專利名稱：一種適用于流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字后臺(tái)校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，具體為一種適用于流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字后臺(tái)校正方法。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的部件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器分為奈奎斯特速率模數(shù)轉(zhuǎn)換器和過采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器。奈奎斯特速率模數(shù)轉(zhuǎn)換器又包括逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(successive approximation register, SAR ADC)、全并行快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(flashADC)、流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(pipelined ADC)等。在各種結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，全并行快閃模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，也是速度最快的，輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過一串由電阻串分壓作為閾值電壓的比較器，就可以得到數(shù)字碼。其模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換只要一個(gè)時(shí)鐘周期，但是隨著分辨率的增加，所需的比較器的數(shù)目按指數(shù)增加，增加了電路的成本和功耗，因此不適合應(yīng)用于高分辨率的應(yīng)用。過采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于其轉(zhuǎn)換原理，也限制了其有效工作的帶 寬，同時(shí)也限制了其轉(zhuǎn)換速度。所以，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的工作帶寬對(duì)于過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器來說過高而不能有效工作，而且當(dāng)所需的分辨率對(duì)于全并行快閃模數(shù)轉(zhuǎn)換器來說過高以至于所需的比較器數(shù)目過于龐大而不現(xiàn)實(shí)的時(shí)候，流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器就表現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它具有高速高分辨率的特點(diǎn)，是一個(gè)用最為廣泛的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。圖I是采用每級(jí)2.5比特的流水線型轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖，其中整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為14比特。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器包含6級(jí)每級(jí)為2. 5比特的子轉(zhuǎn)換電路、最后一級(jí)全并行快閃轉(zhuǎn)換電路以及數(shù)字校正及時(shí)序?qū)?zhǔn)電路。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器省去了傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的采樣保持電路，模擬信號(hào)直接輸入第一級(jí)轉(zhuǎn)換電路。第一級(jí)轉(zhuǎn)換電路的單端結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中子ADC用了 6個(gè)比較器，當(dāng)O1為高電平的時(shí)候，采樣電容C1，C2，C3，C4的左端與輸入信號(hào)相接，右端接地，即電容對(duì)輸入信號(hào)采樣；在O1高電平結(jié)束的時(shí)候，電容所存儲(chǔ)的電荷量對(duì)應(yīng)當(dāng)前輸入的電壓值，這個(gè)相位下的電路的等效電路如圖3所示。當(dāng)O2為高電平的時(shí)候，采樣電容的左端與控制信號(hào)相接，其中控制信號(hào)則根據(jù)輸入信號(hào)的大小，為+Vref或_VMf，右端與反饋電容Cf的左端相接，反饋電容的右端與余量運(yùn)算放大器的輸出相接，等效電路如圖4所示。這一階段稱為信號(hào)的放大階段，因?yàn)檫@時(shí)候余量運(yùn)算放大器的輸入輸出通過反饋電容相接，而由于運(yùn)算放大器輸入端的虛短作用，采樣電容中的電荷就會(huì)轉(zhuǎn)移到反饋電容中不去。這時(shí)余量運(yùn)算放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，當(dāng)只考慮余量運(yùn)算放大器的一階和三階諧波失真的時(shí)候，其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系為V .=V- n、
out in I m 3 m(AJ其中a i為坦講放大器的一階諧波失真系數(shù)，也即線性失真系數(shù)；a 3為運(yùn)算放大器的三階諧波失真系數(shù)。因此，余量運(yùn)算放大器的輸出電壓VKes除了由模擬輸入、控制信號(hào)D⑴、采樣電容Cl，C2，C3，C4和反饋電容Cf的比值、以及參考電壓VMf共同決定外，還要由余量運(yùn)算放大器的增益決定。這樣，余量運(yùn)算放大器的輸出就可以由公式(2)表示。當(dāng)采樣電容與反饋電容匹配并且余量運(yùn)算放大器的沒有諧波失真時(shí)，輸入與輸出就是精確的4倍關(guān)系，如公式⑶。
權(quán)利要求
1.一種適用于流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字后臺(tái)校正方法，所述流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由多級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，每級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中設(shè)置有采樣電容和運(yùn)算放大器，模擬信號(hào)依次通過多級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸出，其特征在于模擬信號(hào)輸入至第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，首先選取第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的多個(gè)采樣電容，并向所選取的采樣電容施加數(shù)字量已知的偽隨機(jī)量，模擬信號(hào)、偽隨機(jī)量經(jīng)過第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，再依次經(jīng)過第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后的多級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字余量；再將數(shù)字余量減去第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中施加的偽隨機(jī)量的數(shù)字量，得到剩余數(shù)字量；然后利用偽隨機(jī)量的相關(guān)性，將第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中施加的偽隨機(jī)量乘以剩余數(shù)字量，再作累加求和取平均運(yùn)算，得到偽隨機(jī)量所產(chǎn)生的偏差量，偽隨機(jī)量所產(chǎn)生的偏差量反映第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中采樣電容失配以及運(yùn)算放大器諧波系數(shù)的信息；最后用偽隨機(jī)量所產(chǎn)生的偏差量對(duì)所述數(shù)字余量進(jìn)行校正，校正后的數(shù)字余量與第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)組合，作為校正后的流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種適用于流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字后臺(tái)校正方法，其特征在于對(duì)于第二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在采樣階段，對(duì)第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣； 在放大階段，選取第二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的多個(gè)采樣電容，并向所選取的采樣電容中施加與第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中偽隨機(jī)量不相干的數(shù)字量已知的第二級(jí)偽隨機(jī)量，第一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)、第二級(jí)偽隨機(jī)量經(jīng)過第二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，再依次經(jīng)過第后續(xù)多級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，得到第二級(jí)數(shù)字余量；再將第二級(jí)數(shù)字余量減去第二級(jí)偽隨機(jī)量的數(shù)字量，得到第二級(jí)剩余數(shù)字量；然后利用偽隨機(jī)量的相關(guān)性，將第二級(jí)偽隨機(jī)量的數(shù)字量乘以第二級(jí)剩余數(shù)字量，再作累加求和取平均運(yùn)算，得到第二級(jí)偽隨機(jī)量所產(chǎn)生的偏差量，第二級(jí)偽隨機(jī)量所產(chǎn)生的偏差量反映第二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中采樣電容失配及運(yùn)算放大器諧波系數(shù)的信息；最后用第二級(jí)偽隨機(jī)量所產(chǎn)生的偏差量對(duì)所述第二級(jí)剩余數(shù)字量進(jìn)行校正，校正后的第二級(jí)剩余數(shù)字量與第二級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)組合，作為校正后的第一級(jí)數(shù)字余量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字后臺(tái)校正方法，通過加入偽隨機(jī)量，能得到采樣電容失配和運(yùn)算放大器諧波系數(shù)的信息，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器總輸出的校正。本發(fā)明方法具有收斂時(shí)間短，誤差估計(jì)精度高的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能。
文檔編號(hào)H03M1/10GK102723949SQ201210205480
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者吳楚彬, 張章, 於昌虎, 楊依忠, 解光軍 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)