[发明专利]一种电荷式流水线逐次逼近型模数转换器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种电荷式流水线逐次逼近型模数转换器。

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多是连续变化的模拟量，实现模拟信号到数字信号转换的模数转换器，是未来数字系统设计中不可缺少的组成部分。转换速度、转换精度以及功耗等是衡量模数转换器性能的重要指标，尤其对于应用模数转换器的便携式电子设备而言，低功耗的设计显得尤为重要。

拥有数十兆赫兹采样速率、十位左右转换精度的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)，很长时间内是由流水线ADC技术来实现的。由于流水线级内采用快闪型子ADC以及级间运用高性能的运放实现级间放大，整体ADC的功耗较大。逐次逼近型(Successive Approximation Register,SAR)ADC具有功耗低、面积小以及其制造工艺与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺兼容性好等优点，被广泛应用于现代超大规模集成电路与片上系统(System on Chip,SOC)。然而，由于SAR型ADC一次采样需要与ADC位数相同的转换周期，并且开关电容尺寸随着位数的增加呈现指数式增大，导致该ADC整体转换速率偏低，通常在转换精度为十位左右时转换速率不能做到兆赫兹以上。

近阶段热门的一种实现数十兆赫兹采样速率、十位左右转换精度的ADC结合了流水线的高速特点以及SAR型ADC的低功耗等特点，称之为流水线SAR型ADC。该技术多采用两级子ADC结构，两级之间采用流水线型结构，级内采用SAR型ADC结构。级间增益放大器将第一级SAR型ADC的余量经放大后输出到第二级进行进一步量化，如图1所示。输入信号V_in首先经过第一级SAR型ADC进行N₁bit的量化，量化余量再经过级间增益运放，放大到满幅状态，进入第二级SAR型ADC进行N₂bit的量化，整个ADC量化的精度为N₁与N₂之和。由于两个子SAR型ADC所量化的位数较少，因此转换速度可以达到几十兆赫兹。实际上，两个子ADC的功耗可以优化到很低，然而由于级间高性能增益运放的存在，整体电路所面临的功耗问题依然需要解决。