A級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、B級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn) 換器、余差放大器；
[0007] 第一次輸出碼字過程中，將A級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為第一級，B級逐次逼近模 數(shù)轉(zhuǎn)換器作為第二級；第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入電壓采樣之后，產(chǎn)生高位的轉(zhuǎn)換 結(jié)果，將轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入電壓相減之后送入余差放大器，經(jīng)過余差放大器后，進入第二級； 第二級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對余差進行采樣，產(chǎn)生低位的轉(zhuǎn)換結(jié)果；將兩級各自的逐次逼 近模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的結(jié)果進行組合獲得第一次輸出碼字；
[0008] 第二次輸出碼字過程中，將B級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為第一級，A級逐次逼近模 數(shù)轉(zhuǎn)換器作為第二級；之后方法與第一次輸出碼字完全相同，獲得第二次輸出碼字；
[0009] 其后奇數(shù)次輸出碼字方法與第一次輸出碼字相同，偶數(shù)次輸出碼字與第二次輸出 碼字相同。
[0010] 本發(fā)明提出一種能提高流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器DNL/INL的前后級交換方 法，其特點在于：不需要引入額外的運放進行噪聲整形，不需要引入任何校正算法，也不需 要引入Dither，只需要在兩次轉(zhuǎn)換之間交換第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二級逐次逼近 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即可避免電容失配在同一碼字的誤差進行累加，因此，與傳統(tǒng)依賴噪聲整形、 校正算法或者Dither來提高DNL/INL的校正方法相比，具有結(jié)構(gòu)更簡單、占用芯片面積更 小、更容易在片上實現(xiàn)的效果。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明提出的11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)框圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明提出的11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器時序分配圖。
[0013] 圖3為傳統(tǒng)11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的DNL/INL仿真結(jié)果。
[0014] 圖4為本發(fā)明提出的11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的DNL/INL仿真結(jié)果。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明提出一種能提高流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器DNL/INL的前后級交換方 法，每兩次轉(zhuǎn)換之間切換第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器與第二級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而 達到提高DNL和INL的目的。下面以11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器為例進行詳述。本 發(fā)明提出的11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和時序分配分別如圖1和圖2 所示。利用流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的思想，將一個11位的流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器分為兩 級，第一級6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和余差放大器共同組成增益數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Multiplier Digital to Analog Converter，MDAC)。第一級6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入電壓采樣 之后，產(chǎn)生高6位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入電壓相減之后送入余差放大器，經(jīng)過余差放 大器將余差放大32倍送入第二級，第二級的6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器再對余差進行轉(zhuǎn)換， 產(chǎn)生低6位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，兩級錯位相加，得到第一次轉(zhuǎn)換最終11位的轉(zhuǎn)換結(jié)果；接下來，將 第一級6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二級6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器互換位置，即之前的第 二級6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入電壓采樣之后，產(chǎn)生高6位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸 入電壓相減之后送入余差放大器，經(jīng)過余差放大器將余差放大32倍送入之前的第一級，之 前的第一級6位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器再對余差進行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生低6位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，兩級錯位 相加，得到第二次轉(zhuǎn)換最終11位的轉(zhuǎn)換結(jié)果；進一步的，在ADC輸出碼字過程中，第三次轉(zhuǎn) 換的方式與第一次相同，第四次轉(zhuǎn)換的方式與第二次相同，依次循環(huán)。
[0016] 本發(fā)明之所以可以提高DNL和INL，主要基于如下中心思想：傳統(tǒng)流水線型逐次逼 近模數(shù)轉(zhuǎn)換器普遍采用的位循環(huán)模式為：對某一固定位的判斷總采用某一固定的電容，即 在轉(zhuǎn)換過程中，所有位循環(huán)都采用同一種電荷重分配方案，導(dǎo)致由電容失配引入的誤差總 在同一碼字不斷累加，為了避免由電容失配引入的誤差總在同一碼字不斷累加，本發(fā)明提 出一種新型的簡單易實現(xiàn)的前后級切換模式，不需要引入額外運放做噪聲整形，也不需要 任何校正算法，只需要在兩次轉(zhuǎn)換之間交換第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二級逐次逼近 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即可避免電容失配引入的誤差總在同一碼字不斷累加，從而達到提升DNL和 INL的目的。
[0017] 對本發(fā)明提出的11位流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行matlab仿真，單位電容 取值為IOyf，單位電容失配誤差（_>_)為0.08。表1總結(jié)了傳統(tǒng)流水線型逐次逼近模 數(shù)轉(zhuǎn)換器與本發(fā)明提出的流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的DNL/INL仿真的性能對比。表 1表明：相比傳統(tǒng)流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明將DNL提高了 36.8%，INL提高了 51. 7%。
[0018] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器提出了一種新的前后級交換技術(shù)， 只需要在兩次轉(zhuǎn)換之間交換第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，就 可以實現(xiàn)DNL/INL的優(yōu)化，控制邏輯簡單，硬件開銷小，相比傳統(tǒng)采用噪聲整形技術(shù)或者校 正算法來提高DNL/INL的方法，本發(fā)明能節(jié)約功耗和芯片面積。
[0019] 表 1 :傳統(tǒng)Pipelined SAR ADC與本發(fā)明提出的Pipelined SAR ADC 的DNL/INL對 比
【主權(quán)項】
1. 一種流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前后級交換方法，該方法中的流水線型逐次逼 近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括：A級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、B級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、余差放大器； 第一次輸出碼字過程中，將A級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為第一級，B級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn) 換器作為第二級；第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入電壓采樣之后，產(chǎn)生高位的轉(zhuǎn)換結(jié)果， 將轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入電壓相減之后送入余差放大器，經(jīng)過余差放大器后，進入第二級；第二級 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對余差進行采樣，產(chǎn)生低位的轉(zhuǎn)換結(jié)果；將兩級各自的逐次逼近模數(shù) 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的結(jié)果進行組合獲得第一次輸出碼字； 第二次輸出碼字過程中，將B級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為第一級，A級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn) 換器作為第二級；之后方法與第一次輸出碼字完全相同，獲得第二次輸出碼字； 其后奇數(shù)次輸出碼字方法與第一次輸出碼字相同，偶數(shù)次輸出碼字與第二次輸出碼字 相同。
【專利摘要】本發(fā)明一種流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前后級交換方法，涉及微電子學(xué)與固體電子學(xué)領(lǐng)域，特別是一種流水線型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。不需要引入額外的運放進行噪聲整形，不需要引入任何校正算法，也不需要引入Dither，只需要在兩次轉(zhuǎn)換之間交換第一級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二級逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即可避免電容失配在同一碼字的誤差進行累加，因此，與傳統(tǒng)依賴噪聲整形、校正算法或者Dither來提高DNL/INL的校正方法相比，具有結(jié)構(gòu)更簡單、占用芯片面積更小、更容易在片上實現(xiàn)的效果。
【IPC分類】H03M1/38
【公開號】CN105245231
【申請?zhí)枴緾N201510646835
【發(fā)明人】樊華
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月8日