[發明專利]流水線模數轉換器輸入共模誤差前饋補償電路

有效

• 申請號: 201611181646.X
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106656183B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 于宗光;陳珍海;蘇小波;薛顏;季惠才;張甘英;鄒家軒
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十八研究所
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/06
• 代理公司: 總裝工程兵科研一所專利服務中心 32002
• 代理人: 楊立秋

本發明涉及一種流水線模數轉換器輸入工模誤差前饋補償電路，其包括：輸入共模誤差檢測電路，用于對輸入信號的共模電平進行檢測并進行處理，得到輸入共模信號的誤差量；可編程共模補償產生電路，用于根據輸入共模誤差量產生共模補償控制電壓V_FF；共模調整電路，能根據共模補償控制電壓V_FF調整下一級電荷域子級電路的共模電荷量。本發明有效克服輸入差分信號共模誤差對現有電荷域流水線模數轉換器的動態性能的限制，能提高電荷域流水線模數轉換器的動態性能，降低硬件資源的占用。

技術領域

本發明涉及一種前饋補償電路，尤其是一種流水線模數轉換器輸入工模誤差前饋補償電路，具體地說是一種對電荷域流水線模數轉換器中輸入共模誤差前饋的監測與補償電路，屬于流水線模數轉換器的技術領域。

背景技術

隨著數字信號處理技術的不斷發展，電子系統的數字化和集成化是必然趨勢。然而現實中的信號大都是連續變化的模擬量，需經過模數轉換變成數字信號方可輸入到數字系統中進行處理和控制，因而，模數轉換器在未來的數字系統設計中是不可或缺的組成部分。在寬帶通信、數字高清電視和雷達等應用領域，系統要求模數轉換器同時具有非常高的采樣速率和分辨率；這些應用領域的便攜式終端產品對于模數轉換器的要求不僅要高采樣速率和高分辨率，其功耗還應該最小化。

目前，能夠同時實現高采樣速率和高分辨率的模數轉換器結構為流水線結構模數轉換器。流水線結構是一種多級的轉換結構，每一級使用低精度的基本結構的模數轉換器，輸入信號經過一級級的處理，最后由每級的結果組合生成高精度的輸出。流水線結構模數轉換器的基本思想就是把總體上要求的轉換精度平均分配到每一級,每一級的轉換結果合并在一起可以得到最終的轉換結果。由于流水線結構模數轉換器可以在速度、功耗和芯片面積上實現最好的折中，因此，在實現較高精度的模數轉換時仍然能保持較高的速度和較低的功耗。

現有比較成熟的實現流水線結構模數轉換器的方式是基于開關電容技術的流水線結構?；谠摷夹g的流水線模數轉換器中，采樣保持電路和各個子級電路的工作也都必須使用高增益和寬帶寬的運算放大器；模數轉換器的速度和處理精度取決于所使用高增益和超寬帶寬的運算放大器負反饋的建立速度和精度。因此，該類流水線結構模數轉換器設計的核心是所使用高增益和超寬帶寬的運算放大器的設計。這些高增益和寬帶寬運算放大器的使用限制了開關電容流水線模數轉換器的速度和精度，成為該類模數轉換器性能提高的主要限制瓶頸，并且精度不變的情況下模數轉換器功耗水平隨速度的提高呈直線上升趨勢。要降低基于開關電容電路的流水線模數轉換器的功耗水平，最直接的方法就是減少或者消去高增益和超寬帶寬的運算放大器的使用。

電荷域流水線模數轉換器就是一種不使用高增益和超寬帶寬的運算放大器的模數轉換器，該結構模數轉換器具有低功耗特性同時又能實現高速度和高精度。電荷域流水線模數轉換器采用電荷域信號處理技術。電路中，信號以電荷包的形式表示，電荷包的大小代表不同大小的信號量，不同大小的電荷包在不同存儲節點間的存儲、傳輸、加/減、比較等處理實現信號處理功能。通過采用周期性的時鐘來驅動控制不同大小的電荷包在不同存儲節點間的信號處理便可以實現模數轉換功能。

如圖1所示為一種可以采用的電荷域采樣保持電路，該電路包括電荷傳輸控制開關(BCT)、通用MOS開關、采樣電容Cs和控制電路工作的時鐘。這里以最簡單的采樣和保持兩相時鐘說明電路的工作原理，實際電路的工作控制時鐘將復雜得多。在采樣時鐘相位有效時，輸入電壓信號通過開關Kts輸入，將輸入電壓Vinp和Vinn連接到采樣電容Cs的頂極板，采樣電容Cs的底板通過開關Kbs連接到共模電壓Vcmi，輸入電壓就以一定量電荷的形式存儲在采樣電容Cs上；保持時鐘相位有效時，采樣電容Cs的頂極板通過開關Kth連接到共模電壓Vcmi，采樣電容Cs的底極板通過電荷傳輸控制開關Kcth將前半時鐘相位采樣得到的電荷包傳輸給第一級子級流水線電路，完成采樣保持功能。

整個采樣保持過程中，輸入全差分電壓信號大小分別為Vinp和Vinn，輸出對應電荷包大小為Qp和Qn，在理想情況下它們之間具有如下關系式：