可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路制造技术

本发明专利技术涉及一种可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，其包括第一数模混合控制型电荷传输电路以及第二数模混合控制型电荷传输电路；还包括第一共模电荷检测电路、共模前馈电路、第二共模电荷检测电路、检测处理电路、共模电荷调整电路、M位调整寄存器以及校准控制器；本发明专利技术能够自动检测电荷域流水线模数转换器中的共模电荷误差，并对该共模电荷误差进行精确补偿，以克服共模电荷误差对现有电荷域流水线模数转换器的动态性能的限制，进一步提高现有电荷域流水线模数转换器的转换性能。

【技术实现步骤摘要】
可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路
本专利技术涉及一种模数转换器的信号传输电路，尤其是一种可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，具体地说说用于电荷域流水线模数转换器中的可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，属于微电子的

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（ADC）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。其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。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。然而，其面临的一个突出问题是其性能易受共模电荷误差的影响而产生性能恶化。在影响共模电荷的诸多因素中，子级电路之间的电荷传输电路模块的影响至关重要。对于高效电荷传输电路的实现，现有的技术实现方式典型的包括如下文献：US2007/0279507A1的专利文件提出了一种基本增强型电荷传输电路，可大幅提高电荷传输技术。公开号为CN102394650A的文件提出了一种伪差动辅助型电荷传输电路，可抑制PVT波动对电荷传输引起的共模电荷误差的影响。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。因此为进一步提升电荷域流水线ADC的精度，设计可精确控制共模电荷量的差分电荷传输电路很有意义。
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，提供一种可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，其能提高电荷域流水线模数转换器的性能，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，包括第一数模混合控制型电荷传输电路以及第二数模混合控制型电荷传输电路；还包括第一共模电荷检测电路、共模前馈电路、第二共模电荷检测电路、检测处理电路、共模电荷调整电路、M位调整寄存器以及校准控制器；差分输入端Qin,p、差分输入端Qin,n分别连接到第一共模电荷检测电路的差分电荷输入端，第一共模电荷检测电路的输出端连接到共模前馈电路的输入端；共模前馈电路的输出端Vf同时连接到第一数模混合控制型电荷传输电路的第一共模调整信号输入端FF、第二数模混合控制型电荷传输电路的第一共模调整信号输入端FF；第一数模混合控制型电荷传输电路的输出端、第二数模混合控制型电荷传输电路的输出端分别连接到第二共模电荷检测电路的差分电荷输入端，第二共模电荷检测电路的输出端连接到检测处理电路的输入端；检测处理电路的输出端连接到校准控制器的检测信号输入端；校准控制器的M位补偿码输出端连接到M位调整寄存器的信号输入端，M位调整寄存器的信号输出端连接到共模电荷调整电路的控制信号输入端；共模电荷调整电路的控制信号输出端同时连接到第一数模混合控制型电荷传输电路的第二共模调整信号输入端FB、第二数模混合控制型电荷传输电路的第二共模调整信号输入端FB。校准控制器能控制进入校准模式或正常工作模式；首先进入校准模式，校准控制器将第一模数混合控制型电荷传输电路、第二数模混合控制型电荷传输电路对应的差分输入端连接到输入基准电压；紧接着开启第一共模电荷检测电路以及第二共模电荷检测电路，第二共模电荷检测电路的输出依次被检测处理电路进行统计处理，然后由校准控制器进行运算，对M位调整寄存器进行赋值；共模电荷调整电路根据M位调整寄存器的M位数字码产生补偿电压Vadj，在所述补偿电压Vadj的作用下，控制第一数模混合控制型电荷传输电路、第二数模混合控制型电荷传输电路相应的输出共模电荷量；最后，校准控制器开启共模前馈电路，并使得第一数模混合控制型电荷传输电路的差分电荷输入端、第二数模混合控制型电荷传输电路的差分电荷输入端重新连接差分输入端Qin,N、差分输入端Qin,P；完成上述后，校准控制控制进入正常传输模式；在进入正常传输模式后，校准控制器和检测处理电路进入休眠模式。第二共模电荷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；第一电荷检测器、第四电荷检测器分别连接差分电荷输出端Qout,p、全差分电荷输出端QoutKn；第一电荷检测器的输出端与采样开关S1的一端连接，采样开关S1的另一端与电容C1的一端以及采样开关S2的一端连接，采样开关S2的另一端与第二电荷检测器的输出端连接，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，第三电荷检测器的输出端与采样开关S3的一端连接，采样开关S3的另一端与电容C2的一端以及采样开关S4的一端连接，采样开关S4的另一端与第四电荷检测器的输出端连接，电容C1的另一端与采样开关S5的一端以及全差分放大器的正输入端连接，电容C2的另一端与采样开关S6以及全差分放大器的负输入端连接，采样开关S6的另一端与采样开关S5的另一端连接，且采样开关S5的另一端以及采样开关S6的另一端接电压VSet；第一电荷检测器、第四电荷检测器、采样开关S1、采样开关S4连接第二时钟Φ2，第二电荷检测器、第三电荷检测器、采样开关S2、采样开关S3、采样开关S5以及采样开关S6连接第一时钟Φ1，第一时钟Φ1与第二时钟Φ2相互不交叠。共模前馈电路包括PMOS电流镜电路、差分输入对、电流镜偏置电路；所述PMOS电流镜电路包括PMOS管M3及PMOS管M4，所述PMOS管M3的栅极端与PMOS管M3的漏极端、PMOS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，包括第一数模混合控制型电荷传输电路（3）以及第二数模混合控制型电荷传输电路（4）；其特征是：还包括第一共模电荷检测电路（1）、共模前馈电路（2）、第二共模电荷检测电路（5）、检测处理电路（7）、共模电荷调整电路（6）、M位调整寄存器（8）以及校准控制器（9）；差分输入端

【技术特征摘要】
1.一种可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，包括第一数模混合控制型电荷传输电路（3）以及第二数模混合控制型电荷传输电路（4）；其特征是：还包括第一共模电荷检测电路（1）、共模前馈电路（2）、第二共模电荷检测电路（5）、检测处理电路（7）、共模电荷调整电路（6）、M位调整寄存器（8）以及校准控制器（9）；差分输入端Qin,p、差分输入端Qin,n分别连接到第一共模电荷检测电路（1）的差分电荷输入端，第一共模电荷检测电路（1）的输出端连接到共模前馈电路（2）的输入端；共模前馈电路（2）的输出端Vf同时连接到第一数模混合控制型电荷传输电路（3）的第一共模调整信号输入端FF、第二数模混合控制型电荷传输电路（4）的第一共模调整信号输入端FF；第一数模混合控制型电荷传输电路（3）的输出端、第二数模混合控制型电荷传输电路（4）的输出端分别连接到第二共模电荷检测电路（5）的差分电荷输入端，第二共模电荷检测电路（5）的输出端连接到检测处理电路（7）的输入端；检测处理电路（7）的输出端连接到校准控制器（9）的检测信号输入端；校准控制器（9）的M位补偿码输出端连接到M位调整寄存器（8）的信号输入端，M位调整寄存器（8）的信号输出端连接到共模电荷调整电路（6）的控制信号输入端；共模电荷调整电路（6）的控制信号输出端同时连接到第一数模混合控制型电荷传输电路（3）的第二共模调整信号输入端FB、第二数模混合控制型电荷传输电路（4）的第二共模调整信号输入端FB。2.根据权利要求1所述的可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，其特征是：校准控制器（9）能控制进入校准模式或正常工作模式；首先进入校准模式，校准控制器（9）将第一模数混合控制型电荷传输电路（3）、第二数模混合控制型电荷传输电路（4）对应的差分输入端连接到输入基准电压；紧接着开启第一共模电荷检测电路（1）以及第二共模电荷检测电路（5），第二共模电荷检测电路（5）的输出依次被检测处理电路（7）进行统计处理，然后由校准控制器（9）进行运算，对M位调整寄存器（8）进行赋值；共模电荷调整电路（6）根据M位调整寄存器（8）的M位数字码产生补偿电压Vadj，在所述补偿电压Vadj的作用下，控制第一数模混合控制型电荷传输电路（3）、第二数模混合控制型电荷传输电路（4）相应的输出共模电荷量；最后，校准控制器（9）开启共模前馈电路（2），并使得第一数模混合控制型电荷传输电路（3）的差分电荷输入端、第二数模混合控制型电荷传输电路（4）的差分电荷输入端重新连接差分输入端Qin,N、差分输入端Qin,P；完成上述后，校准控制（9）控制进入正常传输模式；在进入正常传输模式后，校准控制器（9）和检测处理电路（7）进入休眠模式。3.根据权利要求1所述的可精确控制共模电荷量的全差分电荷传输电路，其特征是：第二共模电荷检测电路（5）包括第一电荷检测器（12）、第二电荷检测器（13）、第三电荷检测器（14）以及第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈珍海，魏敬和，于宗光，邹家轩，吕海江，钱宏文，季惠才，刘琦，
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