本发明专利技术提供了一种对电荷耦合流水线模数转换器中差模误差进行校准的电路，该电路包括差模误差检测模块、误差量化模块、误差纠正模块和控制器模块。该差模误差校准电路能够自动检测全差分结构电荷耦合流水线模数转换器中由于元器件失配而引起的差模误差，并对该差模误差进行校准，将该差模误差的影响控制在模数转换器的最低分辨率要求以内，以克服工艺波动带来的元器件失配所造成的差模误差对现有电荷耦合流水线模数转换器的精度限制的问题，进一步提高现有电荷耦合流水线模数转换器的转换精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种流水线模数转换器的非理想特性的校准实现电路，尤其涉及一种电荷耦合流水线模数转换器中差模误差的校准电路。
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， 输入信号经过逐级的处理，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。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。电荷耦合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。电荷耦合 流水线模数转换器采用电荷耦合信号处理技术。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。一个电荷耦合流水线模数转换器通常包括以下模块(1) 一个电荷耦合采样保持 电路，其用于将模拟输入电压转换成对应大小成比例的电荷包，并将电荷包传输给第一级 子级电路；(2) N级基于电荷耦合信号处理技术的子级流水线电路，其用于对采样得到的电 荷包进行各种处理完成模数转换和余量放大，并将每一个子级电路的输出数字码输入到延时同步寄存器，且每一个子级电路输出的电荷包进入下一级重复上述过程；(3)最后一级 (第N+1级)电荷耦合子级流水线电路，其将第N级传输过来的电荷包重新转换成电压信 号，并进行最后一级的模数转换工作，并将本级电路的输出数字码输入到延时同步寄存器， 该级电路只完成模数转换，不进行余量放大；(4)延时同步寄存器，其用于对每个子流水级 输出的数字码进行延时对准，并将对齐的数字码输入到数字校正模块；(5)数字校正电路 模块，其用于接收同步寄存器的输出数字码，将接收的数字码进行移位相加，以得到模数转 换器数字输出码；(6)时钟信号产生电路，其用于提供前述所有电路模块工作需要的时钟 信号；(7)基准信号产生电路，其用于提供前述所有电路模块工作需要的基准信号和偏置 信号。对于采用全差分结构实现的电荷耦合流水线模数转换器来说，信号处理在两个互 补的正、负信号处理通路上同步进行，最后以两个信号通道处理结果的差值作为最终处理 结果。输入电压信号首先转换为全差分形式的两个电荷包，分别供正、负信号处理通路处理 量化，最后得到量化输出结果。采用全差分结构进行信号处理具有非常强的抗共模干扰特 性，并且可以使输入信号范围扩大为单端形式的两倍。然而要实现全差分结构信号处理电 路的高性能，其进行信号处理的正、负信号处理通路必须严格对称。在现有的CMOS工艺条 件下，由于工艺波动随机性以及其他各类非理性因素的存在，所实现的正、负信号处理通路 不能严格对称，而是存在一定的差模误差。对于精度在10位以下的电荷耦合流水线模数转 换器来说，现有CMOS工艺的工艺波动带来的元器件失配差模误差可以忽略不计。对于精度 达10位以上的电荷耦合流水线模数转换器，现有工艺条件带来的元器件失配差模误差将 不能忽略。因此要实现精度10位以上的全差分结构高精度电荷耦合流水线模数转换器，必 须提供一种对其正、负信号处理通路中元器件失配所带来的差模误差进行校准的电路，以 克服各种非理想特性所带来的元器件失配差模误差对电荷耦合流水线模数转换器精度的 限制。
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，提供一种对全差分结构电荷耦合流水线模数转换器中正、负信号处理通路间元器件失配所带来的差模误差进行校准的电路。按照本专利技术提供的技术方案，所述电荷耦合流水线模数转换器的差模误差校准电 路包括差模误差检测模块、误差量化模块、误差纠正模块和控制器模块；所述差模误差检测 模块用于根据校准基准信号产生差模误差；误差量化模块用于将所述差模误差进行量化； 控制器模块用于控制整个差模误差校准电路的工作，提供差模误差检测模块工作所需要的 校准码，并对误差量化模块的量化结果进行处理产生误差纠正模块工作所需要的纠错码； 误差纠正模块根据所述纠错码对全差分结构电荷耦合流水线模数转换器中正、负信号处理 通路进行校准。所述误差量化模块对差模误差检测模块产生的差模误差进行量化的量化精度高 于被校准电荷耦合流水线模数转换器中最后一级电荷耦合子级流水线电路的量化精度。所述误差纠正模块对被校准子级流水线电路中由电容失配所产生的电容误差量 Δ C的校准方法为在对电荷进行加减的基准电压上提供一个ΔΥ的校正电压量，AV满足下 式AV = ACXVr/(Cr-AC)。其中AC 被校准子级流水线电路中正、负信号处理通道中电荷存储电容值之差Cr 被校准子级流水线电路中电荷存储电容的理想值Vr 被校准子级流水线电路中对电荷包进行加减的基准电压值 Δ V 添加在上述对电荷包进行加减的基准电压上的校准电压值所述对电容误差量AC进行校准的方法的校准次序为先对第一级子级流水线电 路进行校准，在控制器模块判断对第一级子级流水线电路进行的校准完成之后再开始进行 对第二级子级流水线电路的校准工作，后续各级子级流水线电路采用相同的方式，在前级 电路校准完成之后再开始后级电路的校准工作。所述误差纠正模块的电路实现采用分布式结构误差纠正模块内部包括多个子误 差纠正电路，且子误差纠正电路的使用数目与整个电荷耦合流水线模数转换器中所有子级 流水线电路所使用基准信号选择电路的数目相同，即一个基准信号选择电路配套使用一个 所述子误差纠正电路。所述子误差纠正电路中N位纠错码通过一个N位电流型DAC和一个连接在DAC输 出端和地之间的电阻实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电荷耦合流水线模数转换器的差模误差校准电路，其特征是：包括差模误差检测模块、误差量化模块、误差纠正模块和控制器模块；所述差模误差检测模块用于根据校准基准信号产生差模误差；误差量化模块用于将所述差模误差进行量化；控制器模块用于控制整个差模误差校准电路的工作，提供差模误差检测模块工作所需要的校准码，并对误差量化模块的量化结果进行处理产生误差纠正模块工作所需要的纠错码；误差纠正模块根据所述纠错码对全差分结构电荷耦合流水线模数转换器中正、负信号处理通路进行校准。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈珍海，吴俊，季惠才，黄嵩人，
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：32[中国|江苏]
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