输出电压和共模参考电压VCOM产生反馈信号VFB，反馈信号VFB控制运放AMP2，确保运放AMP2输出中心电平在VCOM附近。
本发明的特点及有益效果是：
本发明通过参考电压放大电路、差分参考电压产生电路结构，实现高速差分参考电压输出。
附图说明：
图1是高速参考电压缓冲器电路工作原理示意图；
图2是本发明提出的全差分放大器AMP2电路原理图。
具体实施方式
本发明提供了一种高速参考电压缓冲器结构，能够对输入参考电压VREF1进行放大，并转化成差分参考电压输出。该结构包括参考电压放大电路，差分参考电压产生电路。
其中，参考电压放大电路包括单端输出运放AMP1和两个电阻R1、R2，利用运放AMP1负反馈条件下输入端虚短路、输入输出之间虚短路的特性，将运放AMP1正相输入端的参考电压VREF1放大成为VREF2＝VREF1+VREF1*R2/R1，在AMP1输出端进行输出。
差分参考电压产生电路包括全差分运放AMP2和4个电阻R3、R4、R5、R6。其中，全差分运放AMP2内部含有共模反馈结构，保证输出差分参考电压中心电平不产生偏移。输出的差分参考电压之差为VREF2，中心电平和共模参考电压VCOM一致。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，对于参考电压放大部分，在单端运放AMP1正相输入端接入参考电压VREF1，由于运放输入端虚短路的特性，AMP1负相输入端电压也为VREF1。因此，流过电阻R1的电流大小为I1＝VREF1/R1。同时运放输入端为高阻状态，即没有电流流进或者流出运放输入端，所以电流I1全部流过R2，在R2上产生电压降为V2＝VREF1*R2/R1，最终在运放AMP1输出端得到参考电压VREF2＝VREF1+VREF1*R2/R1。
图1中，AMP2和共模反馈模块以及电阻R3、R4、R5、R6构成差分参考电压产生结构将AMP1输出端得到的参考电压进一步转化成差分参考电压，并且通过共模反馈的结构比较差分参考电压中心电平和共模电压VCOM大小，产生反馈信号VFB，调节输出参考电压VO+和VO-的中心电平，确保差分参考电压中心电平在VCOM附近不产生偏移。
对于差分参考电压产生电路部分，同样利用运算放大器AMP2输入端虚短路的特性，可以列出公式如下
V O - - V I N + R 4 = V I N + - V R E F 2 R 3 - - - ( 1 )
V O + - V I N - R 5 = V I N - - 0 R 6 - - - ( 2 )
VIN+＝VIN- (3)
联立公式(1)、(2)、(3)，可以得到
VO+-VO-＝VREF2 (4)
并且VREF2＝VREF1+VREF1*R2/R1带入(4)，得到公式如下
V O + - V O - = V R E F 1 × ( 1 + R 2 R 1 ) - - - ( 5 )
全差分运放AMP2中包含共模反馈电路，如图2所示，当输出电压之和VO++VO-＞2VCOM时，VFB>VCOM，此时MN9漏极电压升高，MN10、MN11、MN12栅极电压上升，MN12电流增加，MP15栅极电压减小，MP15电流增大，但是MN12增大的电流超过MP15增大的电流，因此输出电压被拉低。当输出电压之和VO++VO-＜2VCOM时，VFB<VCOM，此时MN9漏极电压减小，MN10、MN11、MN12栅极电压下降，MN12电流减小，MP15栅极电压增大，MP15电流减小，但是MN12减小的电流超过MP15减小的电流，因此输出电压被拉高。通过这种反馈机制，共模反馈电路保证
VO++VO-＝2VCOM (6)
联立公式(5)、(6)可以得到
V O + = V C O M + 1 2 V R E F 1 &times; ( 1 + R 2 R 1 ) - - - ( 7 )
V O - = V C O M - 1 2 V R E F 1 &times; ( 1 + R 2 R 1 ) - - - ( 8 )
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种高速差分参考电压缓冲器，其特征是，由参考电压放大电路，差分参考电压产生电路构成，参考电压放大电路的输出经差分参考电压产生电路进一步转化成差分参考电压，并且通过共模反馈的结构比较差分参考电压中心电平和共模电压VCOM大小，产生反馈信号VFB，调节输出参考电压VO+和VO-的中心电平，确保差分参考电压中心电平在VCOM附近不产生偏移。
2.如权利要求1所述的高速差分参考电压缓冲器，其特征是，参考电压放大电路包括单端输出运放AMP1和两个电阻R1、R2，参考电压输入到运放AMP1的同相输入端，运放AMP1输出经电阻R1反馈至运放AMP1的反相输入端，运放AMP1的反相输入端经电阻R2接地。
3.如权利要求1所述的高速差分参考电压缓冲器，其特征是，差分参考电压产生电路由全差分运放AMP2、四个电阻R3、R4、R5、R6组成，电阻R3一端连接参考电压放大电路输出端，另一端连接运放AMP2的正向输入端和电阻R4的一端，电阻R4一端连接电阻R3的一端和运放AMP2的正相输入端，另一端连接运放AMP2的负相输出端，电阻R5一端连接运放AMP2的想想输出端，另一端连接运放AMP2的负相输入端和电阻R6的一端，电阻R6的一端连接电阻R5的一端和运放AMP2的负相输入端，另一端接地，VCOM是共模参考电压，共模反馈结构通过比较运放AMP2输出电压和共模参考电压VCOM产生反馈信号VFB，反馈信号VFB控制运放AMP2，确保运放AMP2输出中心电平在VCOM附近。
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