[發(fā)明專利]一種流水線型ADC電容失配校準電路及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010713430.3 | 申請日： | 2020-07-23 |
| 公開（公告）號： | CN111740741B | 公開（公告）日： | 2020-12-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 沈玉鵬;陳旭斌;李國儒;孫庭波;李緒成 | 申請（專利權(quán)）人： | 杭州城芯科技有限公司 |
| 主分類號： | H03M1/10 | 分類號： | H03M1/10 |
| 代理公司： | 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609 | 代理人： | 張莉瑜 |
| 地址： | 310000 浙江省杭州*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 流水 線型 adc 電容 失配 校準 電路 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種流水線型ADC電容失配校準電路及方法，該電路基于流水線型ADC電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，包括數(shù)字電路和多級流水級，每級流水級均包括校準輔助電容和校準邏輯電路，校準輔助電容一端連接流水級的放大器的正輸入端，另一端分別通過第一開關(guān)至第三開關(guān)連接流水級的總輸入端、負參考電平、正參考電平，且每級流水級的總輸入端處設(shè)有輸入短路開關(guān)，校準邏輯電路接收數(shù)字電路輸出的校準指示信號、校準控制信號和第一電容高低指示信號，輸出控制第一開關(guān)至第三開關(guān)的信號，在校準時通過校準輔助電容防止流水級輸出溢出。本發(fā)明能夠?qū)⒂呻娙菔湟鸬慕鼐嗍湟约霸鲆媸湓跀?shù)字域完全補償，有效消除電容失配對流水線型ADC動態(tài)性能的影響。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及混合信號集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種流水線型ADC電容失配校準電路及方法。
背景技術(shù)
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）作為連接模擬和數(shù)字的“橋梁”，被廣泛應(yīng)用于無線寬帶通信、高速數(shù)據(jù)存儲和生物醫(yī)療等領(lǐng)域。在無線寬帶通信領(lǐng)域，ADC在接收機中扮演著非常重要的角色，其性能也是制約接收機系統(tǒng)性能提升的重要因素之一。為了滿足現(xiàn)代無線寬帶通信對帶寬以及動態(tài)范圍的需求，高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究也成為熱門。
流水線型ADC能夠在速度和精度之間取得一個較好的折中，因此被廣泛應(yīng)用于高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計中。如圖 1所示，典型的流水線型ADC電路結(jié)構(gòu)包括采樣保持電路（SHA）、多級流水級（Stage1~Stagek，k為流水級個數(shù)）和數(shù)字電路，第i級流水級（Stagei，i∈k）的總輸入端連接前級（第i-1級）流水級（即更接近流水線型ADC總輸入側(cè)的上一級流水級）的總輸出端Vres,i-1，第i級流水級的總輸出端Vres,i連接后級流水級（即更接近流水線型ADC總輸出側(cè)的下一級流水級）的總輸入端，向數(shù)字電路輸出進行量化后的量化結(jié)果，即量化碼字DSi，其中每級流水級由子ADC（Sub_ADC）、子DAC（Sub_DAC，子數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、差減電路和放大器（RA）組成，由于子DAC、差減電路往往不是由獨立的單元/模塊實現(xiàn)，而是由多元件共同實現(xiàn)子DAC及差減電路相應(yīng)功能，（如圖1中虛線框所示）因此子DAC、差減電路和放大器的組合又常稱作MDAC。流水線型ADC將量化過程分解為多步進行，緩解了每一步量化的精度需求，優(yōu)勢是可以在采樣率和量化位數(shù)之間取得良好的折中。但受限于電容失配、比較器失調(diào)和放大器有限增益帶寬效應(yīng)等因素的影響，在對動態(tài)范圍有要求的應(yīng)用場合，流水線型ADC需配合相關(guān)的校準方法以提高ADC的動態(tài)性能。
流水級常采用多bit設(shè)計以在噪聲和功耗之間取得一個良好的折中效果，同時，為了降低對比較器失調(diào)的敏感性，常采用冗余編碼的流水級編碼方式。在實際工藝制造中，由于MDAC中各采樣電容的容值偏差量各不相同，這就會造成電容失配。通過獲得各采樣電容相對于反饋電容的相對電容誤差值與反饋電容的比值（即失配值ΔCsi/Cf，設(shè)ΔCsi為第i個采樣電容Csi相對于反饋電容的相對電容誤差值，Cf為反饋電容），即可在數(shù)字域?qū)Α盎儭钡牧魉墏鬟f函數(shù)進行校正，從而解決電容失配對ADC系統(tǒng)的動態(tài)性能造成的影響。
目前，流水線型ADC電容失配校準方法主要可以分為模擬校準和數(shù)字校準，其中模擬校準方法通常需要較為復(fù)雜的模擬電路實現(xiàn)，而相比較而言，數(shù)字校準方法無需復(fù)雜的模擬電路設(shè)計，電路面積和功耗資源消耗也更低。但現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字校準方法往往存在補償精度不足的問題，或需要增加特殊輸入端等，難以實現(xiàn)片上集成，且功耗較大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述至少一部分缺陷，提供一種流水線型ADC電容失配校準電路及流水線型ADC電容失配校準方法，以實現(xiàn)在數(shù)字域補償由采樣電容失配引起的截距失配和增益失配。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種流水線型ADC電容失配校準電路，該電路基于流水線型ADC電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，包括數(shù)字電路和多級流水級，每級所述流水級均包括校準輔助電容和校準邏輯電路，其中，
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