用于调谐器的带增益控制的逐次逼近型模数转换的制作方法
【技术领域】
[0001]实施例涉及电子电路设计，更具体地，涉及能够实现增强用于直接采样接收器的性能和/或特征的架构配置的改进，具体地涉及直接转换采样接收器，其包括逐次逼近型模数转换器(SAR-ADC)，以增强采样接收器的质量，其中SAR-ADC结合电流再分配数模转换器(DAC)和增益控制。
【背景技术】
[0002]直接转换采样接收器(DSR)是一种较新的实现，非常适合于关于超高速数字处理的实现，因为接收器架构消除了对重要的模拟电路，比如基于运算放大器(op-amp)的连续时间滤波器的需求。DSR用在例如线缆调制解调器、卫星机顶盒、有线机顶盒等中。不过，在许多DSR中，为了补偿接收信号的宽振幅范围，利用精细数字增益控制(“FDGC”)，对输入信号进行振幅调整。FDGC允许选择和调整要被提供给输入信号的增益。利用FDGC的输入信号的振幅调整或者所谓的增益调整，用于获得远远高于噪声和偏移阈值的振幅电平。在不应用增益调整的情况下，不可能进行输入信号的进一步后处理，比如自适应均衡和数字转换。
[0003]已知用于实现精细数字增益控制的许多技术，比如开关gm级、场效应晶体管(FET)开关R-2R梯形电路等。所有这些方法都具有诸如增加热噪声，与附加电路相关的互调制，增大电路复杂性之类的主要缺陷，并且由于它们前面一般是具有固定增益或者具有范围较小的粗增益步长的放大级，因此输出振幅将与输入一致地增大，从而可能在输出中导致压缩和进一步的互调制失真。
[0004]于是，本领域需要一种充分克服上述不期望的特性的架构配置。
【附图说明】
[0005]在说明书的结论部分中，特别指出和明确要求保护被视为本发明的主题。不过，结合附图，参考以下的详细说明，可更好地关于组织和操作方法，理解本发明，以及本发明的目的、特征和优点，附图中:
[0006]图1是根据实施例的具有电荷再分配SAR-ADC架构的直接采样调谐器/接收器(DSR)的例示，所述电荷再分配SAR-ADC架构具有可变增益控制组件；
[0007]图2是根据实施例的采样阶段中的图1的DSR的例示；
[0008]图3是根据实施例的转换阶段中的图1的DSR的例示；
[0009]图4是根据实施例的CMN被表示成与CADC之比的增益控制特性曲线的例示；
[0010]图5是根据实施例的频域中的CTc]t比率为4:2:1的增益控制特性曲线的例示；
[0011]图6是根据实施例的时域中的CTcit比率为4:2:1的增益控制特性曲线的例示；
[0012]图7是图解说明根据实施例，基于图1的架构，把可变增益控制引入模数转换中的方法700中的操作的流程图。
[0013]应意识到为了举例说明的简单和清楚起见，附图中例示的元件不一定是按比例绘制的，为了清楚起见，一些元件的尺寸相对于其它元件被放大。此外，在附图中，附图标记被酌情重复，以指示对应或类似的元件。
【具体实施方式】
[0014]在下面的详细说明中，记载了众多的具体细节，以透彻理解本发明。不过，本领域的技术人员明白，可在没有这些具体细节的情况下，实践本发明。在其它情况下，未详细说明公知的方法、过程、组件和电路，以避免模糊本发明。
[0015]尽管在这点上，本发明的实施例不受限制，不过，利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”之类用语的论述涉及的是把在计算机的寄存器和/或存储器内，表示成物理(例如电子)量的数据处理和/或变换成在计算机的寄存器和/或存储器，或可保存进行操作和/或处理的指令的其它信息存储介质内，类似地表示成物理量的其它数据的计算机、计算平台、计算系统或其它电子计算设备的操作和/或处理。
[0016]尽管在这点上，本发明的实施例不受限制，不过，这里使用的用语“多个”可包括例如“许多”或“两个或更多”。在说明书中，用语“多个”可用于描述两个或更多的组件、设备、元件、单元、参数等。例如，“多个站”可包括两个或更多的站。这里，用语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个元件和另一个元件。这里，单数形式不表示数量的限制，而是表示至少一个所涉及的对象的存在。
[0017]图1是根据实施例的具有电荷再分配SAR-ADC架构的直接采样调谐器/接收器100 (DSR)的例示，所述电荷再分配SAR-ADC架构具有可变增益控制组件。例示的直接采样接收器(DSR) 100被实现为，以利用电荷再分配SAR-ADC125处理接收的信号105，比如信号Vin(t)。DSR 100的前端包括低噪声放大器(LNA)。LNA可以是输出被切换到SAR-ADC的电流的gm级110。gm级110放大接收的信号105(Vin(t))。在一个例子中，DSR 100的前端还包括采样开关。采样开关120按照采样时钟信号(采样时钟121)被选择性地切换，从而把放大信号的所选样本传给SAR-ADC 125。
[0018]在一个例子中，DSR 100还包括向Gm级110提供可变负载的可变增益控制组件180。用于实现增益控制的已知技术包括开关gm级，FET开关R2R梯形电路等。这些设备因引入热噪声，增大电路复杂性，和导致或增大互调制而众所周知。这些已知技术中的一些技术另外往往由于下游组件导致易于出现在输出中的压缩和互调制失真。增益控制组件180被实现成电容器或电容器的阵列。增益控制电容器组件可提供克服与传统技术相关的加性噪声和互调制的精确并且可预测的增益步长。增益控制组件180包含电容器182和开关185，电容器182可由多组件阵列构成。根据SAR-ADC 125的操作，即，采样阶段和转换阶段，决定开关185的位置。在采样阶段，类似于模式开关160，开关185被放置在采样周期位置。如图所示，每个电容器有一个模式开关160。在采样周期内，开关与采样开关120的输出侧构成电路。在转换阶段，与采样开关的连接被断开。
[0019]SAR ADC 125可包括各个子电路，包括比较器电路125，内部数-模转换器(DAC) 150，SAR逻辑140，和带有结果寄存器的控制逻辑部件170。比较器130可比较作为DAC 150的输出电压152(Vcomp)的输入电压(Vin(*)106)和基准电压Vref 131，可把比较结果输出给SAR逻辑部件140。SAR逻辑140可包括用于把输入电压Vin(*) 106的近似数字编码提供给DAC 150的逐次逼近寄存器。DAC 150与比较器130，电容器组或电容器阵列155，分别与电容器阵列中的电容器親接的模式开关160关联，米样开关120与低噪声放大器(LAN)和电容器阵列的一个元件关联。比较器130的输入被耦接到基准电压Vref。各个模式开关160的闭合或断开由控制部件170控制。采样开关120的闭合或断开由采样时钟信号控制，以便选择性地启动。采样的输入电压Vin(*) 106的数字逼近的结果编码可在转换结束时，被输出至在控制部件170的或者作为独立电路部件的输出寄存器172。按照各个实施例，SAR-ADC 125可被实现成电荷再分配SAR-ADC。为了清楚起见，电源(正Vdd，负Vee)，以及接地连接被认为是存在的，不过未在图中示出。
[0020]各个模式开关160和/或开关185的闭合或断开由控制部件170控制。采样开关120的闭合或断开由采样时钟信号控制，以选择性地启动采样开关。采样时钟可以外部生成，由控制部件170生成，或者由DSR 100中的程控多频振荡器生成。
[0021]基于保存的指令，比如与预定分辨率对应的值和/或迭代次数，控制部件170确定开关160的切换。开关的断开和闭合由来自采样开关120的设定采样阶段持续时间的采样数，以及为了变换电荷再分配数-模转换器的输出而运行逻辑所需的循环次数来预先确定。按照两种不同的结构或阶段，控制开关160。这些结构是(a)采样模式结构和(b)转换模式结构。
[0022]在称为米样阶段/模式的第一种结构中，Gm级110通过开关120，对电容器阵列155充电，即，模式开关160親接电容器和米样开关120的输出端，以求出米样开关米样的电流输出的积分；电容器阵列中的各个电容器通常在该周期之前会被放电。另外在采样周期中，增益控制组件180中的电容器182也连接到采样开关120的输出端。在采样阶段，ADC电容器阵列和电容器182形成并联的一组电容器。
[0023]在称为转换模式/阶段的第二种结构中，在必需采样数之后，随后使DAC电容器阵列与输入采样开关隔离，并转变回到SAR-ADC内的正常电荷分配功能，其中在电源电压(Vdd)和接地电压(Vss)之间切换电容器阵列，从而在元件之间再分配存储的电荷，以致在电容器的合成电压为V = Q/C，趋向于比较器130的基准电压。随后通过SAR逻辑140和CDAC 150的量化环路，处理比较器130的输出，直到迭代次数产生以及直至预定的分辨率。由于例示的架构基于环绕SAR-ADC电容器的电荷采样和再分配，因此利用在采样阶段电容器和放大器(gm)的再分配，能够增强性能。
[0024]尽管本实施例中表示了单级，不过，增益控制组件可配置在交错系统中，这种情况下，最好在可被并入的SARADC的多个位置之间，重复使用CMN，以致当第一个SAR ADC 125在采样时，第二个SAR ADC 125在进行转换，反之亦然。如果转换周期显著大于采样周期，那么可按照这种方式配置多于2个的SAR ADC 125;例如，考虑1:2的采样-转换周期比，可以配置3个段，以致当一个段首先进行转换时，第二个段持续第一个段的转换周期的一半，对输入采样，随后第三个片段持续第一个片段的转换周期的另一半，对输入采样。在所有这样的情况下，对于每个段的采样周期，电容器182可被重复使用，因为电容器182只在采样周期内被使用。
[0025]图2是根据实施例，在采样阶段的图1的DSR的例示。这里，可以引进增益控制组件180，电容器182 (CGAIN)，以缩放SAR-ADC 125的动态输入范围。在采样阶段，SAR-ADC 125可通过采样开关120，连接到Gm级110的输出端。在采样阶段之后，存储在SAR-ADC 125和增益控制组件中的全部电荷可被定义为Qtot = (Cadc+Cgain) *Vin ;其中Vin是在被放大之后的在采样开关120的电压，CADe+CSAIN= CT0TO如图所示，从DSR 100的前端的角