流水线模数转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种流水线模数转换器，包括：第一至第四级流水线，第一级流水线用于对模拟输入信号进行采样保持并转换为第一级3位流水线输出数据，并且根据第一级3位流水线输出数据生成余量电压，以及第二至第四级流水线根据上一级的余量电压依次输出第二级至第四级3位流水线输出数据和生成对应的余量电压；全并行子模数转换器，用于根据第四级的余量电压输出4位输出数据；时钟对齐与数字校正电路，用于根据每级3位流水线输出数据和4位输出数据进行时钟对齐与数字校正，实现12位数字输出。本发明专利技术实施例的模数转换器提高了转换精度，减小了转换时间，同时兼顾速度、精度、功耗、面积要求，结构简单，更好地满足用户的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
流水线模数转换器
本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种流水线模数转换器。
技术介绍
在目前的混合信号系统中，模数转换器的性能往往是限制整个系统性能的瓶颈，高性能的模数转换器在通信基站、雷达、宽带无线等方面有着广泛的应用。由于在速度和精度方面有着非常好的平衡，流水线模数转换器在高速高精度应用环境下成为首选。相关技术中，传统流水线模数转换器的基本思想是把电路分为N级，每级转换处理完当前数据后输出给下一级处理，同时本级开始处理下一个数据，所有流水线级的输出合在一起成为最终的输出。举例而言，如图1所示，模拟输入信号首先进入前端采样保持放大电路N0，模拟输入信号变为采样信号，第一级流水线N1处理某一个时刻的采样信号时其模拟输入信号保持恒定。其中，在每一级流水线中，信号先经过子模数转换器如子模数转换器a换为一定比特的数字输出，然后再将数字输出通过子数模转换器如子数模转换器b转换为模拟信号，本级的输入信号减去子数模转换器的输出，得到的余差经过放大后进入下一级流水线。然而，传统流水线模数转换器中，前端采样保持放大电路消耗了大量的面积和功耗，同时也会引入失真。另外，在高速高精度的情况下，前端采样保持放大电路里面的运算放大器指标变得非常苛刻，运算放大器设计难度大，无法很好地满足用户的使用要求，有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种不但结构简单，而且能够提高转换精度的流水线模数转换器。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种流水线模数转换器，包括：第一至第四级流水线，所述第一至第四级流水线依次相连，第一级流水线用于对模拟输入信号进行采样保持并转换为第一级3位流水线输出数据，并且根据所述第一级3位流水线输出数据生成余量电压，以及第二至第四级流水线根据上一级的余量电压依次输出第二级至第四级3位流水线输出数据和生成对应的余量电压；全并行子模数转换器，所述全并行子模数转换器与第四级流水线相连，用于根据第四级流水线的余量电压输出4位输出数据；以及时钟对齐与数字校正电路，所述时钟对齐与数字校正电路分别与所述第一至第四级流水线和所述全并行子模数转换器相连，用于根据每级3位流水线输出数据和4位输出数据进行时钟对齐与数字校正，实现12位数字输出。根据本专利技术实施例提出的流水线模数转换器，通过第一至第四级流水线与全并行子模数转换器依次相连，每级流水线得到3位流水线数字输出数据，和最后一级输出的4位输出数据一起通过时钟对齐与数字校正电路进行时钟对齐与数字校正处理，实现最后的12位数字输出，提高转换精度，减小转换时间，同时兼顾速度、精度、功耗、面积要求，结构简单，更好地满足用户的使用要求。另外，根据本专利技术上述实施例的流水线模数转换器还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一个实施例中，每级流水线均包括：子模数转换器，用于根据所述模拟输入信号或所述上一级余量电压生成所述每级3位流水线输出数据；数字控制单元，用于输出所述每级3位流水线输出数据，并根据所述每级3位流水线输出数据通过时序触发控制生成开关控制信号；余量增益单元，用于根据所述模拟输入信号和所述开关控制信号生成所述对应的余量电压。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述子模数转换器包括：多个输入开关；采样网络，用于对所述模拟输入信号或上一级余量电压进行采样，并输出所述模拟输入信号或上一级余量电压的采样值，其中，所述采样网络包括多个采样电容，所述多个采样电容与所述多个输入开关一一对应相连；比较器阵列，所述比较器整列与所述采样网络相连，用于根据所述采样值输出所述每级3位流水线输出数据，其中，所述比较器阵列包括多个比较器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，第二级流水线与所述第四级流水线的数字控制单元由所述时序的时钟相控制，所述第一级流水线与第三级流水线的数字控制单元由所述时序的时钟相控制。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述时钟相上升沿比采样相上升沿提前一个数字控制单元的延时，下降沿与所述采样相下降沿同时；所述时钟相上升沿比放大相上升沿提前一个数字控制单元的延时，下降沿与所述放大相下降沿同时。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述模拟输入信号到达所述第一级流水线的子模数转换器和余量增益单元各自的采样电容的延时相同。优选地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一级流水线的多个输入开关为改进的栅压自举开关。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为传统流水线模数转换器的结构示意图；图2为传统流水线模数转换器内流水线级的结构示意图；图3为传统流水线模数转换器的工作时序示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的流水线模数转换器的结构和其工作时序示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的流水线模数转换器第一级和第三级流水线的结构示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的流水线模数转换器第二级和第四级流水线的结构示意图；图7为根据本专利技术一个具体实施例的流水线模数转换器的工作时序示意图；图8为根据本专利技术一个实施例的工作时序产生电路的结构示意图；以及图9为根据本专利技术一个实施例的改进的栅压自举开关的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面在描述根据本专利技术实施例提出的流水线模数转换器之前，再来简单描述一下传统流水线模数转换器的工作时序。参照图2所示，图2为传统流水线模数转换器内流水线级的结构示意图，其工作在如图3所示的两相不交叠时钟下。其中，为奇数级流水线的采样相时钟，同时也是偶数级流水线的放大相时钟；为偶数级流水线的采样相时钟，同时也是奇数级流水线的放大相时钟。以第一级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流水线模数转换器，其特征在于，包括：第一至第四级流水线，所述第一至第四级流水线依次相连，第一级流水线用于对模拟输入信号进行采样保持并转换为第一级3位流水线输出数据，并且根据所述第一级3位流水线输出数据生成余量电压，以及第二至第四级流水线根据上一级的余量电压依次输出第二级至第四级3位流水线输出数据和生成对应的余量电压；全并行子模数转换器，所述全并行子模数转换器与第四级流水线相连，用于根据第四级流水线的余量电压输出4位输出数据；以及时钟对齐与数字校正电路，所述时钟对齐与数字校正电路分别与所述第一至第四级流水线和所述全并行子模数转换器相连，用于根据每级3位流水线输出数据和4位输出数据进行时钟对齐与数字校正，实现12位数字输出。

【技术特征摘要】
1.一种流水线模数转换器，其特征在于，包括：第一至第四级流水线，所述第一至第四级流水线依次相连，第一级流水线用于对模拟输入信号进行采样保持并转换为第一级3位流水线输出数据，并且根据所述第一级3位流水线输出数据生成余量电压，以及第二至第四级流水线根据上一级的余量电压依次输出第二级至第四级3位流水线输出数据和生成对应的余量电压，其中，每级流水线均包括：子模数转换器，用于根据所述模拟输入信号或所述上一级余量电压生成所述每级3位流水线输出数据；数字控制单元，用于输出所述每级3位流水线输出数据，并根据所述每级3位流水线输出数据通过时序触发控制生成开关控制信号；余量增益单元，用于根据所述模拟输入信号和所述开关控制信号生成所述对应的余量电压，并且第二级流水线与所述第四级流水线的数字控制单元由所述时序的时钟相控制，所述第一级流水线与第三级流水线的数字控制单元由所述时序的时钟相控制，以及所述时钟相上升沿比采样相上升沿提前一个数字控制单元的延时，下降沿与所述采样相下降沿同时；所述时钟相上升沿比放大相上升沿提前一个数字控制单元的延时，下降沿与所述放大相下降沿同时；全并行子...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗华，魏琦，杨华中，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11