專利名稱：一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路，具體涉及寬帶數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、高速無(wú)線通信系統(tǒng)以及各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界是一個(gè)高度信息化的社會(huì)，日新月異的數(shù)字通信技術(shù)推動(dòng)社會(huì)高速發(fā)展，利用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行信息處理已經(jīng)成為普遍的選擇。但是現(xiàn)實(shí)世界中的各種實(shí)物和信號(hào)均是模擬的，因此需要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。近年來(lái)，隨著制造工藝的不斷發(fā)展和對(duì)電路低功耗性能的追求，集成電路的供電電壓逐步降低，這使得以電壓信號(hào)為變量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)變得越來(lái)越困難。而電流模技術(shù)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、頻帶寬、電源電壓低等特點(diǎn)，逐漸受到集成電路設(shè)計(jì)與制造行業(yè)的重視，出現(xiàn)了一些采用電流模技術(shù)設(shè)計(jì)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。但是現(xiàn)在大部分系統(tǒng)仍采用的是電壓模式處理系統(tǒng)，因此輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)一般均為電壓信號(hào)，在進(jìn)行電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理前，必須將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。為了與電壓模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的直接兼容，則需要用到輸入的模擬電壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓信號(hào)，但是即使分別經(jīng)由結(jié)構(gòu)相同的單元對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也會(huì)存在兩路相同單元間的誤差，此誤差將直接影響電流模式ADC的精度，因此有必要對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。本發(fā)明基于此提出了一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)當(dāng)前電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的快速發(fā)展，本發(fā)明提出了一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的—種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于對(duì)傳統(tǒng)的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前端部分，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)切換使得輸入的模擬電壓信號(hào)以及基準(zhǔn)電壓信號(hào)分時(shí)復(fù)用同一個(gè)跨導(dǎo)運(yùn)放與電流采樣保持，避免了輸入模擬電壓與基準(zhǔn)電壓分別采用相同的電壓電流轉(zhuǎn)換器時(shí)引入的誤差，使得由此電壓電流轉(zhuǎn)換器引入的誤差降至最小，從而提高了電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。上述方案中，當(dāng)時(shí)鐘處于采樣相時(shí)，第一切換開(kāi)關(guān)將輸入的模擬電壓信號(hào)接到跨導(dǎo)運(yùn)放的輸入端，此時(shí)跨導(dǎo)運(yùn)放輸出的電流信號(hào)即為與輸入模擬電壓相對(duì)應(yīng)的電流，經(jīng)過(guò)后續(xù)電流采樣保持單元的輸出即為輸入的電流信號(hào)，在采樣相結(jié)束時(shí)刻的電流值即為最終的輸入采樣結(jié)果，再經(jīng)過(guò)同一相位的第三切換開(kāi)關(guān)將其輸出到輸入的模擬電流信號(hào)端。當(dāng)時(shí)鐘處于保持相時(shí)，由于此時(shí)輸入的模擬電壓信號(hào)暫時(shí)不需要進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換，所以此時(shí)閑置的跨導(dǎo)運(yùn)放與電流采樣保持可以用來(lái)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓，通過(guò)第二切換開(kāi)關(guān)將輸入的基準(zhǔn)電壓接到跨導(dǎo)運(yùn)放的輸入端，此時(shí)跨導(dǎo)運(yùn)放輸出的電流信號(hào)即為與輸入基準(zhǔn)電壓相對(duì)應(yīng)的電流，經(jīng)過(guò)后續(xù)電流采樣保持單元的輸出即為輸入的基準(zhǔn)電流信號(hào)，在保持相結(jié)束時(shí)刻的電流值即為最終的輸入基準(zhǔn)采樣結(jié)果，再經(jīng)過(guò)第四切換開(kāi)關(guān)將其輸出到輸入的基準(zhǔn)電流信號(hào)端。同時(shí)，由于在一般確定的系統(tǒng)中，基準(zhǔn)電壓保持不變，所以此處的基準(zhǔn)電流也保持不變， 這就使得基準(zhǔn)電壓的電壓電流轉(zhuǎn)換甚至可以隔多個(gè)周期進(jìn)行采樣，可以進(jìn)一步降低由電壓電流轉(zhuǎn)換器引入的功耗。 上述方案中，所述由切換開(kāi)關(guān)控制采樣相與保持相的控制信號(hào)是由時(shí)鐘產(chǎn)生單元產(chǎn)生兩相不重疊的時(shí)鐘，其中第一切換開(kāi)關(guān)與第三切換開(kāi)關(guān)在信號(hào)的采樣相時(shí)導(dǎo)通，第二切換開(kāi)關(guān)與第四切換開(kāi)關(guān)在信號(hào)的采樣相時(shí)導(dǎo)通。本發(fā)明通過(guò)電壓電流轉(zhuǎn)換器的分時(shí)復(fù)用技術(shù)，消除了兩路結(jié)構(gòu)相同單元的失配問(wèn)題，從而提高了電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。


圖1為本文發(fā)明的可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本文發(fā)明的一種具體實(shí)現(xiàn)實(shí)例。其中1為第一切換開(kāi)關(guān)；2為第二切換開(kāi)關(guān)；3為第三切換開(kāi)關(guān)；4為第四切換開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1為發(fā)明的可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，圖2為一種具體的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。如圖1所示，時(shí)鐘產(chǎn)生單元30產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)60控制第一切換開(kāi)關(guān)、第二切換開(kāi)關(guān)、第三切換開(kāi)關(guān)與第四切換開(kāi)關(guān)。如圖2所示，該時(shí)鐘產(chǎn)生單元30產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)為 601、602、603與604。其中601與603為時(shí)鐘的采樣相，602與604為時(shí)鐘的保持相，以下討論以高電平為采樣的有效電平。為了防止在采樣時(shí)刻開(kāi)始時(shí)的毛刺，時(shí)鐘信號(hào)603的采樣時(shí)刻可以比601推后一段時(shí)間，與之對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)604的采樣時(shí)刻可以比602推后一段時(shí)間，具體的推后時(shí)間由毛刺部分的時(shí)間決定。如圖1所示，第一切換開(kāi)關(guān)的輸入端接外部輸入的模擬電壓信號(hào)，輸出端接到跨導(dǎo)運(yùn)放40的輸入端70，第一切換開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生單元產(chǎn)生的時(shí)鐘控制。第二切換開(kāi)關(guān)的輸入端接外部輸入的基準(zhǔn)電壓信號(hào)，輸出端接到電壓電流轉(zhuǎn)換器40的輸入端70， 第二切換開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生單元產(chǎn)生的時(shí)鐘控制?？鐚?dǎo)運(yùn)放40的輸出端90接到采樣保持50的輸入端，采樣保持50的輸出端100為輸入電壓轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)，采樣保持50 的輸出端110為基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)。如圖2所示，第一切換開(kāi)關(guān)的控制端為601，第二切換開(kāi)關(guān)的控制端為602。當(dāng)信號(hào)601為高電平時(shí)，輸入的模擬電壓信號(hào)接到由運(yùn)放401、 電阻402、NMOS管403、PMOS管404與PMOS管405組成的跨導(dǎo)運(yùn)放的輸入端70，此時(shí)經(jīng)過(guò)運(yùn)放401的閉環(huán)反饋系統(tǒng)使得電阻402上的電流為輸入的模擬電壓與電阻402的比值，再經(jīng)過(guò)PMOS管404與PMOS管405的鏡像，信號(hào)線80上的電流即為與輸入的模擬電壓相對(duì)應(yīng)的模擬電流。經(jīng)過(guò)電流采樣保持50后，輸出信號(hào)線90上的電流即為信號(hào)線80上的電流。 由于此時(shí)信號(hào)603也為高，使得信號(hào)線90上的電流通過(guò)第三切換開(kāi)關(guān)流出，并連接到傳統(tǒng)電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電流端。與之對(duì)應(yīng)，當(dāng)信號(hào)602為高電平時(shí)，輸入的基準(zhǔn)電壓信號(hào)接到由運(yùn)放401、電阻402、NMOS管403、PMOS管404與PMOS管405組成的電壓電流轉(zhuǎn)換器的輸入端70，此時(shí)經(jīng)過(guò)運(yùn)放401的閉環(huán)反饋系統(tǒng)使得電阻402上的電流為輸入的基準(zhǔn)電壓與電阻402的比值，再經(jīng)過(guò)PMOS管404與PMOS管405的鏡像，信號(hào)線80上的電流即為與輸入的基準(zhǔn)電壓相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電流。經(jīng)過(guò)電流采樣保持50后，輸出信號(hào)線90上的電流即為信號(hào)線80上的電流。由于此時(shí)信號(hào)604也為高，使得信號(hào)線90上的電流通過(guò)第四切換開(kāi)關(guān)流出，并連接到傳統(tǒng)電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入基準(zhǔn)電流端。通過(guò)4個(gè)切換 開(kāi)關(guān)的交叉切換，使跨導(dǎo)運(yùn)放與電流采樣保持輪流對(duì)輸入的模擬電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，消除了電壓到電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換誤差。綜上所述，當(dāng)時(shí)鐘處于采樣相時(shí)，第一切換開(kāi)關(guān)與第三切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，輸入的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)跨導(dǎo)運(yùn)放與電流采樣保持，并通過(guò)第三切換開(kāi)關(guān)被輸送到傳統(tǒng)電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電流信號(hào)端；當(dāng)時(shí)鐘處于保持相時(shí)，第二切換開(kāi)關(guān)與第四切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，輸入的基準(zhǔn)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)跨導(dǎo)運(yùn)放與電流采樣保持，并通過(guò)第四切換開(kāi)關(guān)被輸送到傳統(tǒng)電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入基準(zhǔn)電流信號(hào)端。實(shí)際上，上述的采樣相與保持相通常是對(duì)信號(hào)而言， 對(duì)于基準(zhǔn)而言，上述的信號(hào)保持相就變成基準(zhǔn)的采樣相，信號(hào)采樣相就變成基準(zhǔn)的保持相。 通過(guò)這一發(fā)明，可以使電壓電流轉(zhuǎn)化器與電流采樣保持可以交叉供基準(zhǔn)與信號(hào)使用，在提高速度的同時(shí)，也提高了電流的精度。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括時(shí)鐘產(chǎn)生單元、第一切換開(kāi)關(guān)、第二切換開(kāi)關(guān)、跨導(dǎo)運(yùn)放、電流采樣保持、第三切換開(kāi)關(guān)、第四切換開(kāi)關(guān)以及電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器；第一切換開(kāi)關(guān)與第二切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)后同時(shí)與跨導(dǎo)運(yùn)放連接，跨導(dǎo)運(yùn)放與電流采樣保持連接，第三切換開(kāi)關(guān)與第四切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)后與電流采樣保持連接，第三切換開(kāi)關(guān)與第四切換開(kāi)關(guān)分別與電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。
2.如權(quán)利要求1所述一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述時(shí)鐘產(chǎn)生單元產(chǎn)生兩相不重疊時(shí)鐘，其中一相為信號(hào)的采樣時(shí)鐘，另一相為信號(hào)的保持時(shí)鐘。
3.如權(quán)利要求1所述一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一切換開(kāi)關(guān)在時(shí)鐘信號(hào)的采樣相連接輸入的模擬電壓信號(hào)到跨導(dǎo)運(yùn)放的輸入端，第二切換開(kāi)關(guān)在時(shí)鐘信號(hào)的保持相連接輸入的基準(zhǔn)電壓信號(hào)到跨導(dǎo)運(yùn)放的輸入端，第三切換開(kāi)關(guān)在時(shí)鐘信號(hào)的采樣相連接電流采樣保持的輸出到輸入的模擬電流端，第四切換開(kāi)關(guān)在時(shí)鐘信號(hào)的保持相連接電流采樣保持的輸出到輸入的基準(zhǔn)電流端。
4.如權(quán)利要求1所述一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述跨導(dǎo)運(yùn)放主要作用是將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電流采樣保持電路是對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行采樣保持，并輸出到后續(xù)的傳統(tǒng)電流模模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
6.如權(quán)利要求1所述一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述傳統(tǒng)的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器是輸入為模擬電流信號(hào)和基準(zhǔn)電流信號(hào)，輸出是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可提高轉(zhuǎn)換精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生單元、一個(gè)切換外部輸入模擬電壓信號(hào)的第一切換開(kāi)關(guān)、一個(gè)切換基準(zhǔn)電壓信號(hào)的第二切換開(kāi)關(guān)、一個(gè)將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的跨導(dǎo)運(yùn)放、一個(gè)電流信號(hào)的采樣保持單元、一個(gè)切換電流采樣保持輸出的第三切換開(kāi)關(guān)以及一個(gè)切換電流采樣保持輸出的第四切換開(kāi)關(guān)。所公開(kāi)的跨導(dǎo)運(yùn)放及電流采樣保持單元分時(shí)復(fù)用技術(shù)，可以有效降低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電流信號(hào)過(guò)程中引起的模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度損失，從而提高了電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。此發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用于高速高精度的電流模式模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品中。
文檔編號(hào)H03M1/10GK102170290SQ20111005787
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者劉佑寶, 吳龍勝, 郭仲杰 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所