專(zhuān)利名稱(chēng)：應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，適用于現(xiàn)代先進(jìn)工藝下的模擬集成電路設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
比較器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的重要模塊，其性能直接決定轉(zhuǎn)換速率和精度。為適應(yīng)兼容現(xiàn)代先進(jìn)工藝的低電壓低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)需求，提出了基于脈沖寬度調(diào)制的時(shí)間域比較器用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電壓比較器。雖然這種比較器具有由于傳統(tǒng)電壓比較器的優(yōu)點(diǎn)，但是同樣存在閾值失調(diào)對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)的限制。為了減小閾值失調(diào)帶來(lái)的影響，常用的解決方法是增大器件的尺寸，但是會(huì)增加功耗、芯片面積和比較器輸入電容的變化，這些都違背了在低電壓下設(shè)計(jì)低功耗高性能電路的設(shè)計(jì)原則。解決比較器閾值失調(diào)的另一種方法是采用數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)，這種方法的好處在于不會(huì)增加功耗和比較器輸入電容的變化，只是增加上電運(yùn)行一次的數(shù)字校準(zhǔn)電路相應(yīng)的芯片面積，在先進(jìn)工藝下這部分?jǐn)?shù)字電路的面積通常相對(duì)比較小的。兩種代表性的做法是用電流源補(bǔ)償閾值失調(diào)，(見(jiàn)參考文獻(xiàn)Figueiredo P.M.，Cardoso P.，Lopes A.，F(xiàn)achada C. , Hamanishi N. , Tanabe K. and Vital J. ,“A 90nm CMOS 1. 2v6b lGS/s two-step subranging ADC",2006 IEEE International Solid-State Circuits Conference)但是會(huì)增加額外的功耗；改變比較器輸出電容之間的比例調(diào)節(jié)閾值，(見(jiàn)參考文獻(xiàn)Giarmini V. , Nuzzo P. , Chironi V. , Baschirotto A. , Van der Plas G. and Craninckx, J. , "An 820 μ W 9b 40MS/s Noise-Tolerant Dynamic-SAR ADC in 90nm Digital CMOS”，2008 IEEE International Solid—State Circuits Conference)但是會(huì)降4氐比較速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)提供一種應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，在不影響比較器速度和不增加額外功耗的前提下，使用數(shù)字電路校準(zhǔn)時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)。本發(fā)明應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的 檢測(cè)輸入端短接的時(shí)間域比較器的輸出，先調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字，再調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字，直至將閾值失調(diào)減小到校準(zhǔn)的誤差范圍內(nèi)。閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法一次正常的工作過(guò)程包括如下幾個(gè)步驟步驟1 重置粗調(diào)控制字和細(xì)調(diào)控制字為初始值，并且將時(shí)間域比較器的輸入端短接。步驟2 根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化。步驟3 根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化。步驟4 斷開(kāi)比較器的輸入端，完成閾值失調(diào)的校準(zhǔn)。
前述閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的細(xì)調(diào)控制字的調(diào)節(jié)范圍需要大于粗調(diào)控制字變化一次相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍以保證冗余；閾值失調(diào)校準(zhǔn)的精度由細(xì)調(diào)控制字變化一次相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍決定。本發(fā)明應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了使用數(shù)字電路校準(zhǔn)時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)，通過(guò)粗調(diào)和細(xì)調(diào)結(jié)合的方法在較短的時(shí)間內(nèi)完成了較高精度的調(diào)節(jié)，并且上電之后只需要工作一次，不會(huì)增加額外功耗。


圖1為應(yīng)用于時(shí)間域比較器閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的流程圖；圖2為采用閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的時(shí)間域比較器結(jié)構(gòu)框圖；圖3為采用閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的時(shí)間域比較器單端電路圖；圖4為閾值失調(diào)校準(zhǔn)電路的工作時(shí)序圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中時(shí)間域比較器閾值偏差校準(zhǔn)前的統(tǒng)計(jì)直方圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中時(shí)間域比較器閾值偏差校準(zhǔn)后的統(tǒng)計(jì)直方圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中時(shí)間域比較器閾值偏差校準(zhǔn)前后對(duì)比。符號(hào)說(shuō)明201為采樣保持電路，202為放電電流源，301為冗余開(kāi)關(guān)(dummy switch), 302為放電電流源，303為采樣電容，304為過(guò)零檢測(cè)。具體實(shí)施方法以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例加以說(shuō)明請(qǐng)參閱圖1所示，為應(yīng)用于時(shí)間域比較器閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的流程圖。圖1中的粗調(diào)控制字和細(xì)調(diào)控制字分為A和B兩組，分別對(duì)應(yīng)控制時(shí)間域比較器的兩個(gè)過(guò)零檢測(cè)電路。檢測(cè)輸入端短接的時(shí)間域比較器的輸出，先調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字，再調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字，直至將閾值失調(diào)減小到校準(zhǔn)的誤差范圍內(nèi)。閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法一次正常的工作過(guò)程包括如下幾個(gè)步驟重置粗調(diào)控制字和細(xì)調(diào)控制字為初始值，并且將時(shí)間域比較器的輸入端短接。根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化。根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化。斷開(kāi)比較器的輸入端，完成閾值失調(diào)的校準(zhǔn)。圖2為采用閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的時(shí)間域比較器結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明實(shí)施例中使用閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法的時(shí)間域比較器單端電路如圖3所示。其中粗調(diào)控制字調(diào)節(jié)的是過(guò)零檢測(cè)中的電阻阻值大小，細(xì)調(diào)控制字調(diào)節(jié)的是過(guò)零檢測(cè)中PMOS 開(kāi)關(guān)M3的襯底電壓。兩位粗調(diào)控制字變化一次能夠調(diào)節(jié)比較器的閾值10毫伏，四位細(xì)調(diào)控制字變化一次能夠調(diào)節(jié)比較器的閾值1毫伏；因此，閾值調(diào)節(jié)的范圍是40毫伏，調(diào)節(jié)的誤差在1毫伏以內(nèi)。閾值失調(diào)校準(zhǔn)電路完成一次工作過(guò)程的時(shí)序圖如圖4所示。該圖只是校準(zhǔn)電路工作中一種情況的示例，對(duì)于特定的閾值失調(diào)，只有一組粗調(diào)控制字和一組細(xì)調(diào)控制字起作用。完成整個(gè)校準(zhǔn)電路所需要的時(shí)鐘周期隨著閾值失調(diào)的差值發(fā)生變化，在本實(shí)施例中，最長(zhǎng)20個(gè)時(shí)鐘周期即可完成校準(zhǔn)。粗調(diào)控制字通過(guò)改變電阻阻值大小起到調(diào)節(jié)的作用，使用一組只有一個(gè)連接其他全部斷開(kāi)的PMOS開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)；細(xì)調(diào)控制字通過(guò)一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器改變襯底電壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用開(kāi)關(guān)控制的電阻陣列實(shí)現(xiàn)。使用蒙特卡洛仿真驗(yàn)證實(shí)施例中校準(zhǔn)電路的功能。如圖5所示，在沒(méi)有校準(zhǔn)閾值失調(diào)之前，比較器閾值偏移的平均值是0. 43毫伏，標(biāo)準(zhǔn)差是16. 15毫伏；如圖6所示，在完成校準(zhǔn)閾值失調(diào)之后，比較器閾值偏移的平均值是1. 43毫伏，標(biāo)準(zhǔn)差是0. 61毫伏。結(jié)合圖 7可知，校準(zhǔn)電路有效的減小了時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)差，如果使用增大器件尺寸的方法不能達(dá)到這樣的效果。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)該實(shí)施例達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)了基于線性脈沖寬度調(diào)制時(shí)間域比較器閾值失調(diào)的校準(zhǔn)，具有不影響比較器速度、不增加額外功耗、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，可以在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下對(duì)其進(jìn)行修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，其特征在于通過(guò)檢測(cè)輸入端短接的時(shí)間域比較器的輸出，先調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字，再調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字，直至將閾值失調(diào)減小到校準(zhǔn)的誤差范圍內(nèi)；包括如下幾個(gè)步驟步驟1 重置粗調(diào)控制字和細(xì)調(diào)控制字為初始值，將時(shí)間域比較器的輸入端短接； 步驟2 根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化； 步驟3 根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化； 步驟4 斷開(kāi)比較器的輸入端，完成閾值失調(diào)的校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，其特征在于細(xì)調(diào)控制字的調(diào)節(jié)范圍大于粗調(diào)控制字變化一次相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于時(shí)間域比較器的閾值失調(diào)校準(zhǔn)方法，通過(guò)檢測(cè)輸入端短接的時(shí)間域比較器的輸出，先調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字，再調(diào)節(jié)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字，直至將閾值失調(diào)減小到校準(zhǔn)的誤差范圍內(nèi)；包括，重置粗調(diào)控制字和細(xì)調(diào)控制字為初始值，將時(shí)間域比較器的輸入端短接；根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的粗調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化；根據(jù)比較器的結(jié)果調(diào)節(jié)相應(yīng)過(guò)零檢測(cè)的細(xì)調(diào)控制字直至比較結(jié)果發(fā)生變化；斷開(kāi)比較器的輸入端，完成閾值失調(diào)的校準(zhǔn)。具有不影響比較器速度、不增加額外功耗和上電之后只需要工作一次的特點(diǎn)。在多次循環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制字后，可以大大減小比較器的閾值失調(diào)。有效控制校準(zhǔn)完成所需的時(shí)鐘周期。
文檔編號(hào)H03M1/10GK102386920SQ20111035122
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者林平分, 黃冠中 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)