[发明专利]一种时间交织流水线型模数转换器结构

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种采用前端共享子模数转换器的时间交织流水线型模数转换器结构。

背景技术

随着科技发展，电子系统对模数转换器精度和速度的要求都逐步提高。各种基本结构的模数转换器在工艺的约束下都在性能提升上遇到了瓶颈，必须在速度和精度两个方面做出平衡和取舍。时间交织的模数转换器架构通过N个通道速度有限的模数转换器并行采样，时间交织模数转换器在继承各通道模数转换器精度的前提下将自身的转换速度提升到单通道模数转换器的N倍。（如图1所示）理想情况下，时间交织的模数转换器架构在速度提升为单通道模数转换器N倍的同时，保持单通道模数转换器具有的高精度，因此时间交织的模数转换器架构可以进一步提高基本结构的模数转换器的性能。但在实际的芯片设计中，由于各通道位置的不同，时钟输入的路径各不相同、存在失配的情况。于是在时间交织的模数转换器架构中的各通道模数转换器间产生了采样时间误差（如图2所示），该误差将影响时间交织模数转换器的精度。因此，通道间采样时间误差的数字校准方法被引入。一种有效的方法是通过求取各通道采样结果的相关来探测通道间采样时间误差，然后通过数字延时控制单元分别校准个通道的采样时钟。

流水线结构由于其良好的欠采样能力成为了时间交织架构中一种常用的通道模数转换器。然而随着现代电子系统对于低功耗的要求越来越高，流水线结构的模数转换器中也开始引入许多低功耗的设计思想。省略流水线结构中的前端采样保持放大器就是一个有效的降低功耗的手段，然而在降低功耗的同时它在流水线型模数转换器中引入了采样时间误差（如图3所示）。这种采样时间误差将会造成流水线型数模转换器在转换过程中出现转换错误、输出误码严重影响模数转换器的动态性能和精度。采样时间误差在欠采样的工作情况下会造成的问题尤为严重，因此在运用到时间交织的模数转换器架构中时，这一问题的解决对整个时间交织模数转换器性能的保证至关重要。为了在除去前端采样保持放大器的流水线型模数转换器中解决由采样时间误差造成的转换错误的问题，一种基于数字校准和延时控制的结构被引入。这一结构通过数字方法检测第一级余量放大器的输出是否超过设定阈值来判断采样时间误差是否对模数转换造成影响。比较两种时钟延时下采样时间误差对转换造成的影响，通过基于梯度的数字校准算法调整采样时钟延时消除转换错误情况的发生。这种方法可以较好的解决单通道流水线型模数转换器中由去处前端采样保持放大器带来的采样时间误差所造成的问题。但在时间交织架构的除去前端采样保持放大器的流水线型模数转换器中，每一个通道都需要单独引入数字校准的算法和电路结构。

为了解决以上提到的两种不同类型的采样时间误差，其各自的数字校准算法和电路结构都需要被引入和运用到时间交织流水线型模数转换器中。这样做会带来很大的硬件开销，对于整个模数转换器芯片来说会增加大量的面积并且增大芯片工作中的功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速，高精度，结构简单，功耗低的时间交织流水线型模数转换器结构。 

本发明提供的时间交织流水线型模数转换器，在为了节省通道模数转换器功耗而除去流水线型通道模数转换器前端采样保持放大器的情况下，即采用前端共享子模数转换器，并采用较为简化的数字校准算法和电路结构实现采样时间误差的校准，从而保证和提高时间交织流水线型模数转换器的精度性能。其结构主要由四部分构成：前端共享子模数转换器1、解复用器2、通道模数转换器3和通道间数字校准单元4（如图4所示）。

本发明中，所述前端共享子模数转换器1位于时间交织流水线型模数转换器的输入级，其直接工作在时间交织流水线型模数转换器的采样频率下。所述前端共享子模数转换器作为流水线型通道模数转换器的第一级的子模数转换器，在完成模拟信号的量化后，将输出的数字信号传输给所述解复用器2；

所述解复用器2的输入包括时间交织流水线型模数转换器的模拟信号输入和共享前端子模数转换器的数字信号输入；解复用器2按顺序和时间交织的时钟节拍将输入模拟信号和对应的数字信号分配和传输到后一级的各通道模数转换器3中，由所述通道模数转换器3在前端共享子模数转换器1（即第一级的子模数转换器）工作的基础上进一步的完成整个时间交织流水线型模数转换器的模数转换；最后，通过通道模数转换器3数字输出到后级通道间数字校准单元4。

本发明中，所述通道模数转换器3包含参考通道模数转换器（如图5所示）和校准通道模数转换器（如图6所示）两种类型。