[發明專利]高速比較器直流失調數字輔助自校準系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310284696.0
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104283558B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 池保勇;續陽;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及模擬-數字轉換器校準領域，特別涉及一種高速比較器直流失調數字輔助自校準裝置及控制方法。

背景技術

比較器作為模擬-數字轉換器的核心模塊，如Flash型、逐次逼近型、流水線型、過采樣型等，其性能指標，如速度、精度等直接影響模擬-數字轉換器的信噪比、無雜散動態范圍、非線性誤差等特性。在超高速模擬-數字轉換器中，高速高精度比較器的設計也是整個設計的難點，同時還要考慮到模擬-數字轉換器的功耗問題。

簡單的比較器可以使用高增益的開關運放來實現，但由于運放的帶寬限制，其增益會迅速下降，不適用于高速應用中。而再生鎖存結構比較器采用正反饋結構，其速度非常高，但存在很大的直流失調電壓，影響了比較器的精度。結合開環運放的高增益和再生鎖存結構的高速度，比較器采用預放大級、可再生比較級模塊和SR鎖存級模塊三級級聯結構，既可實現低的直流失調電壓和高的轉換速度。

要實現高精度模擬-數字轉換器，比較器的直流失調要低于最低有效位，級聯結構中需要多級預放大級進行失調校準，這樣消耗的功耗也比較大。目前研究中也采用校準技術去減小比較器的直流失調。

由于所需的預放大級的帶寬與采樣信號成正比，因此在高采樣頻率的情況下，預放大級要消耗很大的功耗，此時工作在低采樣率下時，浪費大量的功耗。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于解決放大器在低電源電壓下，帶寬不夠，驅動能力不強的問題。

(二)技術方案

本發明采用以下技術方案：

一種高速比較器直流失調數字輔助自校準系統，包含以下模塊：

可配置比較器模塊100，其輸出信號傳遞給自校準模塊200；

自校準模塊200，接收可配置比較器模塊100的輸出信號，用于產生輸出信號控制可配置比較器模塊100的直流失調電壓直至可調節精度范圍內。

優選的，可配置比較器模塊100具有以下結構：

開關，用于控制可配置預放大級模塊110的輸入電壓端；

可配置預放大級模塊110，用于提供低頻增益信號；

補償電流源陣列模塊140，用于補償可配置預放大級模塊110的直流失調；

可再生比較級模塊120，用于接收可配置預放大級模塊110和補償電流源陣列模塊140的模擬信號，將其轉換為數字信號；

SR鎖存級模塊130，用于輸出電平信號至自校準模塊200。

優選的，可配置預放大級模塊110，用于提供低頻增益，多跨導單元并聯連接，差分輸入端和差分參考電壓端分別接多跨導單元差分輸入電壓端，差分輸出端分別接多跨導單元差分輸出電壓端。

優選的，跨導單元采用雙差分輸入結構。

優選的，補償電流源陣列模塊140，用于校準比較器的直流失調電壓至可調節精度范圍內，該補償陣列由數控開關控制的二進制加權電流源單元構成，具有如下結構：

至少由1組二進制加權電流源陣列組成，并且每個二進制加權電流源在正極通過兩個數控開關分別與可配置預放大級模塊110的兩個差分輸出端分別相連、進制加權電流源的負極接地。

優選的，自校準模塊200，用于產生輸出信號控制補償電流源陣列模塊140中的數控開關，使直流失調電壓調節至可調節精度范圍內，該模塊由多位計數器模塊210和符號譯碼器220組成。

一種高速比較器直流失調數字輔助自校準系統的控制方法，包含以下步驟：

使用可配置比較器模塊100，將其輸出信號傳遞給自校準模塊200；

使用自校準模塊200，接收可配置比較器模塊100的輸出信號，將其產生的輸出信號控制可配置比較器模塊100的直流失調電壓直至可調節精度范圍內。

優選的，所述可配置比較器模塊100產生的控制信號為：

高電平時，使比較器預放大級110的差分輸入端與差分參考電壓端短接，并分別與差分參考電壓相連，自動校準比較器直流失調直至在可調節精度范圍內；

低電平時，使比較器預放大級110的差分輸入端分別與差分輸入電壓相連，計數器模塊210保持上一次自動校準后的控制字，比較器正常工作。

優選的，控制可配置比較器模塊100的方法為，自校準模塊200根據配置比較器模塊100產生的電平信號發出時序信號，制補償電流源陣列模塊140中的數控開關，使直流失調電壓調節至可調節精度范圍內。

優選的，自校準模塊的控制方法采用符號編碼方式控制。

(三)有益效果