[发明专利]一种流水线式模数转换器的前向误差补偿校正方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流水线式模数转换器的误差校正方法，特别是关于一种流水线式模数转换器的前向误差补偿校正方法及装置。

背景技术

随着电子技术以及计算机技术的发展，利用数字信号系统处理模拟信号的情况变得越来越普遍。但是在实际生活中，大多数的信号都是以模拟量的形式而存在。现实世界，由传感器转化的电信号形式的模拟量需要通过模数转换器(ADC)变成数字信号，才可输入数字系统进行处理和控制。因此，将模拟量转化为数字量的接口电路ADC是模拟信号和数字信号的桥梁，同样也是电子技术发展的重点和瓶颈所在。为了适应计算机，通讯和多媒体技术数字化进程的迅速发展，ADC无论在架构、工艺，还是性能需求上都产生了巨大的变化，高分辨率、高速、低功耗已经成为了必然的发展趋势。

当前流行的ADC类型，有传统的并行，逐次逼近型，积分型，也有近几年蓬勃发展的∑-Δ型和流水线式ADC。并行ADC速度快，但是由于工艺和结构的限制，很难做到高分辨率。逐次逼近型，积分型和∑-Δ型ADC精度高，但是其转换原理限制了它们的转换速度。其中流水线式是最有前途的ADC架构，其高速高分辨率的特点非常符合当前的应用需求。

如图1所示，流水线式模拟数字转换器(pipeline ADC)是一种在高分辨率、高速的模数转换应用中很常见的架构。流水线式ADC一般由多个串联的子流水级组成，每一级分辨B位。在每一级内，模拟输入首先被采样保持。然后其值被一个子模数转换器(sub-ADC)量化为B位，如图2所示。量化值通过一个数模转换器(DAC)从原始的输入信号中减去以产生余量，此余量通过一个余量放大器乘以2B以恢复到原始满摆幅量程，输出值在下一个时钟周期送入下一流水级进行进一步量化。每一个流水级在两相不交叠时钟控制下获得了高吞吐量，在每一个时钟周期可以得到一个转换值。采样速率只是受单级转换速率的影响。

流水线式ADC相较于其它架构有着相当多的优势，简单的增加流水级级数就可提高分辨率，只要消耗较多的硬件和面积开销就可以达到目的。而由于采用数字校正(Digital Correction)技术，sub-ADC的精度要求被大大降低。但是，因其需要一个精确的采样保持电路以得到良好的保持模拟输入电平，这样就对运算放大器性能提出了更高的要求。例如，一个12位分辨率，100MHz采样频率的流水线ADC中使用的运算放大器通常需要增益A＞90dB，增益带宽积GBW＞500MHz。这类高性能运算放大器限制了吞吐率，并大大增加了功耗开销。因此，运算放大器增益和GBW的不足已经成为了限制流水线ADC性能的主要瓶颈。现有针对此问题的误差校正方法一般都采用后级流水级计算前级流水级的误差并且进行反馈补偿。由于这类方法并没有从根本上解决功耗和速度的问题，因此应用前景有限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种流水线式模数转换器的前向误差补偿校正方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种流水线式模数转换器的前向误差补偿校正方法，包括以下内容：

(1)设置包括若干个由三个运算放大器组成的单元，所述运算放大器分别为上级子流水级、下级子流水级、前向误差补偿电路，由两相不交叠的时钟开关CLKS和CLKH控制。

(2)当子流水级中采样保持电路处于保持阶段时，输出点的电压误差会反映到其运算放大器的输入虚地点上；上级子流水级运算放大器输入虚地点电压误差值通过一个前向误差补偿电路保持并传递，与下级子流水级的输入电压进行比较计算，使上级子流水级的输出电压误差得到精确补偿；

(3)实现前向误差补偿的采样保持电路与流水级使用同样的时钟信号。

在所述前向误差补偿校正装置当CLKS为高电平时，上级子流水级采样，下级子流水级保持，前向误差补偿电路保持；当CLKH为高电平时，上级子流水级进入保持阶段，前向误差补偿电路采样误差信号。

在所述子上级流水级处于保持阶段时，其输入虚地点x的电压VX计算方法如下：

其中

C_F：子流水级的保持电容

C_S：子流水级的采样电容

C_EF：前向误差补偿电路的保持电容

C_ES：前向误差补偿电路的采样电容

VIN：上级子流水级的输入电压