[发明专利]具有输入信号预比较与电荷重分配的流水线模数转换器

说明书

本发明提供一种具有输入信号预比较与电荷重分配的流水线模数转换器，包括：一或多级流水线结构单元，其中，每级流水线结构单元用于对输入信号进行量化；第一快闪模数转换器，用于对末级流水线结构单元输出的余量信号进行量化，输出对应的量化值；调整输出单元，用于按照连接顺序组合各个量化值，输出完整的量化结果。输入信号采用预比较和电荷重分配技术，使用流水线结构进行整体设计，利用输入信号预比较技术进行各级流水线最高位粗量化，降低各级流水线子模数转换器的比较器个数，实现低功耗设计；利用电荷重分配技术，将采样电容与负反馈放大电路中的各个电容分离，实现信号采样保持与余量信号放大建立同时进行，提高了转换速率。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及高精度超高速低功耗模数转换器设计技术领域，更具体地来说涉及一种具有输入信号预比较与电荷重分配的流水线模数转换器。

背景技术

在通信系统、雷达系统等信号处理系统中，模数转换器已经成为不可缺少的组成部分。常用的模数转换器结构有中低精度超高速的快闪(Flash)和折叠内插(Folding-Interpolating)结构；高精度中低速的Σ-△和逐次逼近型(SAR)结构。上述模数转换器结构主要专注于中低精度超高速要求和高精度中低速要求，很难兼容高速高精度的应用环境。流水线模数转换器采用流水线工作模式，将输入信号的单次采样保持结果进行逐级量化，经过完整流水线级量化后得到完整的量化结果，提高流水线模数转换器的转换速度；由于级间余量放大器的存在，降低后级流水线对比较器的要求，提高流水线模数转换器能够达到的转换精度，使得流水线模数转换器不仅能够实现百兆赫兹甚至吉赫兹的高速、超高速转换器速率，而且能够达到16位的转换精度要求。

传统流水线模数转换器主要有以下三方面限制：各级流水线粗量化精度受到余量放大器增益带宽和子模数转换器(Sub ADC)中比较器个数的限制，只能通过增加流水线级数来实现高精度转换要求；输入信号采样保持电容分时复用为余量放大电路(MDAC)中子数模转换器(Sub DAC)电容，造成各级模数转换器采样保持过程与余量信号放大建立过程的时钟相位互斥，即：采样保持相位时，余量放大电路停止工作；余量放大相位时，采样保持网络停止工作，严重限制流水线模数转换器转换效率；传统流水线模数转换器各级负反馈放大电路反馈因子受限于各级流水线粗量化精度，严重限制了放大器的设计灵活性。目前比较流行的提高流水线转换精度和速度的方法主要有逐次逼近型流水线模数转换器结构和多路时间交织模数转换器结构。

逐次逼近型流水线模数转换器结构由于子模数转换器采用逐次逼近型模数转换器作为流水线模数转换器的子模数转换器，其串行转换过程严重限制了该结构的转换速率的提高；多路时间交织模数转换器结构虽然能够非常高效的提高转换速率，但是其时钟抖动和通道间失配问题严重限制着其应用，而且其功耗随着通道数的增加而增加，非常不利于低功耗设计。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有输入信号预比较与电荷重分配的流水线模数转换器，用于解决现有技术中流水线模数转换器功耗高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有输入信号预比较与电荷重分配的流水线模数转换器，包括：

一或多级流水线结构单元，其中，每级流水线结构单元用于对输入信号进行量化；

第一快闪模数转换器，用于对末级流水线结构单元输出的余量信号进行量化，输出对应的量化值；

调整输出单元，用于根据多级流水线结构单元与第一快闪模数转换器的连接顺序组合各个量化值，输出完整的量化结果；

其中，每级流水线结构单元至少包括子模数转换器和预比较子单元，所述子模数转换器用于采样保持输入信号，所述预比较子单元用于将输入信号与相应的参考电压进行比较，输出本级的最高位量化值并根据该最高位量化值控制子模数转换器中参考电平选择开关的开关状态，所述子模数转换器还用于根据最高位量化值以及参考电平的开关状态将采样的输入信号进行粗量化输出对应的量化值。