[發(fā)明專利]一種用于兩步單斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的細量化斜坡發(fā)生器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010047680.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111224667B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設計）人: 李靖;廖勇;張啟輝;肖航;寧寧;于奇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換技術領域，特別涉及一種用于兩步單斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的細量化斜坡發(fā)生器。本發(fā)明通過輸出緩沖器模塊205采用共模不變的方式，解決了斜坡發(fā)生器在建立過程中由于斜坡發(fā)生器輸出緩沖器共模電平變化導致斜坡發(fā)生器積分非線性(INL)、微分非線性(DNL)、無雜散動態(tài)范圍(SFDR)等性能變差的問題；并同時避免了采用襯源短接將襯底寄生電容引入到環(huán)路中的問題，對提高斜坡發(fā)生器輸出信號的線性度有較好的作用；還通過采用一種前饋跨導通路結(jié)構和電阻電容補償結(jié)構，實現(xiàn)細量化斜坡發(fā)生器輸出緩沖器模塊205運放的零極點相消的目的，優(yōu)化了細量化斜坡發(fā)生器輸出緩沖器模塊205的線性度、環(huán)路穩(wěn)定性和建立穩(wěn)定時間。

技術領域

本發(fā)明屬于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換技術領域，特別涉及一種用于兩步單斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的細量化斜坡發(fā)生器。

背景技術

斜坡發(fā)生器(Single-Slope Generator)實質(zhì)是數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC,DigitaltoAnalog Converter)，數(shù)模轉(zhuǎn)換就是將系統(tǒng)處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；將一組數(shù)字信號輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，利用參考電壓根據(jù)數(shù)字信號權值累加產(chǎn)生相應的模擬信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)在圖像傳感領域具有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的重要作用。DAC目前按照原理劃分為Nyquist型和過采樣型；Nyquist型DAC按其結(jié)構主要分為電阻型DAC、開關電容型DAC、電流舵型DAC。

電流舵型DAC所有的電流都直接流向輸出端，能量利用率高；但是對器件的不匹配性很敏感以及有限的電流源輸出阻抗，負載電阻對電壓有很強的依賴性，進而影響DAC的線性度。電容型DAC雖然不存在直流功耗，但是電容間的不匹配和偏差，各電容的非線性將會影響DAC的線性度。電阻式DAC雖然電阻總是非線性的，但可以用特殊的附加技術使他們的誤差較小，進而實現(xiàn)DAC較好的線性度。

兩步式ADC(Two-Step ADC)已經(jīng)得到了非常廣泛的應用，包括數(shù)碼相機、數(shù)碼攝錄機、閉路電視和醫(yī)療設備，由于兩步式ADC的快速操作特性，在幀升級方面的研究進展被認為是非常重要的。共用斜坡發(fā)生器和計數(shù)器的工作方式使得芯片面積小、功耗低，非常適用于對于列寬要求嚴格的圖像傳感器。兩步式ADC會進行粗量化和細量化兩步量化，如一個M+N位的兩步式ADC，粗量化階段量化高M位，細量化階段量化低N位，將兩步量化的結(jié)果作為最終結(jié)果，且量化次數(shù)僅需要2^M+2^N次。

現(xiàn)有細量化斜坡發(fā)生器DAC采用的具體結(jié)構如附圖1所示，包括頂部鉗位運放模塊101，底部鉗位運放模塊102，電阻陣列和開關陣列模塊103，數(shù)字控制模塊104和傳統(tǒng)斜坡發(fā)生器輸出緩沖器模塊105。

但是，在現(xiàn)有細量化斜坡發(fā)生器量化過程中，因為輸出緩沖器模塊105的共模電平隨著量化的進行，其共模電平時刻在變化；同時由于現(xiàn)有細量化斜坡發(fā)生器中輸出緩沖器的運放有限的共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，CMRR)，會在輸出緩沖器的輸入端引入一個失調(diào)電壓，將會導致細斜坡發(fā)生器輸出信號線性度和積分非線性(Integralnonlinearity，INL)變差。

而在現(xiàn)有細量化斜坡發(fā)生器電路結(jié)構中，由于輸出緩沖器共模電平變化的影響，實際量化的輸出結(jié)果與理論設計值會存在較大差距，影響量化結(jié)果的正確性，最終限制兩步式ADC的各種性能，包括積分非線性(INL)、微分非線性(DNL)、無雜散動態(tài)范圍(SFDR)等。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在問題或不足，為解決現(xiàn)有細量化斜坡發(fā)生器中輸出緩沖器共模電平的變化，對斜坡發(fā)生器轉(zhuǎn)換性能的不利影響；本發(fā)明提出了一種用于兩步單斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的細量化斜坡發(fā)生器，其輸出緩沖器采用電流電流負反饋結(jié)構，通過將固定低電平VFB電壓(外部提供的固定低電平)作為輸出緩沖器運放的穩(wěn)定共模電壓接到其正輸入端。

本發(fā)明的技術方案為：