本發(fā)明涉及一種用于信號的高速采樣的跟蹤及保持電路。

背景技術(shù)：

1、時變信號的采樣通常使用帶有電容器的時鐘開關(guān)來執(zhí)行，以在開關(guān)關(guān)閉時保持信號。換句話說，當(dāng)開關(guān)閉合時，時鐘開關(guān)的輸出會跟蹤輸入，而當(dāng)開關(guān)斷開時，輸入的最后一個值被保持在電容器上。在一些無線電架構(gòu)中，對帶限信號進行子采樣比對下混(down-mixed)信號進行采樣更為可取。這就需要能夠處理可能處于高頻的帶通信號的采樣電路。因此，需要高速采樣電路。

2、為了實現(xiàn)足夠快的采樣，可以采用跟蹤及保持電路來跟蹤時變輸入信號，然后在特定的時間點保持或采樣輸入信號。這個被“保持”的值可以被存儲在例如電容器中，電容器可以在處理該被保持的值時充當(dāng)緩沖器，例如使用如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)等外部組件。換句話說，在“保持”期間，adc可以將所采樣的模擬信號值轉(zhuǎn)換為數(shù)字域。跟蹤和保持通常使用采樣開關(guān)來執(zhí)行，以特定頻率打開和關(guān)閉。當(dāng)開關(guān)打開時，輸入信號通過開關(guān)被傳遞到電容器，輸出(從電容器獲取)跟蹤輸入。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，輸入信號與電容器被阻斷(斷開連接)，然后電容器在處理過程中保持輸入信號的最后值。

3、本發(fā)明提供了替代方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、從第一方面，本發(fā)明提供了一種用于對輸入信號進行采樣的跟蹤及保持電路，跟蹤及保持電路包括第一級和第二級；

2、其中，跟蹤及保持電路被布置為在跟蹤模式和保持模式下交替運行；

3、其中，在保持模式下，第一級被布置為在第一節(jié)點處產(chǎn)生恒定輸出電壓；

4、其中，在跟蹤模式下，第一級被布置為在第一節(jié)點處產(chǎn)生由輸入信號調(diào)制的恒定輸出電壓；

5、其中第二級包括：

6、第一采樣電容器，具有連接到第一節(jié)點的第一側(cè)，以及通過第一采樣開關(guān)連接到第一偏置電壓的第二側(cè)；

7、其中，在第一采樣電容器和第一采樣開關(guān)之間的第一采樣節(jié)點處提供第一采樣輸出；

8、其中，在跟蹤模式下，第一采樣開關(guān)閉合，第一采樣電容器兩端的電壓隨著輸入信號的變化而變化；以及

9、其中，在保持模式下，第一采樣開關(guān)斷開，第一采樣電容器兩端的電壓變?yōu)楣潭ǖ?，并且第一采樣輸出基于在第一?jié)點處的電壓和第一采樣電容器兩端的固定電壓而設(shè)定。

10、因此可以看出，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種兩級跟蹤及保持電路，其被布置為在第一模式下(當(dāng)?shù)谝徊蓸娱_關(guān)閉合時)跟蹤輸入信號，以及在第二模式下(當(dāng)?shù)谝徊蓸娱_關(guān)斷開時)提供所保持的輸出信號。本發(fā)明的跟蹤及保持電路有利地避免了使用與輸入信號串聯(lián)提供的采樣開關(guān)。在這種方式下，可以在不增加開關(guān)寬度的情況下減少通常在開關(guān)上發(fā)生的損耗，因為增加開關(guān)寬度會提供不想要的額外電容和電荷注入，從而需要在跟蹤及保持電路中使用更大的電容器。

11、在一些實施例中，第二級可以包括第二采樣電容器，具有連接到第一節(jié)點的第一側(cè)，以及通過第二采樣開關(guān)連接到第二偏置電壓的第二側(cè)。可以在第二采樣電容器和第二采樣開關(guān)之間的第二采樣節(jié)點處提供第二采樣輸出。在跟蹤模式下，第二采樣開關(guān)閉合，第二采樣電容器上的電壓隨著輸入信號的變化而變化；并且，在保持模式下，第二采樣開關(guān)斷開，第二采樣電容器上的電壓變?yōu)楣潭ǖ?，并且第二采樣輸出基于第一?jié)點處的電壓和第二采樣電容器上的固定電壓而設(shè)定。

12、在這樣的實施例中，被跟蹤的輸入信號因此可以被存儲在兩個獨立的采樣電容器上，這兩個采樣電容器可以在各自的第二側(cè)連接到第一偏置電壓和第二偏置電壓。第一偏置電壓和第二偏置電壓可以由電壓軌或電壓節(jié)點提供。優(yōu)選地，第一偏置電壓和第二偏置電壓是固定電壓或恒定電壓。例如，第一采樣開關(guān)可以被配置為使得開關(guān)的第一側(cè)連接到第一采樣電容器的第二側(cè)，并且開關(guān)的第二側(cè)連接到第一偏置電壓節(jié)點或第一偏置電壓軌(即能夠提供或吸收電流以將其偏置電壓保持在穩(wěn)定且一致的水平的穩(wěn)定的電壓節(jié)點)。

13、第二采樣開關(guān)可以被配置為使得開關(guān)的第一側(cè)連接到第二采樣電容器的第二側(cè)，并且開關(guān)的第二側(cè)連接到第二偏置電壓節(jié)點或第二偏置電壓軌(即能夠提供或吸收電流以將其偏置電壓保持在穩(wěn)定且一致的水平的穩(wěn)定的電壓節(jié)點)。因此，當(dāng)?shù)谝徊蓸娱_關(guān)閉合時，第一采樣電容器的第二側(cè)可以連接到第一偏置電壓，而當(dāng)?shù)诙蓸娱_關(guān)閉合時，第二采樣電容器的第二側(cè)可以連接到第二偏置電壓?？梢詾槠渌娐方M件選擇這些偏置電壓。

14、在一些實施例中，第一采樣輸出可以連接到第一放大器，使得第一放大器的輸出取決于第一采樣輸出。第一放大器可以被連接，使得它在第三節(jié)點處提供輸出信號。在一些這樣的實施例中，第一放大器可以是第一晶體管，其被布置為在其柵極處接收第一采樣輸出。因此，在一些實施例中，第一采樣輸出連接到第一晶體管的柵極。第一晶體管可以是pmos晶體管，其源極連接正軌，漏極連接第三節(jié)點?？商娲?，第一晶體管可以是nmos晶體管，其源極連接負軌，其漏極連接第三節(jié)點。

15、在一些實施例中，第二采樣輸出可以連接到第二放大器，使得第二放大器的輸出取決于第二采樣輸出。第二放大器可以連接第三節(jié)點處以提供輸出信號。在同一第三節(jié)點處提供第一放大器和第二放大器的輸出信號，可以在第三節(jié)點處提供比在第一采樣輸出或第二采樣輸出處使用單個放大器更大振幅的輸出信號。在一些這樣的實施例中，第二放大器可以是第二晶體管，其被布置為在其柵極處接收第二采樣輸出。因此，在一些實施例中，第二采樣輸出連接到第二晶體管的柵極。第二晶體管可以是pmos晶體管，其源極連接到正軌，其漏極連接到第三節(jié)點。可替代地，第二晶體管可以是nmos晶體管，其源極連接到負軌，其漏極連接到第三節(jié)點。

16、在一些實施例中，第一采樣輸出可以連接到pmos晶體管的柵極，第二采樣輸出可以連接到nmos晶體管的柵極。pmos晶體管可以連接為使得pmos晶體管在第三節(jié)點處的輸出取決于第一采樣輸出，并且nmos晶體管可以被連接為使得nmos晶體管在第三節(jié)點處的輸出取決于第二采樣輸出。nmos晶體管可以被連接使得負軌與其源極連接，第三節(jié)點與其漏極連接。pmos晶體管可以被連接使得正軌與其源極連接，第三節(jié)點與其漏極連接。在同一第三節(jié)點處提供nmos晶體管和pmos晶體管的輸出信號，可以在第三節(jié)點產(chǎn)生比使用單個nmos或pmos晶體管來放大第一采樣輸出和/或第二采樣輸出時更大振幅的輸出信號。這兩個晶體管有效地協(xié)同工作。隨著nmos晶體管被更多地“關(guān)斷”，pmos晶體管將被更多地“導(dǎo)通”，反之亦然，從而以相反的方式調(diào)整兩個晶體管的電流消耗，因此第三節(jié)點處的輸出電壓偏移是使用單個晶體管時的兩倍。

17、在一些實施例中，第一級可以包括第一分支和第二分支，第一和第二分支是第二節(jié)點和第一節(jié)點之間的電流路徑，并且交替運行。第一分支可以被布置為在第一節(jié)點處產(chǎn)生恒定輸出電壓。第二分支可以被布置為在第一節(jié)點處產(chǎn)生由輸入信號調(diào)制的恒定輸出電壓。這種布置提供了為在第一節(jié)點處生產(chǎn)所需電壓提供了方便。這兩個分支交替工作，使得當(dāng)?shù)诙种幱诠ぷ鳡顟B(tài)時，即當(dāng)電路處于跟蹤模式并且采樣開關(guān)閉合時，第一節(jié)點處的電壓僅由輸入電壓調(diào)制。當(dāng)采樣開關(guān)斷開時，第一分支處于工作狀態(tài)，電路處于保持模式，第一節(jié)點處的電壓只是恒定輸出電壓，不受輸入信號的任何調(diào)制。

18、在一些實施例中，跟蹤及保持電路的第一分支和跟蹤及保持電路的第二分支可以響應(yīng)于來自外部時鐘源的時鐘信號而交替工作。例如，響應(yīng)于跟蹤及保持電路接收到的來自外部時鐘源的時鐘信號，第一分支和第二分支可以交替地連接到第一節(jié)點?？梢岳斫獾氖?，“連接”是指電氣連接，例如電流可以在兩個連接的組件之間流動。因此，如果第一分支處于工作狀態(tài)，則它有效地連接到第一節(jié)點，使得電流可以通過跟蹤及保持電路的第一分支流向第一節(jié)點。類似地，如果第一分支不工作，則其實際上與第一節(jié)點斷開連接，使得電流不會通過跟蹤及保持電路的第一分支流向第一節(jié)點。同樣地，如果第二分支處于工作狀態(tài)，則它有效地連接到第一節(jié)點，使得電流可以通過跟蹤及保持電路的第二分支流向第一節(jié)點。類似地，如果第二分支不工作，則其實際上與第一節(jié)點斷開連接，使得電流不會通過跟蹤及保持電路的第二分支流向第一節(jié)點。

19、時鐘信號可以具有至少兩個狀態(tài)，例如，時鐘信號可以是高或低。在一些這樣的實施例中，當(dāng)時鐘信號為高時，第二分支可以處于工作狀態(tài)，例如，它可以連接到第一節(jié)點，而第一分支不工作。當(dāng)時鐘信號為低時，第一分支可以處于工作狀態(tài)，例如，它可以連接到第一節(jié)點，而第二分支可以不連接到第一節(jié)點。

20、在一些實施例中，時鐘信號可以是方波信號。方波信號可以具有選擇的預(yù)定的頻率和占空比，以便以期望的采樣率對輸入信號進行采樣，例如在采樣之間具有預(yù)定的采樣間隔。例如，在第一采樣輸出(和/或第二采樣輸出，如果存在)處只需偶爾采樣的情況下，方波信號可以具有較低的頻率。在需要更頻繁采樣的情況下，方波信號可以具有較高的頻率。

21、可以調(diào)整時鐘的占空比，以平衡電路的每一級的工作時間。每級都可以有自己的時間需求。例如，如果放大器用于放大第二級中的輸出，則該放大器可能需要時間將輸出信號逐步提升到更高的電平。因此，調(diào)整時鐘的占空比，以在保持模式下比在跟蹤模式下花費更多時間可能是有利的。切換到跟蹤模式后，第一級可能還需要一些時間來穩(wěn)定，因此占空比也需要為跟蹤模式留出一定的最小時間。因此，在一些實施例中，時鐘的占空比可以是50:50，使得跟蹤模式和保持模式具有相等的時間。在其他實施例中，可以設(shè)置占空比，使得保持模式具有比跟蹤模式更長的持續(xù)時間。在一些實施例中，可以設(shè)置占空比，使得保持模式不超過跟蹤模式長度的兩倍。

22、在一些實施例中，第一分支和第二分支中的每一個都可以包括各自的“時鐘”晶體管，其被布置為在各自的柵極處接收基于時鐘信號的信號。第一時鐘晶體管可以連接在第一分支上，例如，可以被布置為使得第一分支連接到第一時鐘晶體管的源極和漏極上。第二時鐘晶體管可以連接在第二分支上，例如被布置為使得第二分支連接到第二時鐘晶體管的源極和漏極上。第一時鐘晶體管可以被布置為在其柵極處接收時鐘信號，第二時鐘晶體管可以被布置為在其柵極處接收反相時鐘信號。在這種方式下，可以使用單個時鐘源來控制第一和第二分支的工作。此外，通過用相反的時鐘信號對第一分支和第二分支進行時鐘控制，這種布置有利地確保了在同一時間只有第一分支和第二分支中的一個處于工作狀態(tài)，因此在給定時間只有一個分支在第一節(jié)點處產(chǎn)生電壓。在一些實施例中，時鐘晶體管可以是pmos晶體管。

23、在一些實施例中，可以使用與第一分支和第二分支相同的時鐘信號來對第一采樣開關(guān)(和/或第二采樣開關(guān)，如果存在)進行時鐘控制，使得當(dāng)時鐘為高時，第一采樣開關(guān)(和/或第二采樣開關(guān)，如果存在)斷開，而當(dāng)時鐘為低時，第一采樣開關(guān)(和/或第二采樣開關(guān)，如果存在)閉合。這確保了只有當(dāng)?shù)诙种Чぷ鲿r，第一采樣電容器(和/或第二采樣電容器，如果存在)上的電壓才會變化。在一些具有第一采樣開關(guān)和第二采樣開關(guān)的實施例中，可以使用相同的時鐘信號對第一采樣開關(guān)和第二采樣開關(guān)進行時鐘控制，使得當(dāng)時鐘信號為低時，兩個采樣開關(guān)都斷開，而當(dāng)時鐘信號高時，兩個采樣開關(guān)都閉合。這確保了第一采樣輸出和第二采樣輸出被同時設(shè)定，分別基于第一節(jié)點處的電壓以及第一采樣電容器和第二采樣電容器上的固定電壓。在第一采樣輸出和第二采樣輸出被提供給共同的第三節(jié)點(例如在被提供給各自的放大器之后)的實施例中，這可能特別重要，因為兩個采樣電容器將反映完全相同的采樣時間。

24、在一些實施例中，采樣電路的第一級可以包括反饋元件。反饋元件可以被布置為補償由輸入信號變化引起的電流消耗變化。換句話說，反饋元件可以被布置為提升第一級中的線性度。

25、第二節(jié)點可以是正電源軌(或其他電流源)，例如高軌，被布置為用作采樣電路的電壓源。第二節(jié)點可以經(jīng)由第一電流控制晶體管連接到第一分支和第二分支。在一些實施例中，電流控制晶體管可以是連接在第二節(jié)點與采樣電路的第一級的第一分支和第二分支之間的pmos晶體管，例如，使得其源極端子連接到第二節(jié)點，并且使得其漏極端子連接到第一分支和第二分支。該第一電流控制晶體管可以響應(yīng)于第一電流控制晶體管處接收到的電壓的存在而允許采樣電路通電或關(guān)斷，并且還可以通過改變施加在第一電流控晶體管處的第一偏置電壓來控制通過第一分支和第二分支的電流。

26、在一些實施例中，第一分支、第二分支和第一節(jié)點經(jīng)由第二電流控制晶體管連接到地或負電源軌(或其他電流吸收器)，例如低軌。第二電流控制晶體管可以是連接在電流吸收器與采樣電路的第一分支和第二分支之間的nmos晶體管。在這種方式下，第一分支和第二分支可以連接在“上游”第二節(jié)點(可以是電流供應(yīng))和“下游”電流吸收器(例如地)之間。這里的術(shù)語“上游”和“下游”是指直流電流從正電源軌(或其他電流供應(yīng))流向地或低軌(或其它電流吸收器)的方向。在一些這樣的實施例中，nmos晶體管的源極端子可以連接到電流吸收器，其漏極端子可以連接到跟蹤及保持電路的第一級的第一分支和第二分支。nmos晶體管的柵極可以連接到可以變化的第二偏置電壓，以設(shè)定通過第一分支和第二分支的電流。

27、在一些實施例中，第一級的第一分支可以包括用于例如從共模電壓源接收共模電壓的裝置。用于接收共模電壓的裝置可以是連接在跟蹤及保持電路的第一級的第一分支上的第一偏置部分。第一偏置部分可以是連接在跟蹤及保持電路的第一分支上的第一偏置晶體管。第一偏置晶體管可以被配置為在其柵極處接收共模電壓，例如，使得可以基于共模電壓來控制第一分支。在一些這樣的實施例中，第一偏置晶體管可以被連接，使得第一分支連接到第一偏置晶體管的源極和漏極，并且使得晶體管的柵極被布置為接收共模電壓。在一些實施例中，第一偏置晶體管可以是nmos晶體管。

28、跟蹤及保持電路的第一級可以包括用于從外部源接收輸入信號的裝置。在一些實施例中，用于接收輸入信號的裝置可以是連接在跟蹤及保持電路的第二分支與輸入信號源之間的偏置部分。偏置部分可以是連接在跟蹤及保持電路的第一分支上的第二偏置晶體管。第二偏置晶體管可以被配置為在其柵極處接收共模電壓，例如，使得可以基于輸入信號來控制第二分支。在一些這樣的實施例中，第二偏置晶體管可以被連接，使得第二分支連接到第二偏置晶體管的源極和漏極，并且使得第二偏置晶管的柵極被布置為接收輸入信號。在一些實施例中，晶體管可以是nmos晶體管。

29、在第一分支被布置為接收共模電壓的一些實施例中，第二偏置部分可以被布置為除了接收輸入信號之外還接收共模電壓。例如，在第二偏置部分是第二偏置晶體管的實施例中，第二偏置晶體管可以被布置為在其柵極處接收共模電壓和輸入信號之和。

30、在一些實施例中，輸入信號可以是模擬電壓，例如時變模擬電壓。

31、從可替代的方面來看，本發(fā)明提供了一種用于對輸入信號進行采樣的采樣電路，該采樣電路包括第一級和第二級；

32、其中，第一級包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支是第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的電流路徑，并且交替運行；

33、其中，第一分支被布置為在第二節(jié)點處產(chǎn)生恒定輸出電壓；

34、其中，第二分支被布置為在第二節(jié)點處產(chǎn)生由輸入信號調(diào)制恒定輸出電壓；

35、其中第二級包括：

36、第一采樣電容器，具有連接到第二節(jié)點的第一側(cè)，以及通過第一采樣開關(guān)連接到第一偏置電壓的第二側(cè)；

37、其中，在第一采樣電容器和第一采樣開關(guān)之間的第一采樣節(jié)點處提供第一采樣輸出；

38、其中，當(dāng)?shù)谝徊蓸娱_關(guān)閉合時，第二分支運行，并且第一采樣電容器上的電壓隨著輸入信號的變化而變化；以及

39、其中，當(dāng)?shù)谝徊蓸娱_關(guān)斷開時，第一分支運行，第一采樣電容器上的電壓變?yōu)楣潭ǖ模⑶业谝徊蓸虞敵龌谠诘诙?jié)點處的電壓和第一采樣電容器上的固定電壓而設(shè)定。

40、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上關(guān)于第一方面描述的所有優(yōu)選的和可選的特征也可以被應(yīng)用于該可替代的方面。

41、在適當(dāng)?shù)那闆r下，本文所描述的任何方面或?qū)嵤├奶卣鞫伎梢员粦?yīng)用于本文所描述的任何其他方面或?qū)嵤┓绞健．?dāng)提及不同的實施例或?qū)嵤├瘯r，應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實施例不一定不同，但可以重疊。