[发明专利]一种管道式差分模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种模数转换器，尤其涉及管道式差分模数转换器，属于微电子技术领域。

背景技术

近年来，模数转换的技术在许多应用上扮演着相当重要的角色，模数转换器(ADC)将现实生活中的模拟信息转换为数字信号，是现实世界和数字世界之间的桥梁。在通信领域，消费电子领域，工业控制领域会经常用到。面对实际应用中越来越高的要求，对模数转换器的采样频率、分辨率、稳定性、功率消耗和面积要求都越来越高。

而管道式模数转换器在几种较流行的模数转换器中以其优秀的分辨率和采样率表现被频繁应用。就管道式模数转换器而言，相邻两级之间残差值的传递是最影响模数转换器分辨率和工作频率的因素，现有的残差值传递的方案主要是通过单端运算跨导放大器来实现的，而这种方案不利于差分模数转换器的实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确的管道式差分模数转换器。

为了解决这个问题，我们在管道式差分模数转换器的设计中提出一种利用差分运算跨导放大器结合开关电容来实现管道式差分模数转换器中前一级向后一级提供精确残差值的电路。本发明的转换器可以避免单端运算跨导放大器不易于实现差分模数转换的问题。

管道式模数转换器是利用多级子ADC同时工作来获得高的分辨率，而其中每一级子ADC只需要获得较低的分辨率就可以了；再将该级子ADC量化后所产生的量化误差放大，得到残差值送至下一级子ADC作为下一级子ADC的输入。

由上面的分析，我们知道在管道式模数转换器中，每一级子ADC都需要给下一级子ADC提供该级量化后所剩下的残差值，而在1.5位每级的设计当中，每一级子ADC需要给下一级子ADC提供的残差值输出VON与模拟输入VIN之间的关系如下所表示：

VON＝2(VIN)-V_inmax  当VIN＞V_inmax/4                   (1)

VON＝2(VIN)         当V_inmax/4＞VIN＞-V_inmax/4        (2)

VON＝2(VIN)+V_inmax  当VIN＜-V_inmax/4                  (3)

而同时：

VDAC＝V_inmax      当VIN＞V_inmax/4             (4)

VDAC＝0           当V_inmax/4＞VIN＞-V_inmax/4  (5)

VDAC＝-V_inmax     当VIN＜-V_inmax/4            (6)

即

VON＝2(VIN)-VDAC                              (7)

正如图1中转移特性曲线所示。每一级子ADC需要给下一级子ADC提供的残差值输出VON与模拟输入VIN之间的转移特性曲线，其中Vin就代表了该级子ADC的模拟输入，而residue就代表了该级子ADC需要给下一级子ADC提供的残差值，而图中out＝00，01，10则代表相应的该级子ADC的量化结果。

很显然，这是易于单端实现的，那么我们怎么利用差分CMOS电路实现这样的转移特性曲线呢？

当前的设计一般都是采用单端运算跨导放大器来实现这样的功能，如附图2，3所示。可以看到，当时钟工作在PHI_1相位时，电路如图2所示工作，输入经过开关连接在两个电容上底板上；而电容的下底板连接到地上。此时电容上存储的电荷为Q＝(C+C)(Vin)。

而当时钟工作在PHI_2相位时，电路如图3所示，在运算跨导放大器正输入端通过一个电容与2Vdac连接；同时，在运算跨导放大器的输出端也接一个反馈电容连接到单端运算跨导放大器的正输入端。此时电容上存储的电荷为Q＝(C+C)(Vin)＝C^*Vout+C*2Vdac。

通过比较两式，就可以得出Vout为我们所需得到的残差值。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种管道式差分模数转换器，其特征在于其中的残差值产生电路的电路连接关系为：

差分输入正端分别经过开关MOS管1与电容C1的上底板连接，经过开关MOS管2与电容C2的上底板连接；

所述电容C1和C2的下底板与一差分运算跨导放大器的正输入端连接；