[發(fā)明專利]采用運(yùn)算放大器共享的低功耗流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010222534.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN101895295A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任俊彥;范明俊;舒光華;束晨;許俊;李寧;葉凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M1/12
• 分類號(hào): H03M1/12;H03F3/45;H03K17/687
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種運(yùn)算放大器共享的低功耗流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于由無采樣保持電路的第一級(jí)流水線（1），第二、三、四級(jí)流水線（2、3、4），一級(jí)3位全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器（5），共享運(yùn)算放大器（6、7），數(shù)字校正電路（8）構(gòu)成；無采樣保持電路的第一級(jí)流水線（1），第二、三、四級(jí)流水線（2、3、4），與最后一級(jí)的3位全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器（5）依次相連，每級(jí)流水線得到3位數(shù)字輸出，經(jīng)過后級(jí)數(shù)子校正，得到實(shí)際結(jié)果；連續(xù)的兩級(jí)共用一個(gè)運(yùn)算放大器，即第一級(jí)流水線1和第二級(jí)流水線2共用運(yùn)算放大器6，第三級(jí)流水線3和第四級(jí)流水線4共用運(yùn)算放大器7，共產(chǎn)生10位需校正的數(shù)據(jù)，與最后一級(jí)3位全并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器（5）的3位輸出一起經(jīng)過數(shù)字校正電路（8），得到最后的11位量化輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路由由時(shí)鐘緩沖（31~32），分頻器（33~37），時(shí)鐘產(chǎn)生器（38~42）構(gòu)成，產(chǎn)生工作時(shí)鐘供給五級(jí)流水線（43~47）使用；兩倍于流水線工作頻率的外部時(shí)鐘經(jīng)過總時(shí)鐘緩沖器（31）后分成5路：第一路進(jìn)入緩沖器（32）和分頻器（33）后，進(jìn)入時(shí)鐘產(chǎn)生器（38），生成第一級(jí)流水線工作時(shí)鐘；第二路依次通過分頻器（34）和時(shí)鐘產(chǎn)生器（39），生成第二級(jí)流水線的工作時(shí)鐘；第三路依次通過分頻器（35）和時(shí)鐘產(chǎn)生器（40），生成第三級(jí)流水線工作時(shí)鐘；第四路依次通過分頻器（36）和時(shí)鐘產(chǎn)生器（41），生成第四級(jí)流水線工作時(shí)鐘；第五路依次通過分頻器（37）和時(shí)鐘產(chǎn)生器（42），生成第五級(jí)流水線的工作時(shí)鐘。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述無采樣保持電路并共享運(yùn)算放大器第一級(jí)與第二級(jí)由余量增益電路（9、10），共享運(yùn)算放大器（13）及其2個(gè)切換開關(guān)（11、12），無采樣保持電路的第一級(jí)流水線中的特殊子模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14），第一級(jí)流水線中的子數(shù)模轉(zhuǎn)換器（15），第二級(jí)流水線中的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器（16），第二級(jí)流水線中的子數(shù)模轉(zhuǎn)換器（17）組成；其中第一級(jí)的特殊子模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14）由2個(gè)采樣開關(guān)（18、19），2個(gè)采樣電容（20、21），2個(gè)比較器（22、23），2個(gè)鎖存器（24、25），解碼電路26，4個(gè)電荷重分布開關(guān)（27~30）組成；在前半周期時(shí)鐘內(nèi)，第一級(jí)流水線中的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14）和余量增益電路（9）采樣當(dāng)前周期開始時(shí)的輸入信號(hào)，并且子模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；同時(shí)第二級(jí)流水線對(duì)于上一周期由第一級(jí)流水線產(chǎn)生的余量電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸出三位數(shù)字結(jié)果，共享運(yùn)算放大器（13）工作在第二級(jí)組成完整的余量增益電路（10），產(chǎn)生后級(jí)待轉(zhuǎn)換的模擬電壓；后半周期時(shí)鐘內(nèi)，第一級(jí)流水線的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14）輸出前半周期時(shí)鐘內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的三位數(shù)字結(jié)果，子數(shù)模轉(zhuǎn)換器（15）根據(jù)這三位數(shù)字結(jié)果產(chǎn)生余量電壓信號(hào)，共享運(yùn)算放大器（13）切換到第一級(jí)組成完整的余量增益電路（10），對(duì)余量電壓信號(hào)進(jìn)行放大并保持，提供給第二級(jí)流水線在下一周期處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的比較器（22、23）為帶采樣電容的比較器，由開關(guān)（48~56），采樣電容（57~60），放大器（61），鎖存器（62）組成；該比較器工作在圖5所示的時(shí)序下，Q3變高時(shí)，由Q3控制的開關(guān)（48~51）和由Q3P控制的開關(guān)（55、56）導(dǎo)通，輸入共模電壓通過開關(guān)（55、56）與放大器（61）的輸入端連接，并同時(shí)連接電容（57~60）的頂極板，輸入信號(hào)通過開關(guān)（48~51）輸入到電容（57~60）的底極板上，將電荷存儲(chǔ)在電容里；開關(guān)（55、56）比開關(guān)（48~51）提早關(guān)斷，使得電容的頂極板懸空，以消除MOS開關(guān)固有的電荷注入和時(shí)鐘饋通效應(yīng)；Q3變低后，Q4有效時(shí)，開關(guān)（48~51、55、56）斷開，開關(guān)（53、54）導(dǎo)通，正負(fù)參考電壓分別通過開關(guān)（53、54）接到電容（57、60）的底極板上；同時(shí)放大器（61）工作，通過設(shè)置電容（57、59和58、60）的比例，即可設(shè)置比較器的閾值電壓；當(dāng)Q4變低時(shí)，比較器的比較結(jié)果被鎖存器（62）鎖存輸出。