[发明专利]采用高精度数模混合校准的电荷域流水线ADC

摘要

本发明涉及一种采用高精度数模混合校准的电荷域流水线ADC，其包括流水线电路，所述流水线电路包括采样保持电路以及N个依次串接的流水线子级电路，与采样保持电路连接的流水线子级电路形成第一级流水线子级电路，其余的流水线子级电路依次形成第二级流水线子级电路至第N级流水线子级电路；还包括共模电荷检测装置、共模前馈装置、共模检测处理电路、共模M位调整寄存器组、共模电荷调整装置、校准模式控制电路、误差比较器、差模检测处理电路、校准控制器、M位调整寄存器阵列以及基准电压调整电路阵列；本发明能对共模电荷误差、电容适配误差进行精确补偿，提高电荷域流水线转换器的转换性能。

主权项

1.一种采用高精度数模混合校准的电荷域流水线ADC，包括流水线电路，所述流水线电路包括采样保持电路（7）以及N个依次串接的流水线子级电路（6），与采样保持电路（7）连接的流水线子级电路（6）形成第一级流水线子级电路，其余的流水线子级电路（6）依次形成第二级流水线子级电路（6）至第N级流水线子级电路（6）；其特征是：还包括共模电荷检测装置、共模前馈装置、共模检测处理电路（5）、共模M位调整寄存器组、共模电荷调整装置、校准模式控制电路（2）、误差比较器（3）、差模检测处理电路（4）、校准控制器（1）、M位调整寄存器阵列（9）以及基准电压调整电路阵列（8）；共模电荷检测装置内包括K个相互独立的共模电荷检测电路（10），共模前馈装置内包括K个相互独立的共模前馈电路（11），共模M位调整寄存器组内包括K个相互独立的M位共模M位调整寄存器（12），共模电荷调整装置内包括K个相互独立的共模电荷调整电路（13），校准模式控制电路（2）的输入端由校准控制器（1）输出的校准控制信号控制，校准模式控制电路（2）的总模式控制输出端Mode信号连接到流水线电路中采样保持电路（7）以及所有N级的流水线子级电路（6）的Mode信号输入端，校准模式控制电路（2）的前端模式信号输出端输出模式控制信号Ctrl0连接到流水线电路中采样保持电路（7）的模式控制信号端，校准模式控制电路（2）的第一校准模式信号输出端输出的模式控制信号Ctrl1连接到流水线电路中第一级流水线子级电路的模式控制信号端，校准模式控制电路（2）的第二校准模式信号输出端输出的模式控制信号Ctrl2连接到流水线电路中第二级流水线子级电路的模式控制信号端，校准模式控制电路（2）的第三校准模式信号输出端输出的模式控制信号Ctrl3信号连接到流水线电路中第三级流水线子级电路的模式控制信号端，校准模式控制电路（2）的第K校准模式信号输出端输出的模式控制信号CtrlK信号连接到流水线电路中第K级流水线子级的模式控制信号端，依次类推，校准模式控制电路（2）的第N校准模式信号输出端输出的模式控制信号CtrlN信号连接到流水线电路中第N级流水线子级的模式控制信号端；第一级流水线子级电路的差分输出端Q_op1和差分输出Q_on1分别连接到共模电荷检测装置内第一路的共模电荷检测电路（10）的差分电荷输入端，第一路的共模电荷检测电路（10）的输出端CM1同时连接到共模检测处理电路（5）的第一输入端和共模前馈装置内第一路的共模前馈电路（11）的输入端；第二级流水线子级电路的差分输出端Q_op2和差分输出端Q_on2分别连接到共模电荷检测装置内第二路共模电荷检测电路（10）的差分电荷输入端，第二路的共模电荷检测电路（10）的输出端CM2同时连接到共模检测处理电路（5）的第二输入端和共模前馈装置内第二路共模前馈电路（11）的输入端；依次类推，第K级流水线子级电路的差分输出端Q_opK和差分输出端Q_onK分别连接到共模电荷检测装置内第K路共模电荷检测电路（10）的差分电荷输入端，第K路共模电荷检测电路（10）的输出端CMK同时连接到共模检测处理电路（5）的第K输入端和共模前馈装置内第K路共模前馈电路（11）的输入端；共模前馈装置内第一路共模前馈电路（11）的输出端连接到第二级流水线子级电路的第一共模调整信号输入端；共模前馈装置内第二路共模前馈电路（11）的输出端连接到第三级流水线子级电路的第一共模调整信号输入端；依次类推，共模前馈装置内第K路共模前馈电路（11）的输出端连接到第（K+1）级流水线子级电路的第一共模调整信号输入端；共模检测处理电路（5）的输出端标志信号SGN_CM连接到校准控制器（1）的共模检测信号输入端；校准控制器（1）的第一共模M位补偿码输出端连接到共模M位调整寄存器组内第一共模M位调整寄存器（12）的信号输入端，校准控制器（1）的第二共模M位补偿码输出端连接到共模M位调整寄存器组内第二共模M位调整寄存器（12）的信号输入端，依次类推，校准控制器（1）的第K共模M位补偿码输出端连接到共模M位调整寄存器组内第K共模M位调整寄存器（12）的信号输入端；共模M位调整寄存器组内第一共模M位调整寄存器（12）的信号输出端连接到共模电荷调整装置内第一路的共模电荷调整电路（13）的控制信号输入端，共模M位调整寄存器组内第二共模M位调整寄存器（12）的信号输出端连接到共模电荷调整装置内第二路共模电荷调整电路（13）的控制信号输入端，依次类推，共模M位调整寄存器组内第K共模M位调整寄存器的信号输出端连接到共模电荷调整装置内第K路共模电荷调整电路（13）的控制信号输入端；共模电荷调整装置内第一路的共模电荷调整电路（13）的控制信号输出端Vadj1连接到第一级流水线子级电路的第二共模调整信号输入端；共模电荷调整装置内第二路共模电荷调整电路（13）的控制信号输出端Vadj2连接到第二级流水线子级电路的第二共模调整信号输入端；依次类推，共模电荷调整装置内第K路的共模电荷调整电路（13）的控制信号输出端VadjK连接到第K级流水线子级电路的第二共模调整信号输入端；第N级流水线子级电路的差分输出电荷Qep、差分输出电荷Qen分别连接到误差比较器（3）的第一输入端和第二输入端，参考信号Rep、参考信号Ren分别连接到误差比较器（3）的第三和第四输入端，误差比较器（3）的输出端连接到差模检测处理电路（4）的误差输入端；差模检测处理电路（4）的第一时钟输入端、第二时钟输入端分别连接采样时钟CK_ADC、校准时钟CK_CAL，差模检测处理电路（4）的输出端输出的标志信号SGN_DM连接到校准控制器（1）的差模检测信号输入端；校准控制器（1）的校准控制信号输出端连接到校准模式控制电路（2）的输入端，以用于控制被校准流水线电路的工作模式，校准控制器（1）的第一差模M位补偿码输出端连接到M位调整寄存器阵列（9）的第一信号输入端，校准控制器（1）的第二差模M位补偿码输出端连接到M位调整寄存器阵列（9）的第二信号输入端，类此类推，校准控制器（1）的第K差模M位补偿码输出端连接到M位调整寄存器阵列（9）的第K信号输入端，校准控制器（1）的第N差模M位补偿码输出端连接到M位调整寄存器阵列（9）的第N信号输入端；M位调整寄存器阵列（9）的第一信号输出端连接到基准电压调整电路阵列（8）的第一控制信号输入端，M位调整寄存器阵列（9）的第二信号输出端连接到基准电压调整电路阵列（8）的第二控制信号输入端，以此类推，M位调整寄存器阵列（9）的第K信号输出端连接到基准电压调整电路阵列（8）的第K控制信号输入端，M位调整寄存器阵列（9）的第N信号输出端连接到基准电压调整电路阵列（8）的第N控制信号输入端；基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V11连接到第一级流水线子级电路的子DAC单元的第一电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V12连接到第一级流水线子级电路的子DAC单元的第二电容下端，依次类推，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V1Y连接到第一级流水线子级电路的子DAC单元的第Y电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V1X连接到第一级流水线子级电路的子DAC单元的第X电容下端；基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V21连接到第二级流水线子级电路的子DAC单元的第一电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V22连接到第二级流水线子级电路的子DAC单元的第二电容下端，依次类推，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V2Y连接到第二级流水线子级电路的子DAC单元的第Y电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端V2X连接到第二级流水线子级电路的子DAC单元的第X电容下端；以此类推，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端VK1连接到第K级流水线子级电路的子DAC单元的第一电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端VK2连接到第K级流水线子级电路的子DAC单元的第二电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端VKY连接到第K级流水线子级电路的子DAC单元的第Y电容下端，基准电压调整电路阵列（8）的控制信号输出端VKX连接到第K级流水线子级电路的子DAC单元的第X电容下端；其中N为大于1的正整数，M为小于N的正整数，K为小于N的正整数，X=2^R‑1，R为小于N的正整数，Y为小于R的正整数。