[发明专利]基于Sigma-Delta调制器的流水线ADC动态补偿系统及方法

说明书

本发明提供一种基于Sigma‑Delta调制器的对流水线ADC比较器失调和电容失配误差进行动态补偿的系统及方法，包括Sigma‑Delta调制器模块、译码器模块、开关阵列模块。本发明可以抑制由于比较器失调和电容失配产生的谐波失真，从而有效提升流水线ADC的动态性能。本发明提供的方法可移植性强，适用范围广，硬件复杂度低。可用于任意比特数/每流水级及任意流水级数的流水线ADC。

技术领域

本发明属于模拟数字转换技术领域，具体涉及一种基于Sigma-Delta调制器的对流水线 ADC比较器失调和电容失配误差进行动态补偿的系统及方法。

背景技术

模数转换器(简称ADC)是一种将模拟信号转变成数字信号的电子器件。ADC的工作过程大致可分为采样、保持、量化和编码4个步骤。ADC最核心的两个指标为转换速度和转换精度。

流水线ADC在雷达、医疗器械、通信设备等领域得到大量的应用，但是由于速度和精度的原因限制了整个系统的性能，主要原因在于比较器的失调、电容的失配、运放的有限增益和带宽、运放的非线性等非理想因素。为了提高流水线ADC的速度和精度，目前常用的补偿校准方法有前台校准方法和后台校准方法，前台校准方法主要有电容误差平均校准方法、修调电容校准方法；后台校准方法有码域均衡校准方法、PN注入校准方法等。

1993年，Riley等人在论文《Delta-Sigma Modulation in Fractional-NFrequency Synthesis》中将Sigma-Delta调制技术引入到小数分频频率综合器中，这一技术成功解决了小数杂散等问题，在以后的频率综合器设计中得到了广泛应用。本发明将Sigma-Delta调制技术引入到流水线ADC中，用于抑制由于比较器失调和电容失配产生的谐波失真。

发明内容

为了解决流水线ADC中比较器失调和电容失配的问题，本发明提供一种基于Sigma-Delta 调制器的对流水线ADC比较器失调和电容失配误差进行动态补偿的系统及方法。

为了实现上述目标，本发明提供如下技术方案：

用于对流水线ADC比较器失调和电容失配误差进行动态补偿的系统，包括Sigma-Delta 调制器模块、译码器模块、开关阵列模块；

所述Sigma-Delta调制器模块输入端为一固定序列，输出端连接于译码器模块，用于产生随机序列并传递给译码器模块；所述译码器模块输出端连接于开关阵列模块，用于将 Sigma-Delta调制器模块产生的随机序列进行译码，并对开关阵列的开合进行控制；所述开关阵列模块的输入端连接于流水线ADC的参考电压，输出端连接于流水线ADC的比较器，用于实现部分的动态元件匹配。

进一步的，所述Sigma-Delta调制器模块是N阶MASH SDM结构，该结构由N个一阶调制器和噪声整形电路构成。

调制器之间的连接方式即为第二级调制器的输入来自第一级调制器进位溢出后量化误差的负值，同理第三级调制器的输入来自第二级调制器的量化误差的负值，以此类推，即只有第一级调制器的输入为固定输入，且该固定输入为奇数初始条件。

进一步的，所述译码器模块将N位序列译码成2^N组控制信号，其中每组控制信号互为相反。

进一步的，所述开关阵列模块分为互为相反的两部分，输出共有2^N种不同的方式，这2^N种方式根据译码结果进行选择。

用于对流水线ADC比较器失调和电容失配误差进行动态补偿的方法，其工作过程如下：