一种流水线型模数转换器及其子转换级电路制造技术

本发明专利技术提供了一种用于流水线型模数转换器中的子转换级电路，包括一增益为Ａ的放大器、一个由比较器和数字单元构成的子模数转换器、电容值为Ｃ的第一电容、电容值为Ｃ－ΔＣ的第二电容以及特定的参考电压Ｖｒｅｆｋ，其中，若放大器的增益Ａ可调，该子转换级电路还包括一误差探测器，探测所述放大器的输出与所述参考电压Ｖｒｅｆ之间的差值，并对所述放大器的增益Ａ进行调整。本发明专利技术还提供了一种采用上述子转换级电路的流水线型模数转换器。本发明专利技术提供的流水线型模数转换器及其子转换级电路中放大器有限增益和电容失配所引起的两种误差的绝对值大小相同、符号相反，那么这两种误差就可以相互抵消。该子转换级电路就能实现无偏差转换，实现可校准电容失配和有限增益误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模数转换器领域，具体涉及一种采用低增益放大器的可校准电容失配 和有限增益误差的流水线型模数转换器。
技术介绍
模数转换器(ADC)是一种将模拟信号转换成数字信号，即对模拟信号进行数字化 (digitize)的元件。在高速模数转换器中，目前报道速度最快的是全并行(flash)结构。 然而，基于全并行结构的模数转换器需要大量极其精确和快速的比较器。这将消耗极大的 芯片面积和功率。众多模数转换器结构中，有不少能够克服全并行结构模数转换器的缺点， 流水线结构正是其中之一。而且，与其它模数转换器结构相比，流水线结构可以在速度、精 度、功耗以及芯片面积之间找到更好的权衡。图1是采用每级1. 5位结构的传统流水线型模数转换器框图。如图1所示，以分 辨率为10比特的模数转换器100为例。该模数转换器100包含了一个采样保持电路101、 子转换级电路102-109、全并行级电路120以及数字校正电路130。采样保持电路101在采 样阶段对输入的模拟信号进行采样，并随后在保持阶段将采样到的模拟信号输出。采样保 持电路101输出的模拟信号被第一级转换电路102量化成1. 5位的数字输出。子转换级电 路102-109的数字输出均为1. 5位，而最后一级的全并行级电路120的数字输出为2位。子 转换级电路102-109和全并行级电路120输出的数字都被传输到数字校正模块130进行处 理。同时，子转换级电路102-109输出的1.5位数字也被反馈给各级自身变成一个模拟量， 并与该级采样到的模拟输入信号比较，得到的差值被放大2倍后形成余量电压输出给后级 电路采样。每一级有效转换的信息量只有1位，另外半位用作冗余以减轻对比较器的失调 要求。数字校正电路130会对这些冗余信息进行处理并产生10位数字输出(子转换级电 路102-109各贡献1位，全并行级电路120贡献2位)。传统的流水线型模数转换器也可以 不用采样保持电路101。传统的流水线型模数转换器采用的全并行级电路120也可以不止 2 位，如取 3、4、5、6、7、8、9 位。各个子转换级电路102-109的电路框图是一致的，如图2A (采样阶段)和图2B (保 持阶段)所示。虽然图2A(采样阶段)和图2B(保持阶段)所示实施例为单端结构，但实 际上也可为差分结构，下同。单个子转换级电路包括一个放大器201、两个电容C1和C2、两 个比较器210和211以及一个数字单元220。在采样阶段，如图2A所示，放大器201的输出 和反向输入端相连，并与两个电容C1和C2的上极板相接；放大器201的正向输入端则短接 到一个直流电平(图中为接地)。C1和C2的下极板对输入模拟信号Vin并行采样，Vin同时 也作为两个比较器210和211的输入并分别与两个参考电压值(分别为V&/4和-Vref/4) 进行比较。数字单元220根据比较器的比较结果产生数字输出03其值为_1、0、或1)。在 保持阶段，如图2B所示，放大器201工作于放大模式，其反相输入端依然与C1和C2的上极 板相接；而其输出端与电容C2的下极板相连，电容C1的下极板则依据01的值与不同的参 考电压(_VMf、0、或Vref)相接。因此，放大器201的输出V。ut由输入模拟信号Vin、Di、电容C1和C2的比值、放大器201的增益A、以及参考电压V,ef共同决定。而为了使输出V。ut与输入 模拟信号Vin形成一个精确的2倍关系，C1和C2需要完美匹配且放大器201的增益要无限 大。图3为传统1. 5位子转换级电路的理想转换特性曲线。如图3所示，当Vin取Vref/4 和-V&/4时分别对应两个阈值点(或称为转折点)。综上所述，在流水线型结构中，电容失配和有限放大器增益均会影响模数转换器 的性能。用来补偿电容失配的校准技术已有不少，如专利号为u. S. Pat. No. 6，184，809和 U. S. Pat. No. 7，233，276的美国专利。针对有限放大器增益误差进行补偿的技术也有很多， 如专利号为U. S. Pat. No. 6，784，814和U. S. Pat. No. 6，563，445的美国专利。此外，专利号 为U. S. Pat. No. 6，232，898的美国专利中提供的数字校准技术对电容失配和有限放大器增 益误差均能进行校正。但是，一般而言，这些方法要么难以实现，要么非常耗时，要么需要额 外的转换处理步骤，或者兼而有之。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种用于流水线型模数转换器中的可校准电 容失配和有限增益误差的子转换级电路。本专利技术所要解决的技术问题还在于提供一种应用上述子转换级电路的流水线型 模数转换器。为解决上述技术问题，本专利技术的总体思路是在流水线型模数转换器的子转换级电 路中，使得由放大器有限增益和电容失配所引起的两种误差的绝对值大小相同、符号相反， 那么这两种误差就可以相互抵消。该子转换级电路就能实现无偏差转换，实现可校准电容 失配和有限增益误差。应用该子转换级电路的流水线型模数转换器也能够实现可校准电容 失配和有限增益误差。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于流水线型模数转换器中的子转换级 电路，包括一增益为A的放大器、一个由比较器和数字单元构成的子模数转换器、以及电容 值为C的第一电容和电容值为C-AC的第二电容，所述第一电容选择性地连接到模拟输入 节点与所述放大器的输入端之间，或者特定参考电压_VMfk、0、Vrefk之一与所述放大器的输 入端之间；所述第二电容选择性地连接到模拟输入节点与所述放大器的输入端之间，或者所述放大器的输入端与所述放大器的输出端之间；其中，# = 1 Vrefk = Vref[\-^\ ACC A + 2 ,V 儿 J；为电容失配，是传统流水线型模数转换器中的参考电压。下文称之为无偏差子转换级电路。进一步的，所述子转换级电路工作包括采样阶段和保持阶段，其中在采样阶段时， 所述第一电容和所述第二电容分别连接到所述模拟输入节点与所述放大器的输入端之间； 在保持阶段，所述第一电容连接到特定参考电压-vrefk、0、VMfk之一与所述放大器的输入端 之间，所述第二电容连接到所述放大器的输入端与所述放大器的输出端之间。可选的，所述特定参考电压VMfk用一存储器存储。进一步的，本专利技术还提供了另一种子转换级电路，其与上述子转换级电路区别在 于，所述放大器的增益A可调；并且该子转换级电路还包括一误差探测器和一存储器，并且该子转换级电路具有两种工作模式正常工作模式和校准模式；正常工作模式下，在采样阶段时，所述第一电容和所述第二电容连接到所述模拟 输入节点与所述放大器的输入端之间；在保持阶段时，所述第一电容连接到特定参考电 压-vMfk、o、VMfk之一与所述放大器的输入端之间，所述第二电容连接到所述放大器的输入 端与所述放大器的输出端之间；校准模式下，在采样阶段时，所述第一电容和所述第二电容连接到参考电压Vref/2与所述放大器的输入端之间；在保持阶段时，所述第一电容连接到地与所述放大器的输入端之间，所述第二电容连接到所述放大器的输入端与所述放大器的输出端之间；所述误差探测器探测所述放大器的输出与所述参考电压之间的差值；所述误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于流水线型模数转换器中的子转换级电路，包括一增益为Ａ的放大器、一个由比较器和数字单元构成的子模数转换器、以及电容值为Ｃ的第一电容和电容值为Ｃ－ΔＣ的第二电容，其特征在于，所述第一电容选择性地连接到模拟输入节点与所述放大器的输入端之间，或者特定参考电压－Ｖ↓［ｒｅｆｋ、０］、Ｖ↓［ｒｅｆｋ］之一与所述放大器的输入端之间；所述第二电容选择性地连接到模拟输入节点与所述放大器的输入端之间，或者所述放大器的输入端与所述放大器的输出端之间；其中，ΔＣ／Ｃ＝４／Ａ＋２，Ｖｒｅｆｋ＝Ｖｒｅｆ（１－ΔＣ／２Ｃ）；ΔＣ为电容失配，Ｖ↓［ｒｅｆ］是传统流水线型模数转换器中的参考电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诚，袁及人，
申请(专利权)人：上海萌芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]