[发明专利]一种基于DAC和Sub ADC采样网络分时复用的流水线模数转换器

说明书

本发明公开了一种基于DAC和Sub ADC采样网络分时复用的无采保流水线模数转换器技术，主要应用于集成电路领域，特别是采用流水线结构进行设计的模数转换器领域，该技术将无采保结构流水线模数转换器第一级的余量增益放大电路(MDAC)的采样保持单元与第一级子模数转换器(Sub ADC)的采样保持单元进行分时复用，从而达到消除无采保结构流水线模数转换器MDAC采样保持通路与Sub ADC采样保持通路失配问题，提高无采保流水线模数转换器性能。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及流水线结构的模数转换器设计技术领域。

背景技术

流水线模数转换器采用流水线工作模式，将输入信号的单次采样保持结果进行逐级量化，经过完整流水线级量化后得到完整的量化结果，提高流水线模数转换器的转换速度；由于级间余量放大器的存在，降低后级流水线对比较器的要求，提高流水线模数转换器能够达到的转换精度，使得流水线模数转换器不仅能够实现百兆赫兹甚至吉赫兹的高速、超高速转换器速率，而且能够达到16位的转换精度要求。

其中，流水线模数转换器一般分为无采保流水线模数转换器和有采保流水线模数转换器，即是否包含采样保持网络。

传统的无采保流水线模数转换器由于第一级余量放大电路(MDAC)和第一级子模数转换器(Sub ADC)直接与连续的模拟信号连接，跟踪并采样保持连续的模拟信号。传统结构MDAC和Sub ADC都具有各自独立的采样保持网络，由于工艺偏差和始终偏差等非理想因素的影响，第一级MDAC与第一级Sub ADC的采样保持网络必然存在失配，从而使得Sub ADC粗量化的输入信号与MDAC余量产生电路中的输入信号采样值不一致，造成模数转换器性能降低。

现有技术有以下两种常见的用于降低失配误差影响的方法：

其一，是通过版图精确匹配布局布线最大限度降低失配造成的影响，其不足之处在于：此方法只是最大限度降低失配误差影响，并不能完全消除失配误差，伴随着输入信号频率的不断增加，失配误差的影响会越来越严重；

其二，是将MDAC和Sub ADC采样保持通路失配误差等效为比较器失调误差进行数字校正补偿，其不足之处在于：此方法会额外增加比较器的设计难度，以及比较器失调误差校正算法的设计难度，并且伴随着输入信号频率的增加，其影响会越来越严重，硬件消耗会不断增加。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于解决流水线模数转换器中第一级MDAC与第一级Sub ADC的采样保持网络存在失配的问题，以及其它相关技术问题。

技术方案

本发明提供了一种基于DAC和Sub ADC采样网络分时复用的流水线模数转换器，包括第一级余量增益放大电路和第一级子模数转换器，将所述第一级余量增益放大电路和所述第一级子模数转换器(Sub ADC)的采样保持网络并联为在不同的时序阶段执行不同功能的分时复用采样网络；在采样阶段，所述分时复用采样网络作为采样保持网络对输入模拟信号进行采样保持；在Sub ADC粗量化阶段，所述分时复用采样网络引入粗量化比较参考电平，结合采样阶段采样保持的输入信号，完成粗量化过程；在余量信号放大阶段，所述分时复用采样网络引入粗量化得到的数字码转换成的模拟信号，结合输入采样阶段采样保持的输入信号产生余量信号。

上述方案的工作原理为：将无采保流水线模数转换器的第一级MDAC采样保持网络全部或者部分分时复用于第一级Sub ADC粗量化阶段，从电路设计上保证第一级MDAC余量运算的输入信号与第一级Sub ADC粗量化的输入信号完全相同，从根本上消除第一级MDAC与Sub ADC采样保持通路失配的影响，并且采用分时复用技术还能节省芯片面积和功耗。

进一步地，所述流水线模数转换器不需要前端采样保持电路，所述第一级MDAC与第一级Sub ADC的采样保持电路网络按照一定的时序进行分时复用。