[实用新型]一种可进行后台数字校准的流水线式模数转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及流水线式模数转换器，尤其涉及一种利用一阶与三阶误差进行后台数字校准的流水线式模数转换器。

背景技术

流水线式模数转换器(pipelined analog-to-digital converter，以下简称流水线式ADC)是一种常使用于视频图像系统、数字用户回路、以太网收发机、或者是无线通讯系统中的重要元件；流水线式模数转换(A/D conversion，以下简称A/D转换)可以在功率、速度、集成电路芯片面积上取得不错的平衡点，故可以用来实现取样频率在百万赫兹等级的高精度ADC运算之中。

如图1所示是传统流水线式ADC结构框图，模拟信号经过采样保持电路100之后，再通过N个级电路模块200和后级模数转换电路模块300进行量化；最后将各级电路模块200和后级模数转换电路模块300得到的量化值，通过延时及错位相加模块400，根据时间延时以及权重进行错位相加，输出最终数字信号Dout。

如图2所示是传统流水线式ADC中某一个级电路模块200的单端结构框图，它由两相非交叠时钟控制：在相位1内，子采样保持电路210对输入信号进行采样，子模数转换模块220对输入信号进行粗量化得到量化值D；在相位2内，子数模转换器230将上述粗量化值D转换成对应的模拟信号，然后该模拟信号进入减法器240中与经子采样保持电路210的输入信号相减得到量化余量，该量化余量经过余量放大器250的放大，输出给下一个级电路模块200。每一个级电路模块200都这样进行流水线工作：采样→粗量化→余量放大→输出到下一个级电路模块200；最后一个级电路模块200的输出送到后级模数转换模块300中，且每一个级电路模块200的粗量化值D和后级模数转换模块的量化值Db还要输出给延时及错位相加模块400。

如图3所示是实现图2功能的具体电路，实现采样输入信号，粗量化和余量放大的功能。该电路在两相非交叠时钟控制下工作，在相位1内，所有开关S1导通，所有开关S2关闭，输入信号被采样在第一电容211和第二电容212上，同时比较器221和比较器222对输入信号进行粗量化，比较器221和比较器222的阈值电压分别是-Vref/4和+Vref/4，随着输入信号的增大粗量化值D依次是-1、0、1；在相位2内，所有开关S1关闭，所有开关S2导通，第二电容212下底板根据量化值D决定是连到-Vref、0还是+Vref，而第一电容211作为反馈电容连接到运算放大器251的输出端。这样经过两个相位之后，该电路就实现了级电路模块200的功能。

假设第一电容211和第二电容212完全匹配，开关S1和开关S2是理想的，并且运算放大器251是理想的(即具有无限大的开环增益和零输入失调)，那么根据电荷守恒定律，可以得到输出电压为V_O＝2*Vi-D*Vref，理想的余量传输曲线如图4(a)虚线所示。Db为该级输出信号Vo经过之后的所有级电路模块200和后级模数转换模块300得到的量化结果，该结果和本级粗量化值D加权相加后得到级电路模块200的完整传输曲线，假设每一个级电路模块200和后级模数转换模块300都是理想的，那么该完整传输曲线(D+Db)应该是一条斜率固定的直线，如图4(b)虚线所示。

但是在实际情况中，第一电容211和第二电容212是存在失配的，且开关S1和开关S2存在非线性，并且运算放大器251也不是理想的(即开环增益有限及非线性)，这些非理想因素会导致传输曲线的恶化，实际的余量传输曲线和完整传输曲线如图4(a)和图4(b)中的实线所示，该情形将使模数转换器性能变差。

现在针对电容误差、运算放大器增益误差和非线性误差的校准技术，一股的模拟电路比较复杂，而数字算法也比较难以实现。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种模拟电路简单、数字算法易于实现的可进行后台数字校准的流水线式模数转换器。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：