專利名稱：可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它的直接應(yīng)用領(lǐng)域是高速高精度、低功耗流水線A/D轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器是流水線A/D轉(zhuǎn)換器的子級(jí)核心單元，圖1給出了一個(gè)全差分乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是利用了反饋原理，使增益等于采樣電容Cs 與反饋電容Cf之比，提高了增益的精度和線性度。但該結(jié)構(gòu)的增益誤差太大，主要來源有兩處1)采樣電容Cs與反饋電容Cf的精度和匹配度有限，使得其比值不能精確等于電路設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致級(jí)間增益誤差。2、運(yùn)算放大器A的直流有限增益，使得運(yùn)放輸入端的“虛地”等效非理想，導(dǎo)致級(jí)間增益誤差。對(duì)于以上兩個(gè)誤差來源，第一個(gè)主要受制造工藝的影響；第二個(gè)誤差源，本可通過提高運(yùn)算放大器的直流增益來解決，但為對(duì)于有低功耗需求的乘法型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，運(yùn)算放大器的直流增益要被限制，不能做得很大，典型值約在60dB左右，因此低功耗乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的有限增益誤差很難減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于發(fā)明一種可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，減小其有限增益誤差，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電路的低功耗。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案在于本發(fā)明的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器含有一個(gè)放大電路單元，包括運(yùn)算放大器A2、采樣電容Csl+和Csl_、反饋電容Cfl+和 Cfl_、互連開關(guān)和S1-、互連開關(guān)Sr1+和S1-、互連開關(guān)Sfl+和，其中，Csl+的一端通過Ssl+和Sri+分別連接正向輸入信號(hào)Vin+和參考電壓，Csl+的另一端接A2的負(fù)輸入端，Cfl+的一端通過Ss2+和分別連接正向輸入信號(hào)Vin+和A2的正輸出端，Cfl+的另一端與A2的負(fù)輸入端連接，Csl_的一端通過和分別連接負(fù)向輸入信號(hào) Vin-和參考電壓，Csl_的另一端與A2的正輸入端連接，Cfl_的一端通過Ss2_和Sfl_分別連接負(fù)向輸入信號(hào)Vin_和A2的負(fù)輸出端，Cfl_的另一端與A2的正輸入端連接；和一個(gè)有限增益誤差校正電路單元，包括可變?cè)鲆娣糯笃鰽3、補(bǔ)償電容C。al+和 、互連開關(guān)S1+和S1-、互連開關(guān)S2+和s2_，其中，Ccal+的一端通過S1+連接A2的正輸入端，Ccal+的另一端連接A3的正輸出端，A3的負(fù)輸入端通過S2+與A2的負(fù)輸出端連接，C。al_的一端通過S1-連接A2的負(fù)輸入端，C。al_的另一端連接A3的負(fù)輸出端，A3的正輸入端通過S2_與A2的正輸出端連接。所述互連開關(guān)和、互連開關(guān)Sri+和、互連開關(guān)和、互連開關(guān)S1+ 和S1-、互連開關(guān)S2+和S2_均為常規(guī)的CMOS開關(guān)。 所述采樣電容Csl+和Csl_、反饋電容Cfl+和Cfl_均為常規(guī)的金屬電容，電容值為1 2pF。所述運(yùn)算放大器A2為常規(guī)的運(yùn)算放大器，其增益為40 60dB。所述補(bǔ)償電容C。al+和C。al_為常規(guī)的金屬電容，電容值為10 50fF。所述放大器A3為常規(guī)的可變?cè)鲆娣糯笃?，通過調(diào)整A3的增益Ga3，以抵消制造工藝與溫度變化帶來的誤差。有益效果與常規(guī)的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器相比，本發(fā)明的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明通過兩個(gè)補(bǔ)償電容C。al+、C。al_和一個(gè)放大器A3，組成校正電路，將部分輸出量可調(diào)節(jié)地補(bǔ)償?shù)竭\(yùn)算放大器A2的輸入端，對(duì)“虛地”不為零進(jìn)行調(diào)整，極大地減小了有限增益誤差。對(duì)比本發(fā)明電路與常規(guī)乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器增益與級(jí)間增益誤差的關(guān)系曲線圖，即對(duì)比圖4與圖3，以增益為65dB為例，它們的增益誤差分別為0. 11%與 0. 01 %，可知，采用本發(fā)明電路后，整個(gè)流水線A/D轉(zhuǎn)換器的有限增益誤差下降1個(gè)數(shù)量級(jí)。2.本發(fā)明采用有限增益誤差校正電路單元，減小了常規(guī)電路的增益誤差，降低了運(yùn)算放大器的直流增益要求，從而降低了流水線A/D轉(zhuǎn)換器的功耗。常規(guī)12位流水線A/D 轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器單元需要增益85dB，功耗約為16 18mW。采用本發(fā)明電路后，12位流水線A/D轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器單元僅需要增益62dB，就可滿足12位精度要求，其功耗約為6 8mW，功耗減少50%。3.本發(fā)明電路中，放大器A3的增益是可調(diào)節(jié)的，有效抵消了溫度和工藝變化帶來的有限增益誤差，使得本發(fā)明電路的可靠性高。


圖1為常規(guī)的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖2為本發(fā)明的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖3為常規(guī)乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器增益與級(jí)間增益誤差的關(guān)系曲線圖；圖4為本發(fā)明的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的運(yùn)算放大器增益與級(jí)間增益誤差的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不僅限于下面的描述，現(xiàn)結(jié)合附圖加以進(jìn)一步說明。本發(fā)明的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路圖如圖2所示。它的基本組成包含一個(gè)放大電路單元和一個(gè)有限增益誤差校正電路單元。放大電路單元包括運(yùn)算放大器A2、采樣電容 Csl+和Csl_、反饋電容Cfl+和Cfl_、互連開關(guān)和互連開關(guān)民1+和、互連開關(guān)Sfl+和 sfl_0有限增益誤差校正電路單元包括可變?cè)鲆娣糯笃鰽3、補(bǔ)償電容C。al+和C。al_、互連開關(guān)S1+和S1-、互連開關(guān)S2+和S2_。圖2中的具體連接關(guān)系、作用關(guān)系與本說明書的發(fā)明內(nèi)容部分相同，此處不再重復(fù)。它的工作原理如下當(dāng)電路處于采樣階段時(shí)，開關(guān)和Ss2+和Ss2_閉合，開關(guān)和Srl+和Sri_、S1+和SpS2+和S2_斷開，輸入信號(hào)被保存到采樣電容和反饋電容上。此時(shí)，有限增益誤差校正電路單元不工作，處于清零狀態(tài)。當(dāng)電路處于放大階段時(shí)，開關(guān)和Ss2+和Ss2_斷開，開關(guān)和Srl+和 srl_> S1+和Sp S2+和S2_閉合，采樣電容連接參考電壓，反饋電容連接在運(yùn)算放大器A2輸入輸出兩端。通過電荷守恒，輸入信號(hào)被放大到運(yùn)算放大器A2的輸出端。此時(shí)，有限增益誤差校正電路開始工作，其輸入輸出兩端連接在運(yùn)算放大器A2的輸入輸出端，將部分輸出量可調(diào)節(jié)地補(bǔ)償?shù)竭\(yùn)算放大器A2的輸入端，對(duì)“虛地”不為零進(jìn)行調(diào)整，極大地減小了有限增益誤差。此時(shí)，級(jí)間增益表達(dá)式為
Cs+Cf ?！?廣,Cs+Cf, Cc
G =_^s ‘^f_
closedC^ C^C^、上乂
Γ , ^s t Lf^cal η Γ
。f H--Γ----Lta^,
乂 f廣廣A3 cal
^jA 2^jA 2其中，Cs= Csl+ = Csl_、Cf = Cfl+ = Cfl_、Ccal = Ccal+ = Ccal_，GA2、Ga3 分別表示運(yùn)算放大器A2、A3的直流增益。從⑴式可以看出，若沒有引入有限增益誤差校正電路單元，即GA3、C。al兩項(xiàng)為零， 當(dāng)運(yùn)算放大器A2的直流增益有限時(shí)，級(jí)間增益不等于采樣電容與反饋電容之間的比值，存在增益誤差；當(dāng)引入有限增益誤差校正電路單元后，即使運(yùn)算放大器A2直流增益有限，若分母
中第二、三、四項(xiàng)之和為零，則乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器仍能保持理想的級(jí)間增益。因此，通過選擇
合適的電容值和運(yùn)算放大器的增益，滿足表達(dá)式( ，即可達(dá)到校正乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器的有
限增益誤差的目的。
Γ +ΓCcal= s f(2)為抵消制造工藝和溫度變化帶來的誤差量，放大器A3的增益是可調(diào)的，通過調(diào)整 A3的增益值Ga3，來始終確保表達(dá)式( 成立。所述互連開關(guān)Ssl+和互連開關(guān)Sri+和Sri_、互連開關(guān)Sfl+和互連開關(guān)S1+ 和S1-、互連開關(guān)S2+和S2_均為常規(guī)的CMOS開關(guān)。所述采樣電容Csl+和Csl_、反饋電容Cfl+和Cfl_均為常規(guī)的金屬電容，電容值為1 2pF。所述放大器A2為常規(guī)的運(yùn)算放大器，其增益為40 60dB。所述補(bǔ)償電容C。al+和C。al_為常規(guī)的金屬電容，電容值為10 50fF。所述放大器A3為常規(guī)的可變?cè)鲆娣糯笃?，通過調(diào)整A3的增益Ga3，以抵消制造工藝與溫度變化帶來的誤差。
權(quán)利要求
1.一種可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于含有一個(gè)放大電路單元，包括運(yùn)算放大器A2、采樣電容Csl+和Csl_、反饋電容Cfl+和Cfl_、互連開關(guān)和Si-、互連開關(guān)Sri+和、互連開關(guān)和，其中，Csl+的一端通過Ssl+和Sri+分別連接正向輸入信號(hào)Vin+和參考電壓，Csl+的另一端接A2 的負(fù)輸入端，Cfl+的一端通過Ss2+和Sfl+分別連接正向輸入信號(hào)Vin+和A2的正輸出端，Cfl+ 的另一端與A2的負(fù)輸入端連接，Csl_的一端通過和民卜分別連接負(fù)向輸入信號(hào)Vin_和參考電壓，Csl_的另一端與A2的正輸入端連接，Cfl_的一端通過Ss2_和Sfl_分別連接負(fù)向輸入信號(hào)Vin_和A2的負(fù)輸出端，Cfl_的另一端與A2的正輸入端連接；和一個(gè)有限增益誤差校正電路單元，包括可變?cè)鲆娣糯笃鰽3、補(bǔ)償電容C。al+和C。al_、互連開關(guān)S1+和S1-、互連開關(guān)S2+和S2_，其中，Ccal+的一端通過S1+連接A2的正輸入端，Ccal+的另一端連接A3的正輸出端，A3的負(fù)輸入端通過S2+與A2的負(fù)輸出端連接，C。al_的一端通過S1-連接A2的負(fù)輸入端，C。al_的另一端連接A3的負(fù)輸出端，A3的正輸入端通過S2_與A2的正輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述互連開關(guān)和Sp互連開關(guān)Sri+和、互連開關(guān)和S1-、互連開關(guān)S1+和S1-、互連開關(guān)S2+和S2_均為常規(guī)的CMOS開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述采樣電容csl+和Csl_、反饋電容Cfl+和Cfl_均為常規(guī)的金屬電容，電容值為1 2pF。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述運(yùn)算放大器A2為常規(guī)的運(yùn)算放大器，其增益為40 60dB。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述補(bǔ)償電容c。al+和C。al_為常規(guī)的金屬電容，電容值為10 50fF。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述放大器A3為常規(guī)的可變?cè)鲆娣糯笃鳎ㄟ^調(diào)整A3的增益Ga3，以抵消制造工藝與溫度變化帶來的誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可校正有限增益誤差的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它包括一個(gè)放大電路單元和一個(gè)有限增益誤差校正電路單元。本發(fā)明通過兩個(gè)補(bǔ)償電容和一個(gè)放大器，組成有限增益誤差校正電路單元，將部分輸出量可調(diào)節(jié)地補(bǔ)償?shù)竭\(yùn)算放大器的輸入端，對(duì)“虛地”不為零進(jìn)行調(diào)整，極大地減小了有限增益誤差；采用本發(fā)明電路后，整個(gè)流水線A/D轉(zhuǎn)換器的有限增益誤差下降1個(gè)數(shù)量級(jí)；本發(fā)明中的放大器的增益是可調(diào)節(jié)的，有效抵消了溫度和工藝變化帶來的有限增益誤差。本發(fā)明電路具有有限增益誤差小、功耗低、可靠性高的特點(diǎn)，適用于高速高精度、低功耗流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H03M1/70GK102324940SQ201110178089
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所