本发明专利技术公开了一种用于开关电容式模数转换器参考电压的电荷补偿电路，包括多个电荷补偿单元，多个所述电荷补偿单元根据输入电压的转换结果为参考电压补充电荷；所述电荷补偿单元包括复位开关、信号开关和补偿电容，所述复位开关与所述信号开关串联，所述补偿电容与所述复位开关并联；还包括与多个电荷补偿单元中的所述信号开关的信号端连接的控制逻辑。本发明专利技术具有如下优点：在电路的实现过程中加入了很小的一部分补偿电容和很少的控制逻辑，在原有控制信号的基础上实现了对参考电压的电荷补偿，从而降低了对片内大解耦电容的需求，有效的减小片内解耦电容的面积，使整体电路更易于集成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模数转换中电荷补偿领域，具体涉及一种用于开关电容式模数转换器 参考电压的电荷补偿电路。
技术介绍
随着集成电路工艺和数字信号处理技术的发展，新的、更高性能的电子系统不断 涌现，以满足不断增加的应用需求。新一代电子系统对ADC的采样率和精度提出了更高的 要求。高精度的ADC对参考电压的稳定性要求很高，一般要求参考电压在ADC转换期间抖动 不能超过四分之一LSB，而实际电路应用中，因为邦定线电感的存在，片内开关电容的接入 使输入参考电压不能很快稳定，这就要求在高速高精度ADC中需要参考电压驱动器。参考 电压是高速高精度ADC设计的关键问题之一。传统的参考电压驱动器可分为宽带驱动实现 和窄带驱动实现两种。传统的宽带驱动器带宽较宽，高频输出阻抗比较小，驱动电流较大， 它无需大电容解耦，可以方便的实现全集成设计，但是缺点是功耗和噪声都比较大，不利于 低功耗和高精度实现。传统的窄带驱动器带宽较窄，低的高频输出阻抗通过大电容解耦实 现，但由于其需要一个很大的片内解耦电容或外接片外解耦电容，因此很难实现全集成设 计或者小面积设计。ADC的参考电压驱动器都会面临电荷损失的问题。高速高精度ADC通常由开关电 容式的ADC实现，如pipeline、SAR、Flash-SAR等。传统的包含窄带驱动器的ADC系统框图 如图1所示。如果将第一步转换与后面的转换独立出来，因为第一步DAC的精度要求较高， 通常SCDAC中的电容远大于FineADC，因此，FineADC对参考上的电荷损失可以忽略。SC DAC根据第一步CoarseADC的转换结果建立时，参考电压驱动器输出节点损失的电荷与第 一步转换的结果有关，设SCDAC中的单位电容值为Cu，第一步ADC为m位，ADC的输入Vi满 足：则第一步转换结果为11,个1，其他为0,可以计算得出第一步损失的电荷为 KI以明並有m，弟一贝大量与输入信号有关。由第一步损失的电荷量就 是参考电压变化量与解親电容的乘积，损失的电荷量与输入相关意味着在不同的输入时参 考电压不同，这种与输入相关的电荷损失会引起ADC的非线性。近年来，研宄者们相继提出了deglitch技术（Jeon,Young-Deuk,Jae-Won Nam,Kwi-DongKim,TaeMoonRoh,andJong-KeeKwon."ADual-ChannelPipelinedADC WithSub-ADCBasedonFlash-SARArchitecture.''CircuitsandSystemsII:Express Briefs,IEEETransactionson59. 11(2012) :741_745.)和电流预充电技术（Jayanth KuppambattiandPeterR.Kinget."CurrentReferencePre-ChargingTechniques forLow-PowerZero-CrossingPipeline-SARADCs. "Solid-StateCircuits,IEEE Journalof49.3(2014):683-694.)以解决ADC参考电压驱动器高功耗及大面积问题。但 是deglitch技术由于不能精确的控制补偿电荷量导致在不同输入信号情况下改善ADC性 能不一致，导致在不同的情况下ADC性能不稳定。电流预充电技术的应用范围也仅限于 ZCB(余差过零点）的流水线ADC，而且由于其实现需要多组电容，预充需要采样输入信号也 增加了采样噪声，其引入的大的反馈电容也会一定程度上降低电路的速度。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。 为此，本专利技术的一个目的在于提供一种用于高速模数转换器参考电压的电荷补偿 电路，基于此补偿电路可以降低开关电容式ADC中参考电压驱动器的功耗及面积。 开关电容式的ADC因为有与输入信号相关的电荷损失问题，导致参考电压的误差 与输入信号相关。传统的窄带驱动器因为ADC精度的要求，需要很大的片内解耦电容。如 果能补偿与损失的电荷量同样大小的电荷，那么解耦电容上的电压保持稳定。实际上，影响 ADC线性度的是参考电压与输入信号的相关性，如果电荷损失量与输入信号无关，那么参考 电压虽然有所偏离，但仍然稳定，并与输入信号无关，这样的结果是导致ADC量程的偏差， 但不会导致非线性，也就是说，增加一个参考电压上额外的电荷损失，使得每次损失的电荷 量是一个与输入信号无关的量，也可以有效的降低片内解耦电容的面积。 为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的实施例公开了一种用于开关电容式模数 转换器参考电压的电荷补偿电路，包括多个电荷补偿单元，多个所述电荷补偿单元根据输 入电压的转换结果为参考电压补充电荷； 所述电荷补偿单元包括复位开关、信号开关和补偿电容，所述复位开关与所述信 号开关串联，所述补偿电容与所述复位开关并联； 还包括用于产生电荷补偿单元中所述信号开关控制信号的控制逻辑。 根据本专利技术实施例的用于开关电容式模数转换器参考电压的电荷补偿电路，加入 了很小的一部分补偿电容和很少的控制逻辑，在原有控制信号的基础上实现了对参考电压 的电荷补偿，从而降低了对片内大解耦电容的需求，有效的减小片内解耦电容的面积，使整 体电路更易于集成。另外，根据本专利技术上述实施例的用于开关电容式模数转换器参考电压的电荷补偿 电路，还可以具有如下附加的技术特征： 进一步地，所述多个所述电荷补偿单元根据输入电压的转换结果为参考电压补充 电荷进一步包括：开关电容式模数转换器进行第一次模数转换时损失的电荷为： 其中，V1?为参考电压，Cu为数模转换器的单位电容值，m为第一步转换的精度，n:为 第一次转换结果温度码中1的个数； 设定开关电容式模数转换器每次转换时损失的电荷量是一个与输入信号无关的 恒定值maxlldQOii)]，每次需要补偿的电荷量为dQ'(njzmaxlldQOi^il-dQOiLdQ'(nj 关于ni= 2 -1对称，所述电荷补偿单元为2m个。 进一步地，所述多个所述电荷补偿单元根据输入电压的转换结果为参考电压补充 电荷进一步包括：开关电容式模数转换器进行第一次模数转换时损失的电荷为： 其中，V1?为参考电压，Cu为数模转换器的单位电容值，m为第一步转换的精度，n:为 第一次转换结果温度码中1的个数； 电荷补偿电路的拆分dQ'表达式为：dQ' （0)= + +…++dQ, (2m_1) = ++…+ 电荷补偿电路可以拆分为拆分成2m4个电荷补偿单元，其中，第i个单元用于实现的电荷补偿，可以推导得到第i个电荷补偿单元需要补偿的电荷量 表达式为： 进一步地，所述复位开关为PM0S，所述信号开关为NM0S; 所述P0MS的源极连接所述开关电容式模数转换器，所述P0MS的漏极连接所述 NM0S的漏极，所述P0MS的栅极连接所述控制逻辑接收复位信号； 所述NM0S的源极连接所述数模转换器，所述NM0S的漏极连接所述P0MS的漏极， 所述NM0S栅极连接所述控制逻辑接收控制信号。 进一步地，所述开关电容式模数转换器向所述数模转换器转移的电荷量为：dqr=hX(Vrp-Vrn)CinJ=hX2Vr?CinJ 其中，Vrp为所述POMS的源极连接所述开关电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于开关电容式模数转换器参考电压的电荷补偿电路，其特征在于，包括多个电荷补偿单元，多个所述电荷补偿单元根据输入电压的转换结果为参考电压补充电荷；所述电荷补偿单元包括复位开关、信号开关和补偿电容，所述复位开关与所述信号开关串联，所述补偿电容与所述复位开关并联；还包括用于产生电荷补偿单元中所述信号开关控制信号的控制逻辑。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李福乐，王亚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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