流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路制造技术

本发明专利技术涉及一种流水线模数转换器输入工模误差前馈补偿电路，其包括：输入共模误差检测电路，用于对输入信号的共模电平进行检测并进行处理，得到输入共模信号的误差量；可编程共模补偿产生电路，用于根据输入共模误差量产生共模补偿控制电压V

【技术实现步骤摘要】
流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路
本专利技术涉及一种前馈补偿电路，尤其是一种流水线模数转换器输入工模误差前馈补偿电路，具体地说是一种对电荷域流水线模数转换器中输入共模误差前馈的监测与补偿电路，属于流水线模数转换器的

技术介绍
随着数字信号处理技术的不断发展，电子系统的数字化和集成化是必然趋势。然而现实中的信号大都是连续变化的模拟量，需经过模数转换变成数字信号方可输入到数字系统中进行处理和控制，因而，模数转换器在未来的数字系统设计中是不可或缺的组成部分。在宽带通信、数字高清电视和雷达等应用领域，系统要求模数转换器同时具有非常高的采样速率和分辨率；这些应用领域的便携式终端产品对于模数转换器的要求不仅要高采样速率和高分辨率，其功耗还应该最小化。目前，能够同时实现高采样速率和高分辨率的模数转换器结构为流水线结构模数转换器。流水线结构是一种多级的转换结构，每一级使用低精度的基本结构的模数转换器，输入信号经过一级级的处理，最后由每级的结果组合生成高精度的输出。流水线结构模数转换器的基本思想就是把总体上要求的转换精度平均分配到每一级,每一级的转换结果合并在一起可以得到最终的转换结果。由于流水线结构模数转换器可以在速度、功耗和芯片面积上实现最好的折中，因此，在实现较高精度的模数转换时仍然能保持较高的速度和较低的功耗。现有比较成熟的实现流水线结构模数转换器的方式是基于开关电容技术的流水线结构。基于该技术的流水线模数转换器中，采样保持电路和各个子级电路的工作也都必须使用高增益和宽带宽的运算放大器；模数转换器的速度和处理精度取决于所使用高增益和超宽带宽的运算放大器负反馈的建立速度和精度。因此，该类流水线结构模数转换器设计的核心是所使用高增益和超宽带宽的运算放大器的设计。这些高增益和宽带宽运算放大器的使用限制了开关电容流水线模数转换器的速度和精度，成为该类模数转换器性能提高的主要限制瓶颈，并且精度不变的情况下模数转换器功耗水平随速度的提高呈直线上升趋势。要降低基于开关电容电路的流水线模数转换器的功耗水平，最直接的方法就是减少或者消去高增益和超宽带宽的运算放大器的使用。电荷域流水线模数转换器就是一种不使用高增益和超宽带宽的运算放大器的模数转换器，该结构模数转换器具有低功耗特性同时又能实现高速度和高精度。电荷域流水线模数转换器采用电荷域信号处理技术。电路中，信号以电荷包的形式表示，电荷包的大小代表不同大小的信号量，不同大小的电荷包在不同存储节点间的存储、传输、加/减、比较等处理实现信号处理功能。通过采用周期性的时钟来驱动控制不同大小的电荷包在不同存储节点间的信号处理便可以实现模数转换功能。如图1所示为一种可以采用的电荷域采样保持电路，该电路包括电荷传输控制开关(BCT)、通用MOS开关、采样电容Cs和控制电路工作的时钟。这里以最简单的采样和保持两相时钟说明电路的工作原理，实际电路的工作控制时钟将复杂得多。在采样时钟相位有效时，输入电压信号通过开关Kts输入，将输入电压Vinp和Vinn连接到采样电容Cs的顶极板，采样电容Cs的底板通过开关Kbs连接到共模电压Vcmi，输入电压就以一定量电荷的形式存储在采样电容Cs上；保持时钟相位有效时，采样电容Cs的顶极板通过开关Kth连接到共模电压Vcmi，采样电容Cs的底极板通过电荷传输控制开关Kcth将前半时钟相位采样得到的电荷包传输给第一级子级流水线电路，完成采样保持功能。整个采样保持过程中，输入全差分电压信号大小分别为Vinp和Vinn，输出对应电荷包大小为Qp和Qn，在理想情况下它们之间具有如下关系式：其中：Cs为采样电容大小；Vcmi为基准共模复位信号，与输入信号大小无关；Vop/Von为输出基准共模复位信号，与输入信号大小无关。通过上式可以看出，在理想情况下采样保持电路得到的差分电荷包Qd的大小与输入全差分电压信号Vd大小成正比关系。同样在理想情况下，输入共模电压信号保持不变，输出共模电压信号也保持不变，这样电荷域采样保持电路所得到的共模输出电荷Qcm就保持不变。实际电路中，全差分输入信号一般是通过单端信号经片外输入采样耦合电路处理得到相位差180°的差分互补信号。由于该输入采样耦合电路存在各类非理想特性，其输出的差分互补信号的共模电平会出现一定幅度的波动，同时其输出差分信号的相位差也会出现一定的误差，这样ADC输入全差分信号就可能会存在一定的共模偏移误差。对于高动态性能的ADC来说，这种输入信号所引起的共模误差的影响必须被消除或补偿。对于采用传统的开关电容技术的流水线模数转换器电路来说，其输入采样保持电路会使用一个高增益、宽带宽OTA电路来保证电路的速度和精度，只要设计OTA的共模抑制比达到ADC的精度要求，上述由于片外非理想特性所带来的共模偏移误差的影响完全可以控制在ADC精度要求内。而对于图1中所示的电荷域采样保持电路，由于取消了高增益运算放大器的使用，输入共模电压信号的变化将会直接影响输出共模电荷量Qcm，即电路没有任何共模抑制能力。因此，为提高电荷域流水线模数转换器的动态性能，必须提供一种对上述电荷域采样保持电路中由于输入信号所引起的共模误差进行补偿的电路。公开号为CN101882929A的文件提出了一种针对输入共模误差的数模混合补偿技术，以解决输入信号所引起的共模误差对电荷域ADC性能的影响。但是采用该技术需要采用大规模的数字控制电路和时序设计，在芯片上实现时需要占用很大的硬件资源。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，其有效克服输入差分信号共模误差对现有电荷域流水线模数转换器的动态性能的限制，能提高电荷域流水线模数转换器的动态性能，降低硬件资源的占用。按照本专利技术提供的技术方案，所述流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，包括：输入共模误差检测电路，用于对输入信号的共模电平进行检测并进行处理，得到输入共模信号的误差量；可编程共模补偿产生电路，用于根据输入共模误差量产生共模补偿控制电压VFF；共模调整电路，能根据共模补偿控制电压VFF调整下一级电荷域子级电路的共模电荷量。还包括两相不交叠的第一时钟Φ1和第二时钟Φ2进行；所述输入共模误差检测电路同时与第一时钟Φ1和第二时钟Φ2连接，所述可编程共模补偿产生电路与第二时钟Φ2连接；输入共模误差检测电路在第一时钟Φ1有效时，对第N级流水线子级电路的共模电平进行检测，以得到第N级流水线子级电路的共模电平，并将所述共模电平与基准共模电平进行比较，以得到共模信号的误差量，在第二时钟Φ2有效时将所述共模误差量传输给可编程共模补偿产生电路；可编程共模补偿产生电路在第二时钟Φ2有效时，根据接收到的共模误差量产生共模补偿控制电压VFF，并将共模补偿控制电压VFF输出共模调整电路；共模调整电路根据共模补偿控制电压VFF调整第N+1级电荷域子级电路的共模电荷量；其中N为任意正整数。输入共模误差检测电路包括第一电荷检测器、第二电荷检测器、第三电荷检测器以及第四电荷检测器，所述第一电荷检测器的输入端接收电荷信号QoutN,P，第二电荷检测器的输入端与基准信号Rp连接，第三电荷检测器的输入端与基准信号Rn连接，第四电荷检测器的输入端接收电荷信号QoutN,N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，其特征在于，包括：输入共模误差检测电路(1)，用于对输入信号的共模电平进行检测并进行处理，得到输入共模信号的误差量；可编程共模补偿产生电路(2)，用于根据输入共模误差量产生共模补偿控制电压V

【技术特征摘要】
1.一种流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，其特征在于，包括：输入共模误差检测电路(1)，用于对输入信号的共模电平进行检测并进行处理，得到输入共模信号的误差量；可编程共模补偿产生电路(2)，用于根据输入共模误差量产生共模补偿控制电压VFF；共模调整电路(3)，能根据共模补偿控制电压VFF调整下一级电荷域子级电路的共模电荷量。2.根据权利要求1所述的流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，其特征在于：还包括两相不交叠的第一时钟Φ1和第二时钟Φ2进行；所述输入共模误差检测电路(1)同时与第一时钟Φ1和第二时钟Φ2连接，所述可编程共模补偿产生电路(2)与第二时钟Φ2连接；输入共模误差检测电路(1)在第一时钟Φ1有效时，对第N级流水线子级电路的共模电平进行检测，以得到第N级流水线子级电路的共模电平，并将所述共模电平与基准共模电平进行比较，以得到共模信号的误差量，在第二时钟Φ2有效时将所述共模误差量传输给可编程共模补偿产生电路(2)；可编程共模补偿产生电路(2)在第二时钟Φ2有效时，根据接收到的共模误差量产生共模补偿控制电压VFF，并将共模补偿控制电压VFF输出共模调整电路(3)；共模调整电路(3)根据共模补偿控制电压VFF调整第N+1级电荷域子级电路的共模电荷量；其中N为任意正整数。3.根据权利要求2所述的流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，其特征在于：输入共模误差检测电路(1)包括第一电荷检测器(4)、第二电荷检测器(14)、第三电荷检测器(15)以及第四电荷检测器(16)，所述第一电荷检测器(4)的输入端接收电荷信号QoutN,P，第二电荷检测器(14)的输入端与基准信号Rp连接，第三电荷检测器(15)的输入端与基准信号Rn连接，第四电荷检测器(16)的输入端接收电荷信号QoutN,N，第一电荷检测器(4)的时钟端以及第四电荷检测器(16)的时钟端与第二时钟Φ2连接，第二电荷检测器(14)的时钟端以及第三电荷检测器(15)的时钟端均与第一时钟Φ1连接；第一电荷检测器(4)的输出端与相控开关K1的一端连接，第二电荷检测器(14)的输出端与相控开关K2的一端连接，第三电荷检测器(15)的输出端与相控开关K3的一端连接，第四电荷检测器(16)的输出端与相控开关K4的一端连接，相控开关K1的另一端、相控开关K2的另一端均与电容C1的一端连接，相控开关K3的另一端以及相控开关K4的另一端均与电容C2的一端连接；相控开关K2、相控开关K3的开关状态受第一时钟Φ1控制，相控开关K1、相控开关K4的开关状态受第二时钟Φ2控制；电容C1的另一端与相控开关K5的一端以及全差分运算放大器(17)的同相端连接，电容C2的另一端与相控开关K6的一端以及全差分运算放大器(17)的反相端连接，相控开关K5的另一端与相控开关K6的另一端连接，以得到电压Vset；相控开关K5、相控开关K6的开关状态均受第一时钟Φ1控制。4.根据权利要求3所述的流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路，其特征在于：所述第四电荷检测器(16)包括MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宗光，陈珍海，苏小波，薛颜，季惠才，张甘英，邹家轩，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32