[發明專利]高精度電荷域流水線ADC共模電荷誤差校準系統

有效

• 申請號: 201711106584.0
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107733432B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 魏敬和;陳珍海;于宗光;蘇小波;呂海江;錢宏文;薛顏;孫劍
• 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;H03M1/46
• 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

1.一種高精度電荷域流水線ADC共模電荷誤差校準系統，包括電荷域流水線ADC電路（5），所述電荷域流水線ADC電路（5）包括N級子傳輸電路（6），電荷域流水線ADC電路（5）中的N級子傳輸電路（6）間依次連接，每個子傳輸電路（6）包括兩個并列的數?；旌峡刂菩碗姾蓚鬏旊娐稡CT；其特征是：

還包括共模電荷檢測裝置、共模前饋裝置、檢測處理電路（2）、M位調整寄存器組、共模校準控制器（1）以及共模電荷調整裝置，其中，共模電荷檢測裝置包括K路相互獨立的共模電荷檢測電路（4），共模前饋裝置包括K路相互獨立的共模前饋電路（3），M位調整寄存器組包括K路相互獨立的M位調整寄存器（8），共模電荷調整裝置包括K路相互獨立的共模電荷調整電路（7）；

電荷域流水線ADC電路（5）中前K級子傳輸電路（6）相應的差分輸出端與共模電荷檢測裝置內K路共模電荷檢測電路（4）的差分電荷輸入端一一對應連接，共模電荷檢測裝置內K路共模電荷檢測電路（4）與共模前饋裝置內K路共模前饋電路（3）一一對應連接，且共模電荷檢測裝置內K路共模電荷檢測電路（4）的輸出端均與檢測處理電路（2）連接；

檢測處理電路（2）與共模校準控制器（1）連接，共模校準控制器（1）與M位調整寄存器組內K路M位調整寄存器（8）的輸入端連接，M位調整寄存器組內K路M位調整寄存器（8）與共模電荷調整裝置內K路共模電荷調整電路（7）一一對應連接，共模電荷調整裝置內K路共模電荷調整電路（7）與電荷域流水線ADC電路（5）內前K級子傳輸電路（6）相應的第二共模調整信號輸入端一一對應連接；

共模前饋裝置內前K路共模前饋電路（3）與電荷域流水線ADC電路（5）內第二級至第（K+1）級子傳輸電路（6）相應的第一共模調整信號輸入端一一對應連接，N為大于1的正整數，K為小于N-1的正整數，M位大于1的正整數；

所述共模校準控制器（1）能產生校準控制信號以及正常工作控制信號，共模校準控制器（1）產生校準工作信號時，能進入校準模式；在產生正常工作控制信號時，能進入正常工作模式，并且先進入校準模式后進入正常工作模式；

進入校準模式時，共模校準控制器（1）通過校準控制信號將被檢測電荷域流水線ADC電路（5）內的第一級子傳輸電路（6）的差分輸入端連接到輸入共模電壓；共模電荷檢測裝置內K個共模電荷檢測電路（4）被開啟，K個共模電荷檢測電路（4）對應的輸出依次被檢測處理電路（2）進行統計處理，然后由共模校準控制器（1）進行運算，并根據運算結果，依次對M位調整寄存器組內K個M位調整寄存器（8）進行賦值；共模電荷調整裝置內K路共模電荷調整電路（7）根據K路M位調整寄存器（8）的M位數字碼產生相應的補償電壓，通過補償電壓控制與共模電荷調整電路（7）相連接的級子傳輸電路（6）的共模電荷量；

共模校準控制器（1）開啟共模前饋裝置內K個共模前饋電路（3），以利用K個共模前饋電路（3）分別對電荷域流水線ADC電路（5）的第二級子傳輸電路（6）至電荷域流水線ADC電路（5）的第（K+1）級子傳輸電路（6）進行一一對應的前饋補償；

在對子傳輸電路（6）進行前饋補償后，共模校準控制器（1）通過校準控制信號將第一級子傳輸電路（6）的差分輸入端從共模電平切換到采樣保持電路，以進入正常工作模式；進入正常模式后，共模校準控制器（1）和檢測處理電路（2）進入休眠模式；

所述共模電荷檢測電路（4）包括第一電荷檢測器（9）、第二電荷檢測器（10）、第三電荷檢測器（11）以及第四電荷檢測器（12），第一電荷檢測器（9）、第四電荷檢測器（12）分別連接子傳輸電路（6）的差分電荷輸出端；第一電荷檢測器（9）的輸出端與采樣開關S1的一端連接，采樣開關S1的另一端與電容C1的一端以及采樣開關S2的一端連接，采樣開關S2的另一端與第二電荷檢測器（10）的輸出端連接，第二電荷檢測器（10）的輸入端與基準信號R_p連接，第三電荷檢測器（11）的輸入端與基準信號Rn連接，第三電荷檢測器（11）的輸出端與采樣開關S3的一端連接，采樣開關S3的另一端與電容C2的一端以及采樣開關S4的一端連接，采樣開關S4的另一端與第四電荷檢測器（12）的輸出端連接，電容C1的另一端與采樣開關S5的一端以及全差分放大器的正輸入端連接，電容C2的另一端與采樣開關S6以及全差分放大器的負輸入端連接，采樣開關S6的另一端與采樣開關S5的另一端連接，且采樣開關S5的另一端以及采樣開關S6的另一端接電壓VSet；

第一電荷檢測器（9）、第四電荷檢測器（12）、采樣開關S1、采樣開關S4連接第二時鐘Φ₂，第二電荷檢測器（10）、第三電荷檢測器（11）、采樣開關S2、采樣開關S3、采樣開關S5以及采樣開關S6連接第一時鐘Φ₁，第一時鐘Φ₁與第二時鐘Φ₂相互不交疊；

共模前饋電路（3）包括PMOS電流鏡電路、差分輸入對、電流鏡偏置電路、前饋調整NMOS管M_1FF和前饋調整NMOS管M_2FF；

所述PMOS電流鏡電路包括PMOS管M3及PMOS管M4，所述PMOS管M3的柵極端與PMOS管M3的漏極端、PMOS管M4的柵極端相連，PMOS管M3、PMOS管M4的源極端相互連接后接電源；PMOS管M3的柵極端、PMOS管M3的漏極端均與復位MOS管Ms1的漏極端相連，PMOS管M4的漏極端與復位MOS管Ms2的漏極端相連；復位MOS管Ms1和復位MOS管Ms2的柵極連接到第一時鐘Ф₁：

所述差分輸入對包括MOS管M1及MOS管M2；所述MOS管M1的漏極端與復位MOS管Ms1的源極端相連；所述MOS管M2的漏極端與復位MOS管Ms2的源極端相連；所述MOS管M1的源極端通過源極電阻R1與MOS管M5的漏極端相連，且MOS管M2的源極端通過源極電阻R2與MOS管M5的漏極端相連；MOS管M5的柵極端與MOS管M8的柵極端、MOS管M8的漏極端連接，MOS管M5的源極端與MOS管M6的漏極端連接，MOS管M6的源極端接地，MOS管M6的柵極端與MOS管M7的柵極端以及MOS管M7的漏極端連接，MOS管M7的源極端以及MOS管M8的源極端接地；MOS管M7的漏極端接偏置電流Ib2，MOS管M8的漏極端接偏置電流Ib1；

MOS管M1的柵極端與第一輸出誤差信號CM信號相連，MOS管M2的柵極端與第二輸出誤差信號CMn相連，PMOS管M4的漏極端還與前饋調整NOMS管M_1FF的柵極端、前饋調整NMOS管M_2FF的柵極端連接，前饋調整NOMS管M_1FF的源極端、前饋調整NMOS管M_2FF的源極端均接地；

檢測處理電路（2）包括一個16位計數器（24）、一個帶脈沖吞咽的16位計數器（15）、一個K：1選擇器（13）、第一8：1選擇器（23）、第二8：1選擇器（14），16:1選擇器（16）、一個吞咽脈沖控制電路（21）、一個復位信號產生電路（22）、一個掃描序列發生器（20）、一個窗口信號發生器（19）、一個信號對比電路（17）以及一個讀出控制器（18）；

輸入復位信號連接到帶脈沖吞咽的16位計數器（15）的第一復位端和復位信號產生電路（22）的復位端；K：1選擇器（13）的K個輸入端分別連接到K個共模電荷檢測電路（4）的輸出端，K：1選擇器的（13）輸出端連接到第二8:1選擇器（14）的數據輸入端；第二8:1選擇器（14）的控制輸入端連接到共模選擇控制信號，第二8:1選擇器（14）的輸出端連接到帶脈沖吞咽的16位計數器（15）的第二復位端；帶脈沖吞咽的16位計數器（15）的第三輸入端連接到吞咽脈沖控制電路（21）的輸出端，帶脈沖吞咽的16位計數器（15）的第四輸入端連接到輸入時鐘，帶脈沖吞咽的16位計數器（15）的輸出端連接到16:1選擇器（16）的數據輸入端和讀出控制器（18）的數據輸入端；16:1選擇器（16）的控制信號輸入端連接到掃描序列發生器（20）的輸出端，16:1選擇器（16）的數據輸出端連接到信號對比電路（17）的第一數據輸入端；信號對比電路（17）的第二數據輸入端連接到窗口信號發生器（19）的輸出端，信號對比電路（17）的輸出端即輸出標志信號SGN；讀出控制器的（18）輸出端即輸出狀態信號B3；復位信號產生電路（22）的輸出端同時連接到吞咽脈沖控制電路（21）的復位信號輸入端、掃描序列發生器（20）的復位信號輸入端和16位計數器（24）的復位信號輸入端；16位計數器（24）的第一輸入端連接到輸入時鐘，16位計數器（24）的低4位輸出端連接到吞咽脈沖控制電路（21）的控制信號輸入端，16位計數器（24）的高8位輸出端連接到第一8:1選擇器（23）數據信號輸入端；第一8:1選擇器（23）的輸出端連接到復位信號產生電路（22）的數據輸入端。