模数转换电路及流水线模数转换器制造技术

本公开涉及一种模数转换电路及流水线模数转换器。该电路是流水线模数转换器的一级，包括：SADC模块、MDAC模块(内部可以包括冗余DAC)、控制及测量模块、MUX模块及校正模块，MUX模块连接在SADC模块和MDAC模块之间；控制及测量模块连接MUX模块，输出第一控制、第二控制、使能及校正信号；校正模块连接控制及测量模块。在使能信号控制下，MUX模块输出数字信号或控制信号到开关单元和校正模块；在MUX模块输出数字信号时，校正模块根据电容失配参数校正输出的数字信号。根据本公开实施例，能够获取流水线模数转换器的电容失配参数并校正输出的数字信号，从而以较低的电路复杂度实现了高精度的流水线模数转换器。精度的流水线模数转换器。精度的流水线模数转换器。

【技术实现步骤摘要】
模数转换电路及流水线模数转换器


[0001]本公开涉及集成电路
，尤其涉及一种模数转换电路及流水线模数转换器。

技术介绍

[0002]流水线模数转换器(ADC，Analog-to-Digital Converter)由若干级功能类似的模块组成，每个模块包括子模数转换(SADC)模块和数模转换及放大(MDAC)模块等。
[0003]流水线ADC的精度与MDAC模块的信号处理精度密切相关，而MDAC模块的工作参数会影响MDAC模块的信号处理精度。举例来说，MDAC模块中电容匹配的非理想性对MDAC模块的精度影响较大。电容失配对MDAC输出误差的影响有两方面：一个是与SADC量化结果无关的失配项，即增益误差；另一个是与SADC量化结果有关的失配项。这两项误差均会造成流水线ADC精度下降，各次谐波上升等影响。在多比特MDAC结构中，与SADC的量化结果有关的失配项影响更为明显。为保证流水线ADC的精度，需要电容匹配精度满足设计需求。
[0004]在相关技术中，通常留有大量设计余量(例如增大电容面积)，或者通过模拟或数字方式进行电容补偿。然而，增大电容面积会增加流水线ADC的输入负载及运算放大器(OPA)负载，不仅增加流水线ADC功耗，而且显著增加采样开关、OPA等其他模块的设计难度；采用模拟电容补偿的方式需要复杂的开关电容网络，显著增加模拟电路的复杂度并提高版图布局的难度；采用数字电容补偿的方式对MDAC电容失配的测量精度要求较高，传统测量方案需要对流水线ADC输入多个精度很高的直流电压，测试环境代价很大。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本公开提出了一种模数转换电路，能够以较低的代价进行电容失配误差的测量和校正，实现高精度的流水线模数转换器。
[0006]根据本公开的一方面，提供了一种模数转换电路，所述电路是流水线模数转换器的一级，所述电路包括：子模数转换SADC模块、数模转换及放大MDAC模块(内部可以包括冗余DAC)、控制及测量模块、多路选择器MUX模块以及校正模块，所述SADC模块的输入端用于输入模拟信号，输出端用于输出模数转换后的第一数字信号；所述MUX模块电连接在所述SADC模块和所述MDAC模块之间，所述MUX模块的一输入端用于输入所述第一数字信号，另一输入端用于输入第一控制信号，使能端用于输入使能信号，所述MUX模块用于根据所述使能信号输出所述第一数字信号或所述第一控制信号到所述MDAC模块；所述MDAC模块包括电容单元、开关单元，所述电容单元包括多个采样电容、多个反馈电容，所述MDAC模块的第一输入端用于输入所述模拟信号，第二输入端电连接于所述MUX模块的输出端，第三输入端用于输入第二控制信号，输出端用于输出余差信号；所述开关单元包括多个开关，所述开关单元的第一端电连接于所述MUX模块的输出端，用于输入所述第一控制信号或所述第一数字信号，第二端用于输入第二控制信号，第三端电连接于所述电容单元，所述开关单元用于根据所述第二控制信号进行开关切换，以改变所述MDAC模块中多个采样电容和/或多个反馈电
容的电连接关系；所述控制及测量模块电连接于所述MUX模块及所述开关单元，第一输出端用于输出所述第一控制信号，第二输出端用于输出所述使能信号，第三输出端用于输出校正信号，第四输出端用于输出所述第二控制信号，所述校正信号用于表征所述MDAC模块的多个采样电容及多个反馈电容的电容失配参数；所述校正模块电连接到所述控制及测量模块，所述校正模块的一输入端电连接于所述MUX模块的输出端或所述SADC模块的输出端，另一输入端用于输入所述校正信号，所述校正模块用于根据所述校正信号对所述第一数字信号进行校正，并通过输出端输出校正后的第二数字信号，其中，在所述MUX模块的输出端输出所述第一控制信号的情况下，所述控制及测量模块用于：在不同时间段根据所述第二控制信号控制开关单元改变所述多个采样电容和/或所述多个反馈电容的连接关系，确定所述电容失配参数并生成校正信号。
[0007]在一种可能的实施方式中，所述电容失配参数包括各个采样电容相对于多个采样电容中的任一采样电容值或多个采样电容的电容均值的失配参数、各个反馈电容相对于多个采样电容中的任一采样电容值或多个采样电容的电容均值的失配参数。
[0008]在一种可能的实施方式中，所述电路还包括模数转换ADC模块，所述ADC模块电连接到所述MDAC模块和所述控制及测量模块，输入端用于输入所述余差信号，输出端用于输出对所述余差信号进行模数转换后的第三数字信号。
[0009]在一种可能的实施方式中，所述在不同时间段根据所述第二控制信号控制开关单元改变多个采样电容和/或多个反馈电容的连接关系，包括：根据所述第二控制信号控制开关单元，以将所述多个采样电容中的第一数目的采样电容接入采样相，将所述多个反馈电容中的第一数目的反馈电容接入反馈相；和/或根据所述第二控制信号控制开关单元，以将所述多个采样电容中的第一数目的采样电容接入反馈相，将所述多个反馈电容中的第一数目的反馈电容接入采样相。
[0010]在一种可能的实施方式中，所述第一数目为1个、2个或多个。
[0011]在一种可能的实施方式中，所述在不同时间段根据所述第二控制信号控制开关单元改变多个采样电容与多个反馈电容的连接关系，包括：在第一时间段，根据所述第二控制信号控制开关单元，切换开关以将第一采样电容、第二采样电容接入采样相，将第一反馈电容、第二反馈电容接入反馈相，其中，所述第一采样电容、所述第二采样电容为所述多个采样电容中的任意两个，所述第一反馈电容、所述第二反馈电容为所述多个反馈电容中的任意两个；在第二时间段，根据所述第二控制信号控制开关单元，以将所述第一采样电容、所述第二反馈电容接入反馈相，将所述第二采样电容和所述第一反馈电容接入采样相，其中，所述第一时间段在所述第二时间段不重叠。
[0012]在一种可能的实施方式中，所述确定电容失配参数，包括：在第一时间段，接收所述ADC模块输出的多个第三数字信号，利用所述多个第三数字信号确定多个采样电容相对于多个采样电容中第一电容的第一失配参数；在第二时间段，接收所述ADC模块输出的多个第三数字信号，利用所述多个第三数字信号确定多个反馈电容相对于所述第一电容的第二失配参数；利用所述第一失配参数和所述第二失配参数确定所述电容失配参数。
[0013]在一种可能的实施方式中，所述MDAC模块包括增益单元，所述开关单元包括3K个反馈开关及3K个采样开关，1≤K≤M，K表示所述第一数目，M表示采样电容的总数，K个采样电容中任意一个采样电容的包括对应的3个采样开关，K个反馈电容中任意一个反馈电容包
括对应的3个反馈开关，其中：K个采样电容的第一端电连接于K个反馈电容的第一端及所述增益单元的负向输入端，K个采样电容中任意一个采样电容的第二端电连接于对应的3个采样开关的第一端，K个反馈电容中任意一个反馈电容的第二端电连接于对应的3个反馈开关的第一端，该采样电容对应的第一个采样开关的第二端电连接于反馈电容对应的第一个反馈开关的第二端，该采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模数转换电路，其特征在于，所述电路是流水线模数转换器的一级，所述电路包括：子模数转换SADC模块、数模转换及放大MDAC模块、控制及测量模块、多路选择器MUX模块以及校正模块，所述SADC模块的输入端用于输入模拟信号，输出端用于输出模数转换后的第一数字信号；所述MUX模块电连接在所述SADC模块和所述MDAC模块之间，所述MUX模块的一输入端用于输入所述第一数字信号，另一输入端用于输入第一控制信号，使能端用于输入使能信号，所述MUX模块用于根据所述使能信号输出所述第一数字信号或所述第一控制信号到所述MDAC模块；所述MDAC模块包括电容单元、开关单元，所述电容单元包括多个采样电容、多个反馈电容，所述MDAC模块的第一输入端用于输入所述模拟信号，第二输入端电连接于所述MUX模块的输出端，第三输入端用于输入第二控制信号，输出端用于输出余差信号；所述开关单元包括多个开关，所述开关单元的第一端电连接于所述MUX模块的输出端，用于输入所述第一控制信号或所述第一数字信号，第二端用于输入所述第二控制信号，第三端电连接于所述电容单元，所述开关单元用于根据所述第二控制信号进行开关切换，以改变所述MDAC模块中多个采样电容和/或多个反馈电容的电连接关系；所述控制及测量模块电连接于所述MUX模块及所述开关单元，第一输出端用于输出所述第一控制信号，第二输出端用于输出所述使能信号，第三输出端用于输出校正信号，第四输出端用于输出所述第二控制信号，所述校正信号用于表征所述MDAC模块的多个采样电容及多个反馈电容的电容失配参数；所述校正模块电连接到所述控制及测量模块，所述校正模块的一输入端电连接于所述MUX模块的输出端或所述SADC模块的输出端，另一输入端用于输入所述校正信号，所述校正模块用于根据所述校正信号对所述第一数字信号进行校正，并通过输出端输出校正后的第二数字信号，其中，在所述MUX模块的输出端输出所述第一控制信号的情况下，所述控制及测量模块用于：在不同时间段根据所述第二控制信号控制开关单元改变所述多个采样电容和/或所述多个反馈电容的连接关系，确定所述电容失配参数并生成校正信号。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括模数转换ADC模块，所述ADC模块电连接到所述MDAC模块和所述控制及测量模块，输入端用于输入所述余差信号，输出端用于输出对所述余差信号进行模数转换后的第三数字信号。3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述在不同时间段根据所述第二控制信号控制开关单元改变多个采样电容和/或多个反馈电容的连接关系，包括：根据所述第二控制信号控制开关单元，以将所述多个采样电容中的第一数目的采样电容接入采样相，将所述多个反馈电容中的第一数目的反馈电容接入反馈相；和/或根据所述第二控制信号控制开关单元，以将所述多个采样电容中的第一数目的采样电容接入反馈相，将所述多个反馈电容中的第一数目的反馈电容接入采样相。4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一数目为1个、2个或多个。5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述MDAC模块包括增益单元，所述开关单
元包括3K个反馈开关及3K个采样开关，1≤K≤M，K表示所述第一数目，M表示采样电容的总数，K个采样电容中任意一个采样电容包括对应的3个采样开关，K个反馈电容中任意一个反馈电容包括对应的3个反馈开关，其中：K个采样电容的第一端电连接于K个反馈电容的第一端及所述增益单元的负向输入端，K个采样电容中任意一个采样电容的第二端电连接于对应的3个采样开关的第一端，K个反馈电容中任意一个反馈电容的第二端电连接于对应的3个反馈开关的第一端，该采样电容对应的第一个采样开关的第二端电连接于反馈电容对应的第一个反馈开关的第二端，该采样电容对应的第二个采样开关的第二端及该反馈电容对应的第二个反馈开关的第二端电连接于第一预设电压或第二预设电压，该采样电容对应的第三个采样开关的第二端电连接于该反馈电容对应的第三个反馈开关的第二端及所述增益单元的输出端，所述增益单元的正向输入端接地。6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，在所述第一数目K为2时，所述采样电容包括第一采样电容、第二采样电容，所述反馈电容包括第一反馈电容、第二反馈电容，所述开关单元包括第一反馈开关、第二反馈开关、第三反馈开关、第四反馈开关、第五反馈开关、第六反馈开关、第一采样开关、第二采样开关、第三采样开关、第四采样开关、第五采样开关、第六采样开关，其中，所述第一采样电容的第一端、所述第二采样电容的第一端、所述第一反馈电容的第一端、所述第二反馈电容的第一端电连接于所述增益单元的负向输入端，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷秀梅，杨培，白蓉蓉，韩钢，
申请(专利权)人：北京特邦微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：