[发明专利]一种流水线型模数转换器

说明书

本发明公开了一种流水线型模数转换器。利用随机码产生器生成伪随机码，通过最小均方算法使伪随机码能跟随运算放大器的增益误差，校正电容失配和运算放大器的有限增益，因而能采用容值较小的电容和低增益运放，能在保证流水线型模数转换器精度的同时大幅降低流水线型模数转换器的功耗；利用Flash结构模数转换单元在采样相对输入信号进行量化，利用译码器将量化结果进行译码转换后对运算放大器的增益进行校正，调节其非线性，使运算放大器的非线性失真满足精度要求，进一步提高流水线型模数转换器的精度。

技术领域

本发明属于模数转换器技术领域，更具体地，涉及一种流水线型模数转换器。

背景技术

模数转换器是一种将模拟信号转换成数字信号的器件，可分为以下几种类型：闪烁型(Flash)、两步型(Two-Step)、折叠型(Folding)、流水线型(Pipeline)、连续逼近型(Successive-Approximation)和过采样型(Over-Sampling)。每种结构都有其优缺点，需要根据不同的场合选择不同的电路结构，在高速高精度的应用场合中，流水线型结构已经被证明是一种最有效的结构。

如图1所示，流水线型模数转换器包括采样保持模块、N级转换电路和数字校正模块。首先，采样保持模块对输入的模拟信号进行采样，当采样率和分辨率要求较高时，采样保持器不可省略，否则时钟抖动引起的误差将降低流水线型模数转换器的性能。采样保持模块将采样到的模拟信号输出至第一级转换电路，第一级转换电路将模拟信号量化为高位数字信号，同时输出残差信号给第二级转换电路，依次类推，直到最后一级转换电路(第N级转换电路)。每一级转换电路的数字输出组成N位的数字输出。

其中，每一级转换电路输出的残差信号的精度直接决定了流水线型模数转换器的精度，因而对流水线型模数转换器的整体性能起到了至关重要的作用。在现有的各级转换电路中，为使残差信号放大器的增益达到理想值(例如，对1.5bit结构的残差放大器，理想增益为2；对2.5bit结构的残放大器，理想增益为4)，一般在残差放大器中采用运算放大器。由于应用环境一般对流水线型模数转换器的精度和速度要求较高，因而对运算放大器的要求也较高，这将导致运算放大器产生大量的功耗，使运算放大器的功耗成为流水线型模数转换器的功耗的主要来源。由于便携式设备的普及与发展，对流水线型模数转换器功耗的要求越来越高，因此，如何在保证流水线型模数转换器精度的同时降低其功耗成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种流水线型模数转换器，能同时校正流水线型模数转换器的线性失真和非线性失真，显著提高流水线型模数转换器的精度，同时能大幅降低流水线型模数转换器的功耗。

为实现上述目的，本发明提供了一种流水线型模数转换器，其特征在于，包括依次连接的采样保持模块、多级转换电路和数字校正模块；所述多级转换电路的级数为N，第i级转换电路包括模数转换模块、数模转换模块、随机码产生器、计算模块和运算放大器，所述模数转换模块的输入端和所述计算模块的第一输入端连接后作为所述第i级转换电路的输入端，所述模数转换模块的第一输出端连接所述数字校正模块，所述模数转换模块的第二输出端连接所述数模转换模块的第一输入端，所述随机码产生器的输出端连接所述数模转换模块的第二输入端，所述数模转换模块的输出端连接所述计算模块的第二输入端，所述计算模块的输出端连接所述运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的输出端作为所述第i级转换电路的输出端；所述随机码产生器用于生成能跟随所述运算放大器的增益误差的伪随机码，所述第i级转换电路利用所述伪随机码校正所述运算放大器的输出结果，使所述运算放大器的增益逐渐逼近其理想值，其中，i＝1,2,…,N-1。