[发明专利]一种模数转换器前端采样保持和余量放大的电路

说明书

技术领域

本发明涉及流水线操作模数转换器技术领域，尤其涉及一种流水线操作模数转换器前端采样保持和余量放大的电路。

背景技术

模数转换器是混合信号系统中的重要组成部分，有多种结构类型，其中流水线结构有利于模数转换器在功耗、面积、速度和精度之间进行折中，因而受到广泛应用。

传统的流水线操作模数转换器前端需要一个精确的采样保持电路[]，该采样保持电路不可避免地引入了噪声和各种误差，但其精度要求在各个流水线子级中是最高的，因此它消耗了流水线模数转换器大部分的功耗。

消除流水线模数转换器前端的采样保持电路大大减小了电路的功耗，但输入信号到达第一级MDAC和第一级子模数转换器的时间常数不一致，使得模数转换器的精度大大降低。传统的采样保持电路消除技术通过精确地设计电容和开关的尺寸使这两条信号路径的时间常数保持一致，但工艺变动和时钟偏差等因素仍然限制了精度的提高。第二种解决方案是在采样相采样电容采样后，保持所采信号并由子模数转换器作粗量化，然后在下一相再进行余量放大[]，但该方案需将原有的采样相分割成采样相和粗量化相，从而限制了采样率的进一步提高。另外一种方法通过在前端采样保持电路和第一级MDAC之间共享运放从而降低电路的功耗[]，但由于采样保持电路和第一级MDAC各用一套采样电容，当第一级MDAC的采样电容采样时仍然会引入各种误差，不利于精度的提高。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种流水线操作模数转换器前端采样保持和余量放大的电路，该电路能降低电路的功耗，提高模数转换器的精度。

为达到上述目的，本发明提供了一种流水线操作模数转换器前端采样保持和余量放大的电路，该电路包括运放(1)、第一开关电容单元(2)、第二开关电容单元(3)和两个采样开关(4)；其中，第一开关电容单元(2)、第二开关电容单元(3)交替与运放(1)和两个采样开关(4)组成采样保持或余量放大电路；在采样相，第一开关电容单元(2)或者第二开关电容单元(3)和两个采样开关(4)采样当前的信号，同时第二开关电容单元(3)或者第一开关电容单元(2)和运放(1)对上一次采样到的样本进行余量放大；在保持相，第一开关电容单元(2)或者第二开关电容单元(3)和运放(1)对当前的样本进行保持。

上述方案中，该电路采用第一开关电容单元或者第二开关电容单元和两个采样开关进行采样，使得两套开关电容单元在每个时钟周期的同一边沿时刻进行采样。

上述方案中，该电路在四相互不交叠时钟ph1、ph2、ph3和ph4的控制下工作，其中，

在ph1相，第一开关电容单元进行采样，同时第二开关电容单元对ph3相采样到的电压进行余量放大，此时，电容Csp1和Cfp1的底极板接差分输入电压的正端Vinp，电容Csn1和Cfn1的底极板接差分输入电压的负端Vinn，这四个电容的上极板分别经过两个采样开关接运放的输入共模电压Vicom，另外，电容Csp2和Csn2的上极板分别接运放的差分输入端opinp和opinn，底极板分别接本级子数模转换器的差分输出Vdacp和Vdacn，电容Cfp2和Cfn2的上极板分别接运放的差分输入端opinp和opinn，底极板分别接运放的差分输出端outn和outp；

在ph2相，第一开关电容单元对ph1相采样到的电压进行保持，第二开关电容单元放电清零，此时，电容Cfp1和Cfn1的上极板分别接运放的差分输入端opinp和opinn，底极板分别接运放的差分输出端outn和outp，电容Csp1和Csn1的上极板分别接运放的差分输入端opinp和opinn，底极板悬空，另外，电容Csp2、Csn2、Cfp2和Cfn2的上极板都接运放的输入共模电压Vicom，底极板都接运放的输出共模电压Vocom；

在ph3相，第二开关电容单元进行采样，同时第一开关电容单元对ph1相采样到的电压进行余量放大，此时，电容Csp2和Cfp2的底极板接差分输入电压的正端Vinp，电容Csn2和Cfn2的底极板接差分输入电压的负端Vinn，这四个电容的上极板分别经过两个采样开关接运放的输入共模电压Vicom，另外，电容Csp1和Csn1的上极板分别接运放的差分输入端opinp和opinn，底极板分别接本级子数模转换器的差分输出Vdacp和Vdacn，电容Cfp1和Cfn1的上极板分别接运放的差分输入端opinp和opinn，底极板分别接运放的差分输出端outn和outp；