[发明专利]流水线A/D转换器及其带溢出标识位的数字校正方法

说明书

技术领域

本发明属于模数转换技术领域，具体涉及一种流水线A/D转换器及其带溢出标识位的数字校正方法。

背景技术

流水线结构的A/D转换器是目前最流行的高速高分辨率的A/D转换器结构，因此高速高分辨率流水线A/D转换器广泛应用于无线通信、图像语音信号处理等关键电路。

Stephen H.Lewis和Paul R.Gray在标题为A Pipelined 5MHz 9b ADC(International Solid-State Circuits Conference，IEEE，1987)的论文中提出了流水线A/D转换器。流水线A/D转换器通过级联的流水线子级将信号逐级放大以便各级流水线比较器进行比较，通过将各级流水线A/D转换的结果组合，得到整个A/D转换器系统的数字输出。

流水线结构A/D转换器由多个级联的流水线子级、Flash A/D转换器、采样保持模块和数字信号处理模块构成。其中每个流水线子级都包含一个由比较器和二进制编码转换电路构成的较低分辨率的ADC，一个采样保持放大器和一个由开关电容电路构成的DAC。在流水线A/D转换其中，量化过程被分配到一条级联的流水线信号链上实现，是一种高分辨率、高速ADC的有效结构。流水线结构在各级间引入采样保持电路，以将各级转换后剩余的模拟量进行保持，以便各级电路可以并行地对各级所保持的模拟量进行转换。从转换过程的每一步来看，各流水线子级是并行工作的，因而总的最大转换速率取决于单级电路的最大速度，与流水线的级数无关。在整个流水线级联的结构中，除最后一级外的各级电路结构和工作过程都和第一级类似，只是其中的子ADC量化位数可能不一样。最后一级的流水线只是一个FlashA/D转换器，因为它不需要再做电压的放大和平移。

B.Ginetti和P.Jespers在标题为A 1.5MS/s 8-Bit Pipelined RSD A/D Converter(Solid-State Circuits，IEEE，1990)的论文中提出了RSD(Redundant Sign Digit)技术，目的是校正流水线子级中的比较器阈值电压失调引起的误差。

Yun-Shiang Shu等人在标题为A 15-bit Linear 20-MS/s Pipelined ADC Digitally Calibrated With Signal-Dependent Dithering(Solid-State Circuits，IEEE，2008)的论文中提出了SDD(Signal-Dependent Dithering)技术，目的是校正高速高分辨率流水线A/D转换器由于工艺偏差造成电容失配和运放有限开环增益引起的误差。

传统的采用RSD技术的流水线A/D转换器的流水线子级通过引入冗余位使输入电压等于比较器阈值电压时流水线子级输出-V_ref/2或+V_ref/2，这样留出一定的输出幅值裕度，当存在比较器阈值电压失调时，输出范围也不会超出下一级流水线子级的输入电压范围[-V_ref，+V_ref]；最后通过将各级流水线的A/D转换结果错位相加得到整个系统的A/D转化数字输出。

典型的采用RSD技术的流水线子级的输入输出特性如图1所示，电路结构如图2所示。以采用RSD技术的1.5位流水线子级的输入输出特性为例，比较器阈值电压设置在-V_ref/4和+V_ref/4。理想情况下，当输入为-V_ref/4或+V_ref/4时，输出为-V_ref/2或+V_ref/2，这样保证当存在比较器阈值电压失调时，有V_ref/2的裕量，使输出不至于超出下一级输入范围[-V_ref，+V_ref]，不会造成失码。