[发明专利]流水线模数转换器输入共模误差前馈补偿电路

说明书

本发明涉及一种流水线模数转换器输入工模误差前馈补偿电路，其包括：输入共模误差检测电路，用于对输入信号的共模电平进行检测并进行处理，得到输入共模信号的误差量；可编程共模补偿产生电路，用于根据输入共模误差量产生共模补偿控制电压V_FF；共模调整电路，能根据共模补偿控制电压V_FF调整下一级电荷域子级电路的共模电荷量。本发明有效克服输入差分信号共模误差对现有电荷域流水线模数转换器的动态性能的限制，能提高电荷域流水线模数转换器的动态性能，降低硬件资源的占用。

技术领域

本发明涉及一种前馈补偿电路，尤其是一种流水线模数转换器输入工模误差前馈补偿电路，具体地说是一种对电荷域流水线模数转换器中输入共模误差前馈的监测与补偿电路，属于流水线模数转换器的技术领域。

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，输入信号经过一级级的处理，最后由每级的结果组合生成高精度的输出。流水线结构模数转换器的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。

电荷域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。电荷域流水线模数转换器采用电荷域信号处理技术。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。

如图1所示为一种可以采用的电荷域采样保持电路，该电路包括电荷传输控制开关(BCT)、通用MOS开关、采样电容Cs和控制电路工作的时钟。这里以最简单的采样和保持两相时钟说明电路的工作原理，实际电路的工作控制时钟将复杂得多。在采样时钟相位有效时，输入电压信号通过开关Kts输入，将输入电压Vinp和Vinn连接到采样电容Cs的顶极板，采样电容Cs的底板通过开关Kbs连接到共模电压Vcmi，输入电压就以一定量电荷的形式存储在采样电容Cs上；保持时钟相位有效时，采样电容Cs的顶极板通过开关Kth连接到共模电压Vcmi，采样电容Cs的底极板通过电荷传输控制开关Kcth将前半时钟相位采样得到的电荷包传输给第一级子级流水线电路，完成采样保持功能。

整个采样保持过程中，输入全差分电压信号大小分别为Vinp和Vinn，输出对应电荷包大小为Qp和Qn，在理想情况下它们之间具有如下关系式：