具有预采样的乘法数模转换器以及相关的流水线模数转换器制造技术

本发明专利技术提供一种乘法数模转换器MDAC，包括运算放大器、采样电容器电路、预采样电容器电路和开关电路。在采样周期期间，开关电路将预定义电压、多个参考电压连接预采样电容器电路，断开预采样电容器与运算放大器的输入端口的连接，断开预采样电容器电路和采样电容器电路的连接，断开运算放大器的输出端口与采样电容器电路的连接，将MDAC的电压输入连接到采样电容器电路。在转换周期期间，将预采样电容器电路连接到采样电容器电路，将预定义电压与预采样电容器电路断开，将多个参考电压与预采样电容器电路断开，将预采样电容器电路连接运算放大器的输入端，将运算放大器的输出端连接采样电容器电路，以及将电压输入与采样电容器电路断开。路断开。路断开。

【技术实现步骤摘要】
具有预采样的乘法数模转换器以及相关的流水线模数转换器


[0001]本专利技术涉及模拟信号和数字信号之间的转换，更具体地，涉及具有预采样的乘法数模转换器(multiplying digital
‑
to
‑
analog converter，MDAC)和相关的流水线的(pipelined)模数转换器(analog
‑
to
‑
digital converter，ADC)。

技术介绍

[0002]模数转换器(ADC)被用于各种电子系统中。此类系统需要具有成本效益的ADC，这些ADC可以在很宽的频率范围和信号幅度内有效地将模拟输入信号转换为数字输出信号，同时将噪声和失真降至最低。
[0003]ADC通常通过以预定采样间隔对模拟信号进行采样并经由量化器生成二进制数序列来将模拟信号转换为数字信号，其中二进制数序列是采样的模拟信号的数字表示信号。一些常用类型的ADC包括闪存ADC、流水线ADC、逐次逼近寄存器(successive approximation register，SAR)ADC等。在这些不同类型中，流水线ADC在需要较高分辨率的应用中特别受欢迎。典型的流水线ADC使用开关电容器电路来增加或减少电荷，并使用运算放大器等有源电路来实现乘法，它们非常容易受到组件不匹配(如电容器不匹配)和电路缺陷(如有限的放大器增益)的影响。此外，典型的流水线ADC可能采用高增益和高速运算放大器，其具有高功耗且需要后台校准(background calibration)。因此，需要一种无需后台校准的创新型低功耗流水线ADC。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是提供一种具有预采样的乘法数模转换器(MDAC)和相关联的流水线模数转换器(ADC)。
[0005]根据本专利技术的第一方面，公开了示例性乘法数模转换器(MDAC)。示例性MDAC包括运算放大器、采样电容器电路、预采样电容器电路和开关电路。其中，运算放大器具有输入端口和输出端口；所述开关电路用于控制所述运算放大器、所述采样电容器电路和所述预采样电容器电路之间的互连；其中，在所述MDAC的采样周期期间，所述开关电路设置为将预定义电压连接到所述预采样电容器电路，将多个参考电压连接到所述预采样电容器电路，断开所述预采样电容器电路与所述运算放大器的输入端口的连接，断开所述预采样电容器电路和所述采样电容器电路的连接，断开所述运算放大器的输出端口与所述采样电容器电路的连接，将所述MDAC的电压输入连接到所述采样电容器电路；以及其中，在所述MDAC的转换周期期间，所述开关电路用于将所述预采样电容器电路连接到所述采样电容器电路，其中所述预采样电容器电路与所述采样电容器电路之间的连接配置取决于所述电压输入的量化结果，进一步将所述预定义电压与所述预采样电容器电路断开，将所述多个参考电压与所述预采样电容器电路断开，将所述预采样电容器电路连接至所述运算放大器的输入端，将所述运算放大器的输出端连接到所述采样电容器电路，以及将所述电压输入与所述采样电容器电路断开。
[0006]其中，将预定义电压连接到预采样电容器电路表示为将预定义电压提供给预采样电容器电路；将多个参考电压连接到所述预采样电容器电路表示将多个参考电压提供给预采样电容器电路；将所述MDAC的电压输入连接到所述采样电容器电路表示将MDAC的电压输入提供给采样电容器电路；将预定义电压与预采样电容器电路断开表示不将预定义电压提供给预采样电容器电路；将多个参考电压与预采样电容器电路断开表示不将多个参考电压提供给预采样电容器电路；将所述电压输入与所述采样电容器电路断开表示不将电压输入提供给采样电容器电路。
[0007]根据本专利技术的第二方面，公开了示例性流水线模数转换器(ADC)。示例性流水线ADC包括多个级和组合电路。这些级被安排成分别产生多个数字输出。组合电路被布置为组合所述多个数字输出。所述多个级中的至少一个包括量化电路和乘法数模转换器(MDAC)。量化电路被布置为产生所述多个级中的所述至少一个的电压输入的量化结果，其中所述多个级中的所述至少一个的数字输出取决于电压输入的量化结果。MDAC包括运算放大器、采样电容电路、预采样电容电路和开关电路。其中运算放大器具有输入端口和输出端口。开关电路用于控制运算放大器、采样电容电路和预采样电容电路之间的互连。其中，在所述MDAC的采样周期期间，所述开关电路设置为将预定义电压连接到所述预采样电容器电路，将多个参考电压连接到所述预采样电容器电路，断开所述预采样电容器电路与所述运算放大器的输入端口的连接，断开所述预采样电容器电路和所述采样电容器电路的连接，断开所述运算放大器的输出端口与所述采样电容器电路的连接，将所述MDAC的电压输入连接到所述采样电容器电路；以及其中，在所述MDAC的转换周期期间，所述开关电路用于将所述预采样电容器电路连接到所述采样电容器电路，其中所述预采样电容器电路与所述采样电容器电路之间的连接配置取决于所述电压输入的量化结果，进一步将所述预定义电压与所述预采样电容器电路断开，将所述多个参考电压与所述预采样电容器电路断开，将所述预采样电容器电路连接至所述运算放大器的输入端，将所述运算放大器的输出端连接到所述采样电容器电路，以及将所述电压输入与所述采样电容器电路断开。
[0008]根据本专利技术的第三方面，提供一种MDAC，包括：运算放大器；采样电容器电路；以及预采样电容器电路；其中，在所述MDAC的采样周期期间，所述预采样电容器电路采样并保持多个预采样参考电压，所述采样电容器电路采样所述MDAC的电压输入；其中，在所述MDAC的转换周期期间，所述预采样电容器电路耦接所述采样电容器电路，所述运算放大器根据所述电压输入和所述多个预采样参考电压之一设置所述运算放大器的输出端口的电压输出；所述预采样电容器电路和采样电容器电路之间的连接配置取决于所述电压输入的量化结果，所述电压输出是从基于所述电压输入和所述多个预采样参考电压之一的电压组合获得的。
[0009]根据本专利技术的第四方面，提供一种流水线模数转换器ADC，包括多个级，以流水线方式连接，并被布置为分别产生多个数字输出；以及组合电路，用于组合所述多个数字输出；其中所述多个级中的至少一个包括：量化电路和上述MDAC。
[0010]本专利技术实施例提供的乘法数模转换器MDAC以及流水线ADC，能够减少运算放大器消耗的功率。
[0011]在阅读了在各个附图和附图中示出的优选实施例的以下详细描述之后，本专利技术的这些和其他目的对于本领域普通技术人员来说无疑将变得显而易见。
附图说明
[0012]图1是示出根据本专利技术实施例的具有预采样的乘法数模转换器(MDAC)的框图。
[0013]图2是根据本专利技术实施例的具有预采样的MDAC的电路图。
[0014]图3是示出根据本专利技术实施例的具有预采样的所提出的MDAC设计的原理的示意图。
[0015]图4为示出图2中所示MDAC的传输曲线图。
[0016]图5是示出图2中所示的在采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乘法数模转换器MDAC，其特征在于，包括：运算放大器，具有输入端口和输出端口；采样电容器电路；预采样电容器电路；以及开关电路，用于控制所述运算放大器、所述采样电容器电路和所述预采样电容器电路之间的互连；其中，在所述MDAC的采样周期期间，所述开关电路设置为将预定义电压连接到所述预采样电容器电路，将多个参考电压连接到所述预采样电容器电路，断开所述预采样电容器与所述运算放大器的输入端口的连接，断开所述预采样电容器电路和所述采样电容器电路的连接，断开所述运算放大器的输出端口与所述采样电容器电路的连接，将所述MDAC的电压输入连接到所述采样电容器电路；以及其中，在所述MDAC的转换周期期间，所述开关电路用于将所述预采样电容器电路连接到所述采样电容器电路，其中所述预采样电容器电路与所述采样电容器电路之间的连接配置取决于所述电压输入的量化结果，进一步将所述预定义电压与所述预采样电容器电路断开，将所述多个参考电压与所述预采样电容器电路断开，将所述预采样电容器电路连接至所述运算放大器的输入端，将所述运算放大器的输出端连接到所述采样电容器电路，以及将所述电压输入与所述采样电容器电路断开。2.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述预采样电容器电路包括第一预采样电容器、第二预采样电容器、第三预采样电容器、第四预采样电容器、第五预采样电容器和第六预采样电容器；以及所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述预定义电压的第一节点，和耦接到所述第一预采样电容器、所述第二预采样电容器和所述第三预采样电容器中的每一个的一个极板的第二节点，其中在所述采样周期期间所述第一开关接通以及在所述转换周期期间所述第一开关断开；以及第二开关，具有耦接到所述预定义电压的第一节点，和耦接到所述第四预采样电容器、所述第五预采样电容器和所述第六预采样电容器中每一个的一个极板的第二节点，其中在所述采样周期期间所述第二开关接通，在所述转换周期期间所述第二开关断开。3.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述预采样电容器电路包括第一预采样电容器、第二预采样电容器、第三预采样电容器、第四预采样电容器、第五预采样电容器和第六预采样电容器；所述开关电路包括：第一开关组，具有一开关、另一开关以及又一开关；所述一开关具有耦接到所述预定义电压的第一节点，以及耦接到所述第一预采样电容器的一个极板的第二节点，所述另一开关具有耦接到所述预定义电压的第一节点以及耦接到所述第二预采样电容器的一个极板的第二节点，所述又一开关具有耦接到所述预定义电压的第一节点和耦接到所述第三预采样电容器的一个极板的第二节点；以及第二开关组，具有一开关、另一开关以及又一开关；所述一开关具有耦接到所述预定义电压的第一节点，以及耦接到所述第四预采样电容器的一个极板的第二节点，所述另一开关具有耦接到所述预定义电压的第一节点以及耦接到所述第五预采样电容器的一个极板的第二节点，所述又一开关具有耦接到所述预定义电压的第一节点和耦接到所述第六预采样电容器的一个极板的第二节点；
其中，所述第一开关组和所述第二开关组中包含的所有开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开。4.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述运算放大器的输入端口包括同相输入节点和反相输入节点；所述预采样电容器电路包括第一预采样电容器、第二预采样电容器、第三预采样电容器、第四预采样电容器、第五预采样电容器和第六预采样电容器；所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述运算放大器的同相输入节点的第一节点和耦接到所述第一预采样电容器、所述第二预采样电容器和所述第三预采样电容器中的每一个的一个极板的第二节点；其中，所述第一开关在所述采样周期期间断开，在所述转换周期期间接通；第二开关，具有耦接到所述运算放大器的反相输入节点的第一节点和耦接到所述第四预采样电容器、所述第五预采样电容器和所述第六预采样电容器中的每一个的一个极板的第二节点，其中，所述第二开关在所述采样周期期间断开并且在所述转换周期期间接通。5.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述运算放大器的输入端口包括同相输入节点和反相输入节点；所述预采样电容器电路包括第一预采样电容器、第二预采样电容器、第三预采样电容器、第四预采样电容器、第五预采样电容器和第六预采样电容器；以及所述开关电路包括：第一开关组，具有一开关，另一开关和又一开关；所述一开关具有耦接到所述运算放大器的同相输入节点的第一节点和耦接到所述第一预采样电容器的一个极板的第二节点，所述另一开关具有耦接到所述运算放大器的同相输入节点的第一节点和耦接到所述第二预采样电容器的一个极板的第二节点，所述又一开关具有耦接到所述运算放大器的同相输入节点的第一节点和耦接到所述第三预采样电容器的一个极板的第二节点；以及第二开关组，具有一开关，另一开关和又一开关；所述一开关具有耦接到所述运算放大器的反相输入节点的第一节点和耦接到所述第四预采样电容器的一个极板的第二节点，所述另一开关具有耦接到所述运算放大器的反相输入节点的第一节点和耦接到所述第五预采样电容器的一个极板的第二节点，以及所述又一开关具有耦接到所述运算放大器的反相输入节点的第一节点和耦接到所述第六预采样电容器的一个极板的第二节点；其中，所述第一开关组和所述第二开关组中包含的所有开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间接通。6.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述多个参考电压包括第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压；所述预采样电容器电路包括第一预采样电容器、第二预采样电容器、第三预采样电容器、第四预采样电容器、第五预采样电容器和第六预采样电容器，其中所述第一预采样电容器的第一极板、所述第二预采样电容器的第一极板和所述第三预采样电容器的第一极板彼此耦接，并且所述第四预采样电容器的第一极板、所述第五预采样电容器的第一极板和所述第六预采样电容器的第一极板彼此耦接；以及所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述第一参考电压的第一节点和耦接到所述第一预采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第一开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；第二开关，具有耦接到所述第二参考电压的第一节点和耦接到所述第二预采样电容器
的第二极板的第二节点，其中所述第二开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；第三开关，具有耦接到所述第三参考电压的第一节点和耦接到所述第三预采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第三开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；第四开关，具有耦接到所述第三参考电压的第一节点和耦接到所述第四预采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第四开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；第五开关，具有耦接到所述第二参考电压的第一节点和耦接到所述第五预采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第五开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；以及第六开关，具有耦接到所述第一参考电压的第一节点和耦接到所述第六预采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第六开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开。7.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述采样电容器电路包括第一采样电容器和第二采样电容器；所述预采样电容器电路包括第一预采样电容器、第二预采样电容器、第三预采样电容器、第四预采样电容器、第五预采样电容器和第六预采样电容器，其中所述第一预采样电容器、所述第二预采样电容器和所述第三预采样电容器的第一极板彼此耦接，并且所述第四预采样电容器、所述第五预采样电容器和所述第六预采样电容器的第一极板彼此耦接；以及所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述第一预采样电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第一采样电容器的一个极板的第二节点，其中所述第一开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间响应于所述电压输入的量化结果被选择性地接通；第二开关，具有耦接到所述第二预采样电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第一采样电容器的所述一个极板的第二节点，其中所述第二开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间响应于所述电压输入的所述量化结果被选择性的接通；第三开关，具有耦接到所述第三预采样电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第一采样电容器的所述一个极板的第二节点，其中所述第三开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间响应于所述电压输入的所述量化结果被选择性的接通；第四开关，具有耦接到所述第四预采样电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第二采样电容器的一个极板的第二节点，其中所述第四开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间响应于所述电压输入的所述量化结果被选择性的接通；第五开关，具有耦接到所述第五预采样电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第二采样电容器的所述一个极板的第二节点，其中所述第五开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间响应于所述电压输入的所述量化结果被选择性的接通；第六开关，具有耦接到所述第六预采样电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第二采样电容器的所述一个极板的第二节点，其中所述第六开关在所述采样周期期间断开，并且在所述转换周期期间响应于所述电压输入的所述量化结果被选择性的接通。8.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述运算放大器的输出端口包括同相输出节
点和反相输出节点；所述采样电容器电路包括第一采样电容器和第二采样电容器；以及所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述运算放大器的反相输出节点的第一节点和耦接到所述第一采样电容器的一个极板的第二节点，其中所述第一开关在所述采样周期期间断开并且在所述转换周期期间接通；以及第二开关，具有耦接到所述运算放大器的同相输出节点的第一节点和耦接到所述第二采样电容器的一个极板的第二节点，其中所述第二开关在所述采样周期期间断开并且在所述转换周期期间接通。9.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述电压输入是包括正信号和负信号的差分输入；所述采样电容器电路包括第一采样电容器和第二采样电容器，所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述负信号的第一节点和耦接到所述第一采样电容器的第一极板的第二节点，其中所述第一开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；第二开关，具有耦接到所述正信号的第一节点和耦接到所述第一采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第二开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；第三开关，具有耦接到所述正信号的第一节点和耦接到所述第二采样电容器的第一极板的第二节点，其中所述第三开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开；以及第四开关，具有耦接到所述负信号的第一节点和耦接到所述第二采样电容器的第二极板的第二节点，其中所述第四开关在所述采样周期期间接通并且在所述转换周期期间断开。10.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述运算放大器为没有尾电流源的单级差分放大器。11.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，进一步包括：第一相关电平移位CLS电容器；以及第二CLS电容器；其中，所述运算放大器的输出端口包括同相输出节点和反相输出节点；所述采样电容器电路包括第一采样电容器和第二采样电容器；所述第一采样电容的一个极板耦接至所述第一CLS电容器的第一极板；所述第二采样电容器的一个极板耦接至所述第二CLS电容器的第一极板；以及所述开关电路包括：第一开关，具有耦接到所述第一采样电容器的所述一个极板的第一节点和耦接到所述运算放大器的反相输出节点的第二节点，其中所述第一开关在所述转换周期的第一阶段期间接通，以及在所述转换周期的第二阶段期间断开；第二开关，具有耦接到所述第二采样电容器的所述一个极板的第一节点和耦接到所述运算放大器的同相输出节点的第二节点，其中所述第二开关在所述转换周期的第一阶段期间接通，并在所述转换周期的第二阶段期间断开；第三开关，具有耦接到所述第一CLS电容器的第二极板的第一节点和耦接到所述第二CLS电容器的第二极板的第二节点，其中所述第三开关在所述第二阶段的开始时段接通，并
且在所述转换周期的第二阶段的剩余时段断开；第四开关，具有耦接到所述运算放大器的反相输出节点的第一节点和耦接到所述第三开关的第一节点的第二节点，其中所述第四开关在所述转换周期的第一阶段期间断开，并且在所述转换周期的第二阶段期间接通；以及第五开关，具有耦接到所述运算放大器的同相输出节点的第一节点和耦接到所述第三开关的第二节点的第二节点，其中所述第五开关在所述转换周期的第一阶段期间断开，以及在所述转换周期的第二阶段期间接通。12.如权利要求11所述的MDAC，其特征在于，在所述转换周期的第二阶段期间，所述第一采样电容器的所述一个极板和所述第二采样电容器的所述一个极板之间的电压差充当MDAC输出。13.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述预定义电压为所述运算放大器的偏置电压。14.如权利要求1所述的MDAC，其特征在于，所述预定义电压为所述多个参考电压中的一个。15.一种乘法数模转换器MDAC，其特征在于，包括：运算放大器；采样电容器电路；以及预采样电容器电路；其中，在所述MDAC的采样周期期间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢颂恩，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：