基于真随机数序列的流水线模数转换器动态补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于真随机数序列的流水线模数转换器动态补偿装置，该装置包括子模数转换器、子数模转换器、真随机数产生电路和编码电路，其中真随机数产生电路用于产生真随机数序列，并将真随机数序列提供给子模数转换器，以对子模数转换器中比较器基准电压输入端对应开关的开合进行控制；子模数转换器用于将输出的数字信号提供给编码电路，编码电路用于根据数字信号生成编码信号并将编码信号提供给子数模转换器，以对子数模转换器中开关的开合进行控制。通过本发明专利技术，可以解决子模数转换器中比较器失调以及子数模转换器中电容失配的问题。

Dynamic compensation device for pipelined analog-to-digital converter based on true random number sequence

The invention provides a pipelined analog-to-digital converter dynamic compensation device based on true random number sequence, the device includes sub ADC, DAC, random number generation circuit and encoding circuit, the true random number generation circuit is used to generate true random number sequence, and the true random number sequence for sub ADC in order to control the sub ADC comparator reference voltage input the corresponding switch switching; sub analog-to-digital converter for providing digital signal output to the encoding circuit, encoding circuit for encoding signal generated according to the digital signal and the encoding signal is provided to the sub DAC control to switch on the DAC in opening and closing. The invention can solve the problem of the unbalance of the comparator and the mismatch of the capacitor in the dac.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路设计领域，具体涉及一种基于真随机数序列的流水线模数转换器动态补偿装置。
技术介绍
流水线模数转换器在雷达、医疗器械、通信设备等领域得到大量的应用，但是由于速度和精度的原因限制了整个系统的性能，主要原因在于开关的电荷注入效应、时钟馈通效应、电容失配、运放的有限增益和带宽、比较器的失调，为了提高流水线模数转化器的速度和精度，目前常用的补偿校准方法有模拟校准方法和数字校准方法，模拟校准方法主要有电容误差平均技术、修调电容技术、子DAC辅助校准技术等。数字校准方法分为前台数字校准方法和后台数字校准方法，前台数字校准方法主要有DEM校准方法、offline校准方法、piecewise校准方法等，后台数字校准方法有码域均衡校准方法、PN注入校准方法、split ADC校准方法等，后台数字校准方法与前台数字校准方法相比，具有不需要流水线转化器停止工作便可动态补偿的优势，模拟校准方法与数字校准方法相比，增加了电路的功耗并会带来一定的误差，所以目前越来越多的流水线模数转换器采用后台数字校准方法。然而，目前的后台数字校准方法中仍然存在比较器失调和电容失配的问题，从而对流水级模数转换器的性能造成影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于真随机数序列的流水线模数转换器动态补偿装置，以解决目前对流水级模数转换器进行补偿校准过程中存在的比较器失调和电容失配的问题。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于真随机数的流水线模数转换器动态补偿装置，包括子模数转换器、子数模转换器、真随机数产生电路和编码电路，其中所述真随机数产生电路用于产生真随机数序列，并将所述真随机数序列提供给所述子模数转换器，以对所述子模数转换器中比较器基准电压输入端对应开关的开合进行控制；所述子模数转换器用于将输出的数字信号提供给所述编码电路，所述编码电路用于根据所述数字信号生成编码信号并将所述编码信号提供给所述子数模转换器，以对所述子数模转换器中开关的开合进行控制。在一种可选的实现方式中，所述随机数产生电路包括快速振荡器、慢速振荡器、异或逻辑单元、D触发器和译码单元，其中所述快速振荡器产生的高频信号与所述慢速振荡器产生的低频信号通过所述异或逻辑单元生成初级随机数种子；所述初级随机数种子通过所述D触发器生成次级随机数种子；所述次级随机数种子与流水线模数转换器中m个低级模数转换器的输出信号通过所述译码单元生成包括k个真随机数的所述真随机数序列，m和k均为大于1的整数。在另一种可选的实现方式中，其特征在于，2^(m+1)＝k。在另一种可选的实现方式中，所述快速振荡器和所述慢速振荡器都包括串联的奇数个反相器，所述串联的奇数个反相器的输出端连接其输入端，且针对每个反相器，其输出端都通过电容接地。在另一种可选的实现方式中，所述快速振荡器的输出频率为所述慢速振荡器的输出频率的10倍。在另一种可选的实现方式中，所述子模数转换器包括多组比较器且每组比较器都对应设置有第一组开关和第二组开关，针对每组比较器，第一组基准电压通过所述第一组开关与该组比较器中第一比较器的第一正极端以及第二比较器的第一负极端连接，第二组基准电压通过所述第二组开关与所述第一比较器的第一负极端以及所述第二比较器的第一正极端连接，所述真随机数序列中依次控制所述第一组开关和所述第二组开关中各个开关开合的真随机数顺序相反；针对下一组比较器，当前比较器对应的真随机数序列的起始位后移一位后构成的真随机数序列对所述下一组比较器的第一组开关的开合进行控制。在另一种可选的实现方式中，所述编码电路用于对所述数字信号进行编码处理，生成八组编码信号。在另一种可选的实现方式中，所述子数模转换器包括四组电容以及针对每组电容对应设置的开关，其中第一组电容包括并联节点接地的多个电容，针对该第一组电容中的每个电容，都对应设置有第一开关，该电容通过对应的第一开关连接电压VREFH且通过控制开关连接电压VCM，该第一开关的开合由第一组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第一开关开合的编码信号不同；第二组电容包括并联节点接地的多个电容，针对该第二组电容中的每个电容，都对应设置有第二开关，该电容通过对应的第二开关连接电压VREFL且通过所述控制开关连接电压VCM，该第二开关的开合由第二组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第二开关开合的编码信号不同；第三组电容包括并联节点输出模拟信号VDAP的多个电容，针对该第三组电容中的每个电容，都对应设置有第三开关、第四开关和第五开关，该电容通过对应的第三开关连接所述电压VREFH，通过对应的第四开关连接所述电压VCM，通过对应的第五开关连接所述电压VREFL，通过所述控制开关连接电压VP，该第三开关的开合由第三组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第三开关开合的编码信号不同，该第四开关的开合由第四组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第四开关开合的编码信号不同，该第五开关的开合由第五组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第五开关开合的编码信号不同；第四组电容包括并联节点输出模拟信号VDAN的多个电容，针对该第四组电容中的每个电容，都对应设置有第六开关、第七开关和第八开关，该电容通过对应的第六开关连接所述电压VREFH，通过对应的第七开关连接所述电压VCM，通过对应的第八开关连接所述电压VREFL，通过所述控制开关连接电压VM，该第六开关的开合由第六组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第六开关开合的编码信号不同，该第七开关的开合由第七组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第七开关开合的编码信号不同，该第八开关的开合由第八组编码信号中的一个编码信号控制且控制各个电容对应第八开关开合的编码信号不同。在另一种可选的实现方式中，所述装置还包括残差放大器，所述残差放大器用于对所述子数模转换器输出的模拟信号进行差分放大，从而得到该级模数转换器的输出信号。在另一种可选的实现方式中，所述残差放大器包括运算放大器，其中所述运算放大器的两输入端对应输入所述子数模转换器输出的两模拟信号，两输出端都通过第一时钟开关和控制开关连接电压VCM并都通过所述第一时钟开关和对应的第一反馈电容连接其对应的输入端，两输出端通过第二时钟开关连接且分别输出信号VOP和VON。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过由真随机数产生电路产生的真随机数序列对子模数转换器中比较器基准电压输入端对应开关的开合进行控制，可以提高子模数转换器中比较器输入基准电压的随机性，从而可以降低子模数转换器中比较器失调；通过由编码电路根据真随机数产生电路产生的真随机数序列生成编码信号，并由该编码信号对子数模转换器中开关的开合进行控制，可以提高子数模转换器中开关开合的随机性，从而可以降低子数模转换器中电容失配；2、本专利技术通过采用上述真随机数产生电路，可以使产生的真随机数序列具有随机性、分布均匀且不重复的特点，由此可以进一步提高子模数转换器中比较器输入基准电压的随机性，从而降低子模数转换器中比较器失调，并且采用根据该真随机数序列生成编码信号，对子数模转换器中开关的开合进行控制，可以提高子数模转换器中开关开合的随机性，从而可以降低子数模转换器中电容失配；3、本专利技术通过使参与真随机数序列产生的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于真随机数的流水线模数转换器动态补偿装置，其特征在于，包括子模数转换器、子数模转换器、真随机数产生电路和编码电路，其中所述真随机数产生电路用于产生真随机数序列，并将所述真随机数序列提供给所述子模数转换器，以对所述子模数转换器中比较器基准电压输入端对应开关的开合进行控制；所述子模数转换器用于将输出的数字信号提供给所述编码电路，所述编码电路用于根据所述数字信号生成编码信号并将所述编码信号提供给所述子数模转换器，以对所述子数模转换器中开关的开合进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于真随机数的流水线模数转换器动态补偿装置，其特征在于，包括子模数转换器、子数模转换器、真随机数产生电路和编码电路，其中所述真随机数产生电路用于产生真随机数序列，并将所述真随机数序列提供给所述子模数转换器，以对所述子模数转换器中比较器基准电压输入端对应开关的开合进行控制；所述子模数转换器用于将输出的数字信号提供给所述编码电路，所述编码电路用于根据所述数字信号生成编码信号并将所述编码信号提供给所述子数模转换器，以对所述子数模转换器中开关的开合进行控制。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述随机数产生电路包括快速振荡器、慢速振荡器、异或逻辑单元、D触发器和译码单元，其中所述快速振荡器产生的高频信号与所述慢速振荡器产生的低频信号通过所述异或逻辑单元生成初级随机数种子；所述初级随机数种子通过所述D触发器生成次级随机数种子；所述次级随机数种子与流水线模数转换器中m个低级模数转换器的输出信号通过所述译码单元生成包括k个真随机数的所述真随机数序列，m和k均为大于1的整数。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，2^(m+1)＝k。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述快速振荡器和所述慢速振荡器都包括串联的奇数个反相器，所述串联的奇数个反相器的输出端连接其输入端，且针对每个反相器，其输出端都通过电容接地。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述快速振荡器的输出频率为所述慢速振荡器的输出频率的10倍。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述子模数转换器包括多组比较器且每组比较器都对应设置有第一组开关和第二组开关，针对每组比较器，第一组基准电压通过所述第一组开关与该组比较器中第一比较器的第一正极端以及第二比较器的第一负极端连接，第二组基准电压通过所述第二组开关与所述第一比较器的第一负极端以及所述第二比较器的第一正极端连接，所述真随机数序列中依次控制所述第一组开关和所述第二组开关中各个开关开合的真随机数顺序相反；针对下一组比较器，当前比较器对应的真随机数序列的起始位后移一位后构成的真随机数序列对所述下一组比较器的第一组开关的开合进行控制。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述编码电路用于对所述数字信号进行编码处理，生成八组编码信号。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述子数模转换器包括四组电容以及针对每组电容对应设置的开关，其中第一组电容包括并联节点接地的多个电容，针对该第一组电容中的每个电容，都对应设置有第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，雷郎成，苏晨，刘凡，刘林涛，刘伦才，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50