[发明专利]具有数字后台校准功能的电荷耦合流水线模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种流水线模数转换器，尤其涉及一种具有各类误差校准功能的电荷耦合流水线模数转换器。 

背景技术

随着数字信号处理技术的不断发展，电子系统的数字化和集成化是必然趋势。然而现实中的信号大都是连续变化的模拟量，需经过模数转换变成数字信号方可输入到数字系统中进行处理和控制，因而模数转换器在未来的数字系统设计中是不可或缺的组成部分。在宽带通信、数字高清电视和雷达等应用领域，系统要求模数转换器同时具有非常高的采样速率和分辨率。这些应用领域的便携式终端产品对于模数转换器的要求不仅要高采样速率和高分辨率，其功耗还应该最小化。 

目前，能够同时实现高采样速率和高分辨率的模数转换器结构为流水线结构模数转换器。流水线结构是一种多级的转换结构，每一级使用低精度的基本结构的模数转换器，输入信号经过逐级的处理，最后由每级的结果组合生成高精度的输出。其基本思想就是把总体上要求的转换精度平均分配到每一级,每一级的转换结果合并在一起可以得到最终的转换结果。由于流水线结构模数转换器可以在速度、功耗和芯片面积上实现最好的折中，因此在实现较高精度的模数转换时仍然能保持较高的速度和较低的功耗。 

现有比较成熟的实现流水线结构模数转换器的方式是基于开关电容技术的流水线结构。基于该技术的流水线模数转换器中采样保持电路和各个子级电路的工作也都必须使用高增益和宽带宽的运算放大器。模数转换器的速度和处理精度取决于所使用高增益和超宽带宽的运算放大器负反馈的建立速度和精度。因此该类流水线结构模数转换器设计的核心是所使用高增益和超宽带宽的运算放大器的设计。这些高增益和宽带宽运算放大器的使用限制了开关电容流水线模数转换器的速度和精度，成为该类模数转换器性能提高的主要限制瓶颈，并且精度不变的情况下模数转换器功耗水平随速度的提高呈直线上升趋势。要降低基于开关电容电路的流水线模数转换器的功耗水平，最直接的方法就是减少或者消去高增益和超宽带宽的运算放大器的使用。 

电荷耦合流水线模数转换器就是一种不使用高增益和超宽带宽的运算放大器的模数转换器，该结构模数转换器具有低功耗特性同时又能实现高速度和高精度。电荷耦合流水线模数转换器采用电荷耦合信号处理技术。电路中，信号以电荷包的形式表示，电荷包的大小代表不同大小的信号量，不同大小的电荷包在不同存储节点间的存储、传输、加/减、比较等处理实现信号处理功能。通过采用周期性的时钟来驱动控制不同大小的电荷包在不同存储节点间的信号处 理便可以实现模数转换功能。 

在电荷耦合流水线模数转换器中，电荷耦合采样保持电路采样得到的电荷包将会送到后续各级电荷耦合子级流水线电路中进行逐级比较量化处理。对于采用全差分结构实现的电荷耦合流水线模数转换器来说，信号处理在两个信号状态以共模信号为中心互补对称的正、负信号处理通路上同步进行，最后以两个信号通道处理结果的差值作为最终处理结果。输入电压信号首先转换为全差分形式的两个电荷包，分别供后续各级全差分电荷耦合子级流水线电路量化处理，最后得到量化输出结果。 

图1所示为专利号为200910264739.2的发明中给出的最基本的电荷耦合流水线模数转换器电路结构框图。一个电荷耦合流水线模数转换器通常包括：一个电荷耦合采样保持电路0、n级基于电荷耦合信号处理技术的流水线子级电路1～3、最后一级(第n+1级)N-bit Flash模数转换器电路4、延时同步寄存器5、数字校正电路模块6、基准信号产生电路7和时钟信号产生电路8。另外工作模式控制模块也是模数转换器工作所必须的辅助工作模块，该模块未在图中标识出来。