專利名稱：一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種級(jí)電路裝置，特別涉及一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，現(xiàn)有流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)設(shè)有的采樣保持模塊100對(duì)輸入的 模擬信號(hào)采樣，由串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊200和后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊300進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化， 得到的各級(jí)量化結(jié)果通過(guò)數(shù)字錯(cuò)位相加模塊400加權(quán)相加輸出數(shù)字信號(hào)。請(qǐng)參見(jiàn)圖2所示，每一個(gè)級(jí)電路模塊200，受兩相非交疊時(shí)鐘控制。在相位1時(shí)， 級(jí)電路采樣模塊230對(duì)該級(jí)輸入的模擬信號(hào)采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊210對(duì)該信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得 到粗量化結(jié)果D。ut ；在相位2時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊220將粗量化結(jié)果再轉(zhuǎn)化成粗量化模擬信號(hào)； 然后級(jí)電路采樣模塊230從輸入信號(hào)中減去粗量化模擬信號(hào)，并將減法結(jié)果放大以后給下 一級(jí)繼續(xù)進(jìn)行粗量化。每一級(jí)級(jí)電路模塊200都如流水線般地采樣、粗量化、相減放大。每 個(gè)級(jí)電路模塊200的粗量化結(jié)果還輸出到數(shù)字錯(cuò)位相加模塊400。請(qǐng)參見(jiàn)圖3所示的開(kāi)關(guān)電容電路，通過(guò)與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊210配合作用，共同實(shí)現(xiàn)了 圖2中級(jí)電路模塊200的采樣、粗量化、相減放大的過(guò)程。在相位1時(shí)，1開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，2開(kāi)關(guān) 開(kāi)路，Csi到Csn對(duì)輸入電壓Vin采樣；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊210共有N級(jí)判決電平Vkefi到V_，對(duì) 輸入電壓Vin進(jìn)行粗量化；在相位2時(shí)，2開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，1開(kāi)關(guān)開(kāi)路，由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊210的粗量 化結(jié)果決定Csi到Csn連接的是參考電壓是+Vk還是-VK，這實(shí)現(xiàn)了圖2中數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊220 的功能。請(qǐng)配合參見(jiàn)圖4和圖5所示，如果上述開(kāi)關(guān)電容電路中的電容都是理想值，由電荷 守恒公式轉(zhuǎn)換能夠得到如圖4中虛線所示的級(jí)電路模塊200的理想傳輸函數(shù)。假設(shè)各級(jí)級(jí) 電路模塊200都是理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，那么將其中每級(jí)輸出的模擬信號(hào)余量V。ut通過(guò)該級(jí) 之后的級(jí)電路模塊200和后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊210進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的量化結(jié)果，與該級(jí)的粗 量化結(jié)果D。ut加權(quán)相加，得到級(jí)電路模塊200的完整傳輸函數(shù)。理想情況下，該完整的傳輸 函數(shù)(V。ut+D。ut)應(yīng)是如圖5中虛線所示的一條斜率固定的直線，由每個(gè)判決電平Vkef加上理 想量化步長(zhǎng)Vstep ideal即AD。ut = 1的權(quán)重得到。但是在實(shí)際情況中，開(kāi)關(guān)電容電路的電容存在失配，包含系統(tǒng)誤差(版圖實(shí)現(xiàn)時(shí) 存在失配的寄生電容)和隨機(jī)誤差(設(shè)計(jì)時(shí)相同大小的電容制作出來(lái)并非相等)。電容的 失配會(huì)造成傳輸函數(shù)增益的變化以及過(guò)零點(diǎn)的變化(這也叫做數(shù)模轉(zhuǎn)換噪聲)，所以實(shí)際 的級(jí)電路模塊200的傳輸函數(shù)和完整傳輸函數(shù)是如圖4和圖5中實(shí)線所示。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換 噪聲的存在，使得理想AD。ut = 1的權(quán)重不等于實(shí)際的權(quán)重，即理想量化步長(zhǎng)Vstep ide皿并不 等于Vkef處的實(shí)際量化步長(zhǎng)Vstep Kg。因此在圖4中表現(xiàn)為直線斜率的不一致，而在圖5中 完整的傳輸函數(shù)在Vkef出產(chǎn)生了 “跳躍”。電容的失配會(huì)限制流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性度和有效位數(shù)。電容的匹配精度通常 不低于0. 1%，不做任何校準(zhǔn)的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度被限制在10到12位。[0008]現(xiàn)有對(duì)于電容失配的校準(zhǔn)是通過(guò)加入隨機(jī)擾動(dòng)，使用相關(guān)算法估算出電容失配的大小，再減去失配引起的誤差。但是該校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)，并會(huì)隨著有效位數(shù)的增加， 校準(zhǔn)時(shí)間會(huì)以指數(shù)性延長(zhǎng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，能夠改善流水 線模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳輸函數(shù)的線性度，減少流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)時(shí)間，增加模數(shù)轉(zhuǎn)換的有 效位數(shù)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電 路裝置，其特征在于，包含串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊，上述串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊分別與上述 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字錯(cuò)位相加模塊連接； 上述每個(gè)級(jí)電路模塊包含依次連接的級(jí)聯(lián)模擬輸入端口、級(jí)電路采樣模塊、減法器模塊、增益放大模塊；與上述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊也與上述減法 器模塊連接；上述級(jí)電路模塊還包含給定模擬輸入端口、給定數(shù)字輸入端口、第一到第四切換 開(kāi)關(guān)。上述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口串聯(lián)第一切換開(kāi)關(guān)，通過(guò)上述級(jí)電路采樣模塊與上述減法 器模塊的正輸入端連接；上述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口、第一切換開(kāi)關(guān)，還依次通過(guò)串聯(lián)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第三切 換開(kāi)關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與上述減法器模塊的負(fù)輸入端連接；上述減法器模塊將從上述級(jí)電路采樣模塊輸入的模擬信號(hào)中減去上述數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊輸出的粗量化模擬信號(hào)，并發(fā)送至上述增益放大模塊；上述增益放大模塊輸出放大后的模擬信號(hào)余量至下一級(jí)的級(jí)電路模塊；上述給定模擬輸入端口串聯(lián)第二切換開(kāi)關(guān)，分別與上述級(jí)電路采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊連接；上述給定數(shù)字輸入端口通過(guò)第四切換開(kāi)關(guān)與上述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。 上述級(jí)電路模塊還包含存儲(chǔ)模塊；上述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊還與上述存儲(chǔ)模塊連接，輸出粗量化結(jié)果并控制上述存儲(chǔ)模塊 輸出粗量化校準(zhǔn)結(jié)果到上述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字錯(cuò)位相加模塊。本實(shí)用新型提供的一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu) 點(diǎn)在于本實(shí)用新型由于對(duì)設(shè)置的若干級(jí)電路模塊進(jìn)行倒序校準(zhǔn)，減少了校準(zhǔn)的時(shí)間；本實(shí)用新型由于在每一級(jí)級(jí)電路模塊都將粗量化校準(zhǔn)結(jié)果輸出到數(shù)字錯(cuò)位相加 模塊，進(jìn)行加權(quán)相加的是粗量化校準(zhǔn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的實(shí)際量化步長(zhǎng)，所以在級(jí)電路模塊傳輸 函數(shù)中，數(shù)模轉(zhuǎn)換噪聲導(dǎo)致的“跳躍”被消除了，改善了流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳輸函數(shù)的線性 度，增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換的有效位數(shù)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖2是現(xiàn)有技術(shù)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路模塊的電路原理圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路模塊的傳輸函數(shù)示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路模塊的完整傳輸函數(shù)示意圖；圖6是本實(shí)用新型的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型的級(jí)電路模塊的傳輸函數(shù)示意圖；圖8是本實(shí)用新型的級(jí)電路模塊的完整傳輸函數(shù)示意圖；圖9是本實(shí)用新型的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本實(shí)用新型流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)前的靜態(tài)非線性誤差示意圖；圖11是本實(shí)用新型流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)后的靜態(tài)非線性誤差示意圖；圖12是本實(shí)用新型流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)前的動(dòng)態(tài)非線性誤差示意圖；圖13是本實(shí)用新型流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)后的動(dòng)態(tài)非線性誤差示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。請(qǐng)參見(jiàn)圖9所示，本實(shí)用新型提供的一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，設(shè)置 在流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。該流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣保持模塊對(duì)輸 入模擬信號(hào)采樣，由串聯(lián)的級(jí)電路裝置和后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊30進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化，各級(jí)的 量化結(jié)果通過(guò)數(shù)字錯(cuò)位相加模塊40加權(quán)相加，并通過(guò)冗余處理模塊50輸出數(shù)字信號(hào)。該 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置包含若干級(jí)電路模塊20。請(qǐng)參見(jiàn)圖6所示，每個(gè)級(jí)電路模塊20包含3個(gè)輸入端口、4個(gè)切換開(kāi)關(guān)swl到sw4、 級(jí)電路采樣模塊23、減法器模塊24、增益放大模塊25、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊22、 存儲(chǔ)模塊26。輸入端口包含級(jí)聯(lián)模擬輸入端口 Vin和給定模擬輸入端口 Forced Vin、給定數(shù)字輸入端口 Forced Din。級(jí)聯(lián)模擬輸入端口 Vin與第一切換開(kāi)關(guān)swl串聯(lián)后，分別與級(jí)電路采樣模塊23、模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21連接；給定模擬輸入端口 Forced Vin與第二切換開(kāi)關(guān)sw2串聯(lián)后，也分別與 級(jí)電路采樣模塊23、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21連接。在正常工作狀態(tài)下，第一切換開(kāi)關(guān)swl閉合、第 二切換開(kāi)關(guān)sw2斷開(kāi)，將上一級(jí)級(jí)電路模塊20輸出的模擬原始信號(hào)通過(guò)級(jí)聯(lián)模擬輸入端口 Vin傳輸給級(jí)電路采樣模塊23、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21。在校準(zhǔn)狀態(tài)下，第二切換開(kāi)關(guān)sw2閉合、 第一切換開(kāi)關(guān)swl斷開(kāi)將模擬給定信號(hào)通過(guò)給定模擬輸入端口 Forced Vin傳輸給級(jí)電路采 樣模塊23、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21是快閃式(Flash)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21將從輸入端口 輸入的上級(jí)模擬原始信號(hào)或模擬給定信號(hào)轉(zhuǎn)換成本級(jí)的粗量化結(jié)果D。ut，并發(fā)送到存儲(chǔ)模 塊26 ；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊21也可以通過(guò)串聯(lián)的第三切換開(kāi)關(guān)sw3控制，將轉(zhuǎn)換后的粗量化結(jié)果 Dout發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊22。存儲(chǔ)模塊26通過(guò)粗量化結(jié)果D-控制，將存儲(chǔ)陣列中本級(jí)的粗量化校準(zhǔn)結(jié)果 ROM(Dout)在正常工作狀態(tài)下輸出給流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字錯(cuò)位相加模塊，或是輸出給數(shù) 模轉(zhuǎn)換模塊22在校準(zhǔn)時(shí)使用。[0045]給定數(shù)字輸入端口 Forced Din通過(guò)串聯(lián)的第四切換開(kāi)關(guān)sw4與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊22 連接。由第三切換開(kāi)關(guān)sw3、第四切換開(kāi)關(guān)sw4控制，選擇向數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊22輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換 后的本級(jí)粗量化結(jié)果D。ut，或是通過(guò)給定數(shù)字輸入端口 Forced Din輸入數(shù)字給定信號(hào)。數(shù)模 轉(zhuǎn)換模塊22將轉(zhuǎn)換后的粗量化模擬信號(hào)發(fā)送到減法器模塊24的負(fù)輸入端口。級(jí)電路采樣模塊23的輸入端與級(jí)聯(lián)模擬輸入端口 Vin、給定模擬輸入端口 Forced Vin連接，受第一切換開(kāi)關(guān)swl、第二切換開(kāi)關(guān)sw2控制對(duì)輸入的上一級(jí)的模擬原始信號(hào)或模 擬給定信號(hào)進(jìn)行采樣，并發(fā)送到減法器模塊24的正輸入端。減法器模塊24將從級(jí)電路采樣模塊23輸出的信號(hào)減去數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊22輸出的 粗量化模擬信號(hào)，并通過(guò)增益放大模塊25放大后，得到模擬信號(hào)余量V。ut發(fā)送至下一級(jí)級(jí) 電路模塊20。在對(duì)本實(shí)用新型提供的一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，由于沒(méi) 有開(kāi)關(guān)電容電路，后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊30不需要校準(zhǔn)電容失配，從第N級(jí)級(jí)電路開(kāi)始倒序校準(zhǔn)。將第二切換開(kāi)關(guān)sw2、第四切換開(kāi)關(guān)sw4閉合、第一切換開(kāi)關(guān)swl、第三切換開(kāi)關(guān) sw3斷開(kāi)，使級(jí)電路模塊20工作在校準(zhǔn)狀態(tài)；如下表1所示，間隔改變輸入到第j級(jí)級(jí)電路模塊20的模擬給定信號(hào)、數(shù)字給定 信號(hào)。(以 下j從N到1遞減)為第j級(jí)級(jí)電路模塊20的給定模擬輸入端口 Forced Vin輸 入的模擬給定信號(hào)是判決電平Vkefi到Vkefn、為其給定數(shù)字輸入端口 Forced Din輸入的數(shù)字 給定信號(hào)是給定量化結(jié)果1到N+1。 表1級(jí)電路模塊的給定輸入信號(hào)與輸出量化結(jié)果的對(duì)照表；首先，對(duì)第j級(jí)級(jí)電路模塊20輸入判決電平、給定量化結(jié)果，使ForcedVin = VKEF(i)、Forced Din = i (其中i從1到N遞增)；其中給定數(shù)字輸入端口 ForcedDin輸入的數(shù)字給定信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊22轉(zhuǎn)換得到粗量化模擬信號(hào)，并發(fā)送到減法器模塊24的負(fù)輸入端； 第j級(jí)級(jí)電路模塊20的給定模擬輸入端口 Forced Vin輸入的模擬給定信號(hào)經(jīng)過(guò)級(jí)電路采 樣模塊23發(fā)送到減法器模塊24的正輸入端；上述模擬給定信號(hào)減去粗量化模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò) 增益放大后，輸出模擬信號(hào)余量V。ut(j)。第j級(jí)級(jí)電路模塊20輸出的模擬信號(hào)余量V。ut(j)，依次由第j+Ι級(jí)到第N級(jí)級(jí)電 路模塊20進(jìn)行粗量化，對(duì)于其中每一級(jí)級(jí)電路模塊20，其給定模擬輸入端口 Forced Vin輸 入上一級(jí)的模擬信號(hào)余量，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到粗量化結(jié)果D。ut ；由該粗量化結(jié)果D。ut控制輸 出存儲(chǔ)陣列中第j+Ι級(jí)級(jí)電路模塊20的粗量化校準(zhǔn)結(jié)果R0M(D。ut) (J+1)0如下表2所示，如果級(jí)電路模塊20的粗量化結(jié)果D。ut = 1，則從存儲(chǔ)模塊26讀取 ROM(I) = 0作為粗量化校準(zhǔn)結(jié)果；如果粗量化結(jié)果D。ut = 2，則讀取ROM⑵=Vstep eeali作 為粗量化校準(zhǔn)結(jié)果；依次類推，如果該級(jí)的D。ut = N+1，則讀取R0M(N+1) = VSTEP_EEAL1+VSTEP_ REAL2 VSTEP_EEALN作為粗量化校準(zhǔn)結(jié)果輸出。 表2級(jí)電路模塊的粗量化結(jié)果與粗量化校準(zhǔn)結(jié)果的對(duì)照表；由于已經(jīng)對(duì)第j級(jí)級(jí)電路模塊20之后的級(jí)電路模塊20(即從第j+Ι級(jí)級(jí)電路模 塊20到第N級(jí)級(jí)電路模塊20)進(jìn)行過(guò)校準(zhǔn)，所以假設(shè)該級(jí)之后的級(jí)電路模塊20都是理想 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此在這里取粗量化校準(zhǔn)結(jié)果ROM(D。ut)輸入到給定數(shù)字輸入端口 Forced Din，來(lái)保證第j級(jí)級(jí)電路模塊20的校準(zhǔn)效果。將粗量化校準(zhǔn)結(jié)果ROM(Dwt)通過(guò)給定數(shù)字輸入端口 Forced Din發(fā)送至數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊22得到粗量化模擬信號(hào)，并發(fā)送到減法器模塊24的負(fù)輸入端；給定模擬輸入端口 Forced Vin輸入的上一級(jí)的模擬信號(hào)余量V。ut(j)經(jīng)過(guò)級(jí)電路采樣模塊23發(fā)送到減法器模 塊24的正輸入端；上一級(jí)模擬信號(hào)余量減去粗量化模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)增益放大后，輸出模擬
信號(hào)余量V。ut(j+1)。之后將第j+Ι級(jí)到第N級(jí)級(jí)電路模塊20輸出的模擬信號(hào)余量V。ut，經(jīng)過(guò)后模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊30進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到一組第一量化結(jié)果DLSTEP(i)A。以此類推，改變第j級(jí)級(jí)電路模塊20的給定輸入信號(hào)，對(duì)第j級(jí)級(jí)電路模塊20的 給定模擬輸入端口 Forced Vin輸入判決電平、為給定數(shù)字輸入端口 Forced Din輸入給定量化結(jié)果，使Forced Vin = VEEF(i) ,Forced Din = i+1 (其中i從1到N遞增)；同樣經(jīng)過(guò)第j級(jí) 級(jí)電路模塊輸出模擬信號(hào)余量V。ut(j)，再依次通過(guò)第j+Ι級(jí)到第N級(jí)級(jí)電路模塊20、后模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊30進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一組第二量化結(jié)果DLSTEP(i)B。最后，將相對(duì)應(yīng)的第一量化結(jié)果DLstepwa和第二量化結(jié)果DLstepwb相減得到關(guān)于第 J級(jí)級(jí)電路模塊20的一組實(shí)際量化步長(zhǎng)VSTEP—KEAUi)，即VSTEP—ΚΕΛω = DLstep ⑴ A_D Lstep ⑴ β， 并將 其保存在存儲(chǔ)模塊26中，供校準(zhǔn)前級(jí)的級(jí)電路模塊20和正常工作時(shí)使用。按照上述對(duì)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路模塊的校準(zhǔn)流程，從第N級(jí)級(jí)電路模塊到 第1級(jí)級(jí)電路模塊，依次進(jìn)行校準(zhǔn)。由于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中存在的非理想因素，會(huì)影響后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊30和該級(jí) 之后的級(jí)電路模塊20作為理想模數(shù)轉(zhuǎn)換器的假設(shè)，所以每一級(jí)級(jí)電路模塊20輸出的粗量 化校準(zhǔn)結(jié)果保留了若干位冗余位以保證校準(zhǔn)效果。流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字錯(cuò)位相加模塊40將每一級(jí)級(jí)電路模塊20輸出的粗量化 校準(zhǔn)結(jié)果R0M(D。ut)和后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊30輸出的量化結(jié)果DL進(jìn)行錯(cuò)位相加，并在省略了冗 余位之后，輸出流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器最終的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。請(qǐng)配合參見(jiàn)圖6、圖7和圖8所示，在流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于正常工作狀態(tài)，即第一 切換開(kāi)關(guān)swl、第三切換開(kāi)關(guān)sw3閉合、第二切換開(kāi)關(guān)sw2、第四切換開(kāi)關(guān)sw4斷開(kāi)時(shí)，模擬 原始信號(hào)依次通過(guò)各級(jí)級(jí)電路模塊20和后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊30進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；由于每一級(jí)級(jí) 電路模塊20都將粗量化校準(zhǔn)結(jié)果R0M(D。ut)而不是粗量化結(jié)果D。ut輸出到數(shù)字錯(cuò)位相加模 塊30，所以進(jìn)行加權(quán)相加的是粗量化校準(zhǔn)結(jié)果ROM (Dout)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際量化步長(zhǎng)Vstep Kg，而 不是粗量化結(jié)果D。ut所對(duì)應(yīng)的理想量化步長(zhǎng)Vstep ID·，所以在級(jí)電路模塊20傳輸函數(shù)中，數(shù) 模轉(zhuǎn)換噪聲導(dǎo)致的“跳躍”被消除了，流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的完整傳輸函數(shù)的線性度不會(huì)受到 影響。請(qǐng)參見(jiàn)圖9所示，以下以一個(gè)16位輸出的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器為例，通過(guò)軟件 MATLAB仿真，說(shuō)明本實(shí)用新型對(duì)于流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中電容失配的校準(zhǔn)效果。設(shè)定流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器有6個(gè)級(jí)電路模塊20，其中前三個(gè)級(jí)電路模塊20每個(gè)為 17級(jí)量化結(jié)果，增益是8，輸出5位數(shù)字值；后三個(gè)級(jí)電路模塊20每個(gè)為9級(jí)量化結(jié)果，增 益是4，輸出4位數(shù)字值；后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊30是33級(jí)量化結(jié)果，輸出6位數(shù)字值。各個(gè)級(jí) 電路的輸出位數(shù)經(jīng)過(guò)錯(cuò)位相加后得到20位數(shù)字值，校準(zhǔn)時(shí)和正常工作都是使用20位，但最 終輸出16位數(shù)字值，省略最后4位冗余位。仿真中，除了電容失配，其他一些非理想因素諸 如比較器失調(diào)、運(yùn)放有限增益都考慮進(jìn)去，并且同時(shí)輸出流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器未校準(zhǔn)和校準(zhǔn) 后的結(jié)果作為對(duì)比。請(qǐng)配合參見(jiàn)圖10到圖13所示，分別是流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器未校準(zhǔn)和校準(zhǔn)后的靜態(tài) 非線性誤差和動(dòng)態(tài)非線性誤差，總結(jié)于下表3中。其中圖10和圖11是流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的靜態(tài)非線性誤差，校準(zhǔn)之前最大DNL (差分非線性)和最大INL (積分非線性)是3. 20LSB 和2921LSB，存在著失碼和非單調(diào)性；校準(zhǔn)之后最大DNL (差分非線性)和最大INL (積分非 線性)降為0. 14LSB和0. 31LSB,消除失碼并保證單調(diào)性。圖12和圖13是流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)非線性誤差，是一個(gè)單頻率正弦波經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)前流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)后流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化后輸出的頻譜分析，圖中1st表 示基波信號(hào)，2nd、3rcl···表示高階諧波失真。SFDR(信號(hào)與最大諧波失真之比)在校準(zhǔn)之前是55. 24dB，校準(zhǔn)之后變?yōu)?15. 5dB，提高了約60dB ；SINAD(信號(hào)與諧波失真及噪聲之比) 所表征的ENOB (有效位數(shù))從8. 3位恢復(fù)到理想流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的16位。靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 性能上的大幅提高足以證明本實(shí)用新型的校準(zhǔn)方法對(duì)于電容失配的有效性。 表3是本發(fā)明的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)前后誤差比較表；流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)所需的時(shí)間點(diǎn)數(shù)是(16+16+16+8+8+8) Χ2 = 144 2~7，另 外在每個(gè)點(diǎn)平均取2~ 10次以消除熱噪聲的影響，總體還是只需要約2~ 17個(gè)周期，遠(yuǎn)低于現(xiàn) 有校準(zhǔn)方法需要的2~27個(gè)周期。而且隨著有效位數(shù)的增加，本實(shí)用新型的校準(zhǔn)時(shí)間只是線 性增長(zhǎng)，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有校準(zhǔn)方法的指數(shù)性增長(zhǎng)。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上 述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于 本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附 的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，其特征在于，包含串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊(20)，所述串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊(20)分別與所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(30)、數(shù)字錯(cuò)位相加模塊(40)連接；所述每個(gè)級(jí)電路模塊(20)包含依次連接的級(jí)聯(lián)模擬輸入端口、級(jí)電路采樣模塊(23)、減法器模塊(24)、增益放大模塊(25)；與所述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(21)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(22)也與所述減法器模塊連接；所述級(jí)電路模塊(20)還包含給定模擬輸入端口、給定數(shù)字輸入端口、第一到第四切換開(kāi)關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，其特征在于，所述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口串聯(lián)第一切換開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述級(jí)電路采樣模塊(23)與所述減 法器模塊(24)的正輸入端連接；所述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口、第一切換開(kāi)關(guān)，還依次通過(guò)串聯(lián)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(21)、第三切 換開(kāi)關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(22)與所述減法器模塊(24)的負(fù)輸入端連接；所述減法器模塊(24)將從所述級(jí)電路采樣模塊(23)輸入的模擬信號(hào)中減去所述數(shù)模 轉(zhuǎn)換模塊(22)輸出的粗量化模擬信號(hào)，并發(fā)送至所述增益放大模塊(25)；所述增益放大模塊(25)輸出放大后的模擬信號(hào)余量至下一級(jí)的級(jí)電路模塊(20)；所述給定模擬輸入端口串聯(lián)第二切換開(kāi)關(guān)，分別與所述級(jí)電路采樣模塊(23)、模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊(21)連接；所述給定數(shù)字輸入端口通過(guò)第四切換開(kāi)關(guān)與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(22)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，其特征在于，所述級(jí)電 路模塊(20)還包含存儲(chǔ)模塊(26)；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(21)還與所述存儲(chǔ)模塊(26)連接，輸出粗量化結(jié)果并控制所述存 儲(chǔ)模塊(26)輸出粗量化校準(zhǔn)結(jié)果到所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字錯(cuò)位相加模塊(40)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的級(jí)電路裝置，其特征在于，包含串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊，所述串聯(lián)的若干級(jí)電路模塊分別與所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的后模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字錯(cuò)位相加模塊連接；所述每個(gè)級(jí)電路模塊包含依次連接的級(jí)聯(lián)模擬輸入端口、級(jí)電路采樣模塊、減法器模塊、增益放大模塊；與所述級(jí)聯(lián)模擬輸入端口連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊也與所述減法器模塊連接；所述級(jí)電路模塊還包含給定模擬輸入端口、給定數(shù)字輸入端口、第一到第四切換開(kāi)關(guān)。本實(shí)用新型對(duì)粗量化校準(zhǔn)結(jié)果相加，改善了流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳輸函數(shù)的線性度，增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換的有效位數(shù)。
文檔編號(hào)H03M1/12GK201590812SQ201020033048
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者倪文海, 王睿 申請(qǐng)人:上海迦美信芯通訊技術(shù)有限公司