[发明专利]一种用于两步单斜式模数转换器的细量化斜坡发生器

说明书

本发明属于模拟数字转换技术领域，特别涉及一种用于两步单斜式模数转换器的细量化斜坡发生器。本发明通过输出缓冲器模块205采用共模不变的方式，解决了斜坡发生器在建立过程中由于斜坡发生器输出缓冲器共模电平变化导致斜坡发生器积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)、无杂散动态范围(SFDR)等性能变差的问题；并同时避免了采用衬源短接将衬底寄生电容引入到环路中的问题，对提高斜坡发生器输出信号的线性度有较好的作用；还通过采用一种前馈跨导通路结构和电阻电容补偿结构，实现细量化斜坡发生器输出缓冲器模块205运放的零极点相消的目的，优化了细量化斜坡发生器输出缓冲器模块205的线性度、环路稳定性和建立稳定时间。

技术领域

本发明属于模拟数字转换技术领域，特别涉及一种用于两步单斜式模数转换器的细量化斜坡发生器。

背景技术

斜坡发生器(Single-Slope Generator)实质是数模转换器(DAC,DigitaltoAnalog Converter)，数模转换就是将系统处理后的数字信号转换为模拟信号；将一组数字信号输入到数模转换器，利用参考电压根据数字信号权值累加产生相应的模拟信号。数模转换器(DAC)在图像传感领域具有将数字信号转换成模拟信号的重要作用。DAC目前按照原理划分为Nyquist型和过采样型；Nyquist型DAC按其结构主要分为电阻型DAC、开关电容型DAC、电流舵型DAC。

电流舵型DAC所有的电流都直接流向输出端，能量利用率高；但是对器件的不匹配性很敏感以及有限的电流源输出阻抗，负载电阻对电压有很强的依赖性，进而影响DAC的线性度。电容型DAC虽然不存在直流功耗，但是电容间的不匹配和偏差，各电容的非线性将会影响DAC的线性度。电阻式DAC虽然电阻总是非线性的，但可以用特殊的附加技术使他们的误差较小，进而实现DAC较好的线性度。

两步式ADC(Two-Step ADC)已经得到了非常广泛的应用，包括数码相机、数码摄录机、闭路电视和医疗设备，由于两步式ADC的快速操作特性，在帧升级方面的研究进展被认为是非常重要的。共用斜坡发生器和计数器的工作方式使得芯片面积小、功耗低，非常适用于对于列宽要求严格的图像传感器。两步式ADC会进行粗量化和细量化两步量化，如一个M+N位的两步式ADC，粗量化阶段量化高M位，细量化阶段量化低N位，将两步量化的结果作为最终结果，且量化次数仅需要2^M+2^N次。

现有细量化斜坡发生器DAC采用的具体结构如附图1所示，包括顶部钳位运放模块101，底部钳位运放模块102，电阻阵列和开关阵列模块103，数字控制模块104和传统斜坡发生器输出缓冲器模块105。

但是，在现有细量化斜坡发生器量化过程中，因为输出缓冲器模块105的共模电平随着量化的进行，其共模电平时刻在变化；同时由于现有细量化斜坡发生器中输出缓冲器的运放有限的共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，CMRR)，会在输出缓冲器的输入端引入一个失调电压，将会导致细斜坡发生器输出信号线性度和积分非线性(Integralnonlinearity，INL)变差。

而在现有细量化斜坡发生器电路结构中，由于输出缓冲器共模电平变化的影响，实际量化的输出结果与理论设计值会存在较大差距，影响量化结果的正确性，最终限制两步式ADC的各种性能，包括积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)、无杂散动态范围(SFDR)等。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有细量化斜坡发生器中输出缓冲器共模电平的变化，对斜坡发生器转换性能的不利影响；本发明提出了一种用于两步单斜式模数转换器的细量化斜坡发生器，其输出缓冲器采用电流电流负反馈结构，通过将固定低电平VFB电压(外部提供的固定低电平)作为输出缓冲器运放的稳定共模电压接到其正输入端。

本发明的技术方案为：