[发明专利]流水线型逐次逼近模数转换器及转换方法

说明书

本发明提供一种流水线型逐次逼近模数转换器及转换方法，包括：第一级逐次逼近模数转换模块，第二级逐次逼近模数转换模块及数字码误差修正逻辑模块；其中，第一级逐次逼近模数转换模块包括第一电容阵列单元、放大单元、锁存比较单元、第一寄存逻辑控制单元及控制开关，放大单元复用为残差放大器及第一级逐次逼近模数转换器中比较器的预放大器。本发明通过复用残差放大器预放大器，完全消除了在两者之间存在的输入失调电压失配，稳定了残差放大器的输入摆幅，提高了残差放大器的线性度，节省了芯片面积；且通过复用第二级逐次逼近型模数转换模块来获得增益误差，降低了残差放大器的增益误差，提高了整个流水线型逐次逼近模数转换器的转换精确度。

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种流水线型逐次逼近模数转换器及转换方法。

背景技术

流水线型逐次逼近模数转换器因其同时具备逐次逼近型模数转换器的低功耗和流水线型模数转换器高吞吐率、低噪声的特征，被广泛应用于中等精度、中等速度的模数转换器应用场景中。

常见的两级流水线型逐次逼近模数转换器1如图1所示，在第一级逐次逼近型模数转换器11后通常使用一个开环运放作为残差放大器12，将第一级逐次逼近型模数转换器11的剩余误差电压进行放大后送至第二级逐次逼近型模数转换器13；第一级逐次逼近型模数转换器11及第二级逐次逼近型模数转换器13均包括电容阵列15、比较器16和寄存及逻辑控制单元17；第一级逐次逼近型模数转换器11及第二级逐次逼近型模数转换器13的输出信号经数字码误差修正逻辑单元14处理后输出最后的码字。

而该结构存在两个问题，一是开环运放易受外界环境影响，导致其增益不准确且不稳定；二是第一级逐次逼近型模数转换器11内部比较器输入失调电压与残差放大器的输入失调电压之间存在失配，使其增大了残差放大器的输入摆幅并降低了运放的线性度。这对流水线型逐次逼近模数转换器的影响是十分大的，这是因为：(1)相比于闭环运放，开环运放的线性度对于输入摆幅更加敏感；(2)为抑制运放开环工作条件下的非线性误差，通常会增加第一级逐次逼近型模数转换器11的转换精度来保持逐次逼近型模数转换器的能量利用率并限制运放输入摆幅，因此降低了最小量化单位(LSB)的电压大小和增益冗余的效果。

现有技术中将模数转换器分组，通过链式循环估计方法，消除模数转换器阵列之间的增益与失调电压的失配。但在这个方案中，将复数的模数转换器集成，并添加了最小均方误差（Least Mean Square，LMS）滤波器组，因此仍存在大大增加了芯片面积，且LMS滤波器组迭代速度较慢，影响模数转换器性能迭代收敛速度的问题。

现有技术还公布了一些级联模数转换器的级间增益校准方法，均需要大量额外的电路模块实现校准功能，存在芯片面积变大导致生产成本升高的问题。

因此，如何在消除增益失配与失调电压失配的同时不大面积增加芯片面积，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种流水线型逐次逼近模数转换器及转换方法，用于解决现有技术中增益失配、失调电压失配及芯片面积大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种流水线型逐次逼近模数转换器，所述流水线型逐次逼近模数转换器至少包括：

第一级逐次逼近模数转换模块，对输入电压进行模数转换以得到高位码字；

第二级逐次逼近模数转换模块，连接于所述第一级逐次逼近模数转换模块的输出端，对所述第一级逐次逼近模数转换模块的残余电压进行模数转换以得到低位码字；

数字码误差修正逻辑模块，连接于所述第一级逐次逼近模数转换模块及所述第二级逐次逼近模数转换模块的输出端，将所述高位码字与所述低位码字相加后去除冗余位得到输出码字；

其中，所述第一级逐次逼近模数转换模块包括第一电容阵列单元、放大单元、锁存比较单元、第一寄存逻辑控制单元及控制开关；