【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路设计中的模数转换器(adc)电路，特别涉及流水线逐次逼近型模数转换器电路，具体涉及一种降低流水线逐次逼近型adc级间直流偏差的负反馈环路。
技术介绍
1、流水线逐次逼近型模数转换器是当前adc领域在先进工艺下的主流基础架构。此类adc结构主要应用于高速(采样率100msps到1gsps)高精度(转换位宽12比特及以上)adc场景。图1为一种常规的流水线逐次逼近型adc的电路结构图，该流水线逐次逼近型adc采用三级流水线，它主要由2类模块组成，1类是子级逐次逼近型模数转换器(sub-saradc)，1类是级间余量放大器(ra)，其中，如图1所示，sub-adc1、ra1、sub-adc2、ra2以及sub-adc3依次级联形成三级流水线结构，而sub-adc1作为第一级完成信号的采样，最终各级sub-adc的数字输出通过数字信号处理后得到最终的转换数字输出。该流水线逐次逼近型adc的工作原理为：前级子模数转换器sub-adc产生的余量放大转移到后级sub-adc进一步转换，而余量转移结束后前级sub-adc能立即开始下一次采样信号的转换，因此对于流水线逐次逼近型模数转换器，其转换时间仅为单个sub-adc的转换时间加上信号采样或者余量转移的时间，而其转换位宽为各级sub-adc转换位宽之和减去冗余转换位宽，这个机制为流水线逐次逼近型adc提供了高转换速率(高速)和高转换位宽(高精度)。
2、目前，流水线逐次逼近型adc的主要限制是级间增益误差和级间直流偏差(dcoffset)。其中，级间增益误差可
3、级间直流偏差由两部分简单相加组成；一部分是前级子模块模数转换器的比较器直流偏差，另一部分是级间余量放大器的直流偏差，这两部分直流偏差是由工艺失配导致的。目前主要的优化方式有三种：第一种是通过版图匹配技术来降低工艺失配，这种方式对adc性能几乎没有代价，但只能优化部分直流偏差；第二种是使用自动调零的比较器，此类比较器相比常规的比较器比较时间会更长，而adc的转换时间主要由比较器的比较时间贡献，因此它会严重影响adc的转换速度，此外由于级间放大器的直流偏差仍然存在，设计仍需要考虑这部分级间直流偏差；第三种是通过检测输出数字码的直流偏差去调节比较器的输入对管的背栅电压进而调节比较器的直流偏差，从而获得整体更接近0的级间直流偏差。其中，采用第三种方式的一种传统的降低级间直流偏差的数字调节环路的工作原理图如图2所示，前级sub-adc通过ra与后级sub-adc级联完成余量信号转移，后级sub-adc的数字输出通过数字直流偏差检测电路处理后(通常是对大量数据取平均值)得到数字直流偏差进而产生对应的数字调节码，再将数字直流偏差通过数模转换器得到调节电压并输入到前级sub-adc的比较器背栅进行直流偏差调节。常规的比较器背栅的结构如图3所示，包括2个深n井晶体管dnw1和dnw2以及一个常规晶体管nmos1，其中比较器输入n接dnw1的栅端，比较器输入p接dnw2的栅端，比较器时钟接nmos1的栅端，nmos1的源级接地，漏级接dnw1和dnw2的源级，dnw1的漏级和dnw2的漏分别连级接比较器剩余电路。定义栅端(g)连接比较器差分输入p和n的晶体管(nmos或者pmos)为比较器输入对管，背栅p和背栅n分别为对应的背栅，而晶体管的背栅(bulk)电压通常用来调节晶体管的阈值电压，因此对于差分输入对管的背栅电压，它们的差值能产生一个阈值电压差值，进而调节直流偏差(dc offset)。这种方式的优点是几乎不会影响比较器的速度，缺点是通过数字码的直流偏差去调节背栅电压需要额外的数字电路产生调节数字码和dac电路产生调节电压，并且当直流偏差发生变化时需要实时调节(例如温度、供电电压发生变化)，这也意味着额外的功耗代价。上述提到的第三种方式结合第一种方式是目前高性能流水线逐次逼近型adc实现低级间直流偏差的主要方式，降低级间直流偏差可以降低流水线逐次逼近型adc的冗余转换位宽或者提高良率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种降低流水线逐次逼近型adc级间直流偏差的负反馈环路。本专利技术实现成本低(低硬件开销，低功耗和低设计难度)，并且由于模拟负反馈的特性，当级间直流偏差随温度、供电电压、老化等因素变化后，本专利技术也能实时通过负反馈去降低流水线逐次逼近型adc的级间直流偏差。
2、本专利技术实施例提出一种降低流水线逐次逼近型adc级间直流偏差的负反馈环路，包括：前级子模数转换器sub-adc、后级sub-adc、余量放大器ra和低通滤波器；所述前级sub-adc的余量输出连接所述余量放大器ra的输入，所述余量放大器ra的输出分别连接所述后级sub-adc的余量输入和所述低通滤波器的输入，所述低通滤波器的输出连接所述前级sub-adc的比较器背栅。
3、在本专利技术的一个具体实施例中，所述低通滤波器采用一阶r-c低通滤波器，所述一阶r-c低通滤波器的电阻r和电容c的乘积决定所述低通滤波器的带宽。
4、在本专利技术的一个具体实施例中，所述负反馈环路的工作原理为：
5、记余量放大器增益为a，前级sub-adc第i次的转换余量为xi，级间直流偏差为os,则余量放大器第i次的输出电压为a*(xi+os)，其中xi是一个交流信号，xi的平均值等于0；
6、当低通滤波器的输入信号为a*(xi+os)时，低通滤波器的输出大小为a*os的直流偏差电压，该直流偏差电压为差分电压，所述差分电压接到前级sub-adc的比较器背栅；当初始直流偏差os不为0时，比较器的背栅电压差a*os产生一个反方向的直流偏差-a*os*b以降低级间直流偏差，其中b为晶体管背栅电压对阈值的影响系数。
7、在本专利技术的一个具体实施例中，所述负反馈环路达到稳定时的直流偏差os1满足：os-os1*a*b＝os1，则os1＝os*1/(1+a*b)。
8、本专利技术的特点及有益效果在于：
9、本专利技术将模拟负反馈的思想用于降低级间直流偏差的问题中，使用一阶r-c低通滤波器得到被余量放大器放大后的级间直流偏差电压值(差分电压)，将这个差分电压直接接到前级sub-adc的比较器的输入对管的背栅，形成一个模拟负反馈环路，通过负本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降低流水线逐次逼近型ADC级间直流偏差的负反馈环路，其特征在于，包括：前级子模数转换器sub-ADC、后级sub-ADC、余量放大器RA和低通滤波器；所述前级sub-ADC的余量输出连接所述余量放大器RA的输入，所述余量放大器RA的输出分别连接所述后级sub-ADC的余量输入和所述低通滤波器的输入，所述低通滤波器的输出连接所述前级sub-ADC的比较器背栅。
2.根据权利要求1所述的负反馈环路,其特征在于，所述低通滤波器采用一阶R-C低通滤波器，所述一阶R-C低通滤波器的电阻R和电容C的乘积决定所述低通滤波器的带宽。
3.根据权利要求2所述的负反馈环路,其特征在于，所述负反馈环路的工作原理为：
4.根据权利要求3所述的负反馈环路,其特征在于，所述负反馈环路达到稳定时的直流偏差OS1满足：OS-OS1*A*B＝OS1，则OS1＝OS*1/(1+A*B)。
【技术特征摘要】
1.一种降低流水线逐次逼近型adc级间直流偏差的负反馈环路，其特征在于，包括：前级子模数转换器sub-adc、后级sub-adc、余量放大器ra和低通滤波器；所述前级sub-adc的余量输出连接所述余量放大器ra的输入，所述余量放大器ra的输出分别连接所述后级sub-adc的余量输入和所述低通滤波器的输入，所述低通滤波器的输出连接所述前级sub-adc的比较器背栅。
2.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭啸峰，陈振骐，陈润，陈勇刚，
申请(专利权)人：深圳市纽瑞芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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