[发明专利]高精度模数转换器转换速度提升电路

说明书

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种高精度模数转换器转换速度提升电路，该电路包括：信号输入电路、高精度ADC内核、高性能采样开关、保持电路、比较器、FIFO电路、数据求和电路以及数字校准电路。本发明所述高精度模数转换器转换速度提升电路采用微分信号处理技术，在传统中速高精度ADC内核基础上增加了输入模拟信号跟踪量化电路，实现模拟信号的高速跟随和量化，达到提升ADC转换速率的目的。所述模拟信号跟踪量化电路仅包括高性能采样开关、保持电路、比较器、FIFO电路以及数据求和电路，在不需要成倍增加硬件和功耗开销的条件下，快速提升ADC转换速度，具有低成本优势。

技术领域

本发明涉及一种高精度模数转换器(ADC)的转换速度提升技术，属于模拟集成电路技术领域。

背景技术

模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)是连接数字信号和模拟信号的桥梁。ADC是将模拟信号转换成数字信号的一个量化过程，其在各种应用中，都起到将模拟信号采样，转换为数字信号的工作，广泛应用于各种电子器件中，并且往往在整个电路系统中起着决定性的作用。采样与转换功能是A/D转换器的核心功能。A/D转换器将输入信号与基准信号进行对比，并把结果转换为数字输出。在输入摆幅以内，电平被平均的分割为许多小阶梯，每个阶梯对应一个数字输出，A/D转换器依照这个阶梯对照表，将输入电压转换为数字输出。由于模拟信号在时域中为连续无限可分信号，A/D转换器必须对其进行采样，在采样阶段，输入的信号大小被存储起来，A/D转换器采样速度被称为采样速率。采样以后的信号，经过A/D转换器的量化转换，形成N位的数字输出，N被称为A/D转换器的位数，即转换精度。

自上世纪70年代以来，为了适用于不同的应用系统，A/D转换器出现了许多种结构。不同的结构侧重于不同的需求，有的侧重于高精度，有的侧重于高速度，有的侧重于低功耗，有的侧重于低硬件消耗。在当今各种A/D转换器中，按基本的转换原理划分，可分为过采样(Over sampling)A/D转换器和奈奎斯特(Nyquist)A/D转换器。过采样A/D转换器是一类通过提高过采样比(采样速率与转换速率的比值)来达到高动态范围的A/D转换器。在目前所有的A/D转换器中，过采样型是精度最高的，但由这类转换器从本质上是通过牺牲速度来换取高动态范围的，所以它的转换速率较低(一般小于10MS/s)。这种A/D转换器主要有低通和带通两类，前者典型应用为音频处理、图像处理等低速、高动态范围领域；奈奎斯特A/D转换器的主要特征是：每一个被采样的模拟信号都被转换为唯一与之相对应的数字信号，即采样速率和转换速率相同。奈奎斯特A/D转换器主要包括其中包括快闪型(Flash)、子区式(Subranging)、两步快闪型(Two-step)、折叠插值型(Folding and interpolating)、流水线型(Pipeline)、逐次逼近(Successive approaching)等。通常用于实现精度大于16位、转换速度大于1MSPS的中高速高精度ADC的主要ADC结构包括SAR、流水线及Pipeline-SAR混合结构等。

对ADC设计来说，采样速率与转换精度之间存在一个折衷，在给定的工艺条件和功耗开销条件下，想要实现一个高采样速率的高精度ADC是比较困难的，所能实现的高精度ADC的速度和精度存在一定的上限。例如，在常规1.8V电压条件下，采用SAR结构实现的16-18位单通道ADC内核的转换速度被限制在5MSPS以下；采用流水线结构实现的16位单通道ADC内核的转换速度被限制在200MSPS以下；采用Pipeline-SAR等混合结构实现的16位单通道ADC内核的转换速度被限制在50MSPS以下。