[发明专利]工艺失调非敏感的循环式模数转换器及转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子学的集成电路设计领域，尤其涉及一种工艺失调非敏感的循环式模数转换器及转换方法。

背景技术

Cyclic ADC(Cyclic Analog-to-Digital Converter，循环式模数转换器)具有结构简单、速度高、功耗低和面积小的优点，其被广泛应用在各种传感器读出电路中，例如CMOS图像传感器。对于每次循环输出1.5bit的Cyclic ADC的等效电路结构如图1所示，模拟输入信号经过MDAC（Multiplying Digital-to-analog，乘法数模转换器）进行模数转换和循环乘2操作，所有循环输出的数字信号经过RSD（Redundant Signed Digit）数字校正电路处理后还原为最终转换后的数字信号，最后由寄存器进行输出。Cyclic ADC工作中需要对模拟信号进行精确的乘2操作以保证ADC具有足够的线性度。乘2电路一般是通过开关电容电路实现，其中电容的失配会影响乘2的精度。随着集成电路工艺特征尺寸的减小，集成电路消耗的功耗也在逐步降低，但是器件的失配变得更加严重，这就更加恶化了Cyclic ADC中乘2电路的增益精度，进而降低了Cyclic ADC的线性度。在现有技术中可采用数字校准的方法来解决器件失配的问题，但是这样势必会增加数字电路的规模和复杂度。现有技术提供的Cyclic ADC失调消除方法是采用反馈电容交叉反接存入负向失调电压，然后与每次循环的正向失调进行叠加消除，此方法可以将Cyclic ADC的等效输入失调电压变为近似为0，但是失调存储阶段系统存在正、负两个反馈环路，必须负反馈的强度大于正反馈系统才可稳定，因此系统存在不稳定因素，降低了系统的稳定性。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，降低Cyclic ADC对工艺失调的敏感度，提升CyclicADC的线性度，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，工艺失调非敏感的循环式模数转换器，由乘法数模转换器进行模数转换和循环乘2操作，还包括数字校正电路、寄存器；乘法数模转换器由1.5bit子ADC、DAC、联动开关S₁-S₁₃、联动开关S_w1-S_w2和电容C_1P、C_1N、C_2P、C_2N、C_3P、C_3N组成，V_inp经联动开关S₁连接到电容C_1P负极，C_1P正极经联动开关S₄分为四路，一路经联动开关Sw₁接运放同相输入端，一路经联动开关Sw₂接运放反相输入端，一路经联动开关S₁₃连接到电容C_2P正端，电容C_2P负端经联动开关S₁₁连接到输出端V_outP，一路经联动开关S₁₀连接到电容C_3P正端，电容C_3P负端经联动开关S₃连接到输出端V_outP；电容C_3P两端间接有联动开关S₉，电容C_3P正极经联动开关S₈接地；

V_inN经联动开关S₁连接到电容C_1N负极，C_1N正极经联动开关S₄分为四路，一路经开关联动Sw₂接运放同相输入端，一路经联动开关Sw₁接运放反相输入端；一路经联动开关S₁₃连接到电容C_2N正端，电容C_2N负端经联动开关S₁₁连接到输出端V_outN，一路经联动开关S₁₀连接到电容C_3N正端，电容C_3N负端经联动开关S₃连接到输出端V_outN；电容C_3N两端间接有联动开关S₉，电容C_3N正极经联动开关S₈接地；