专利名称：一种子转换器共享的低功耗折叠内插模数转换器的制作方法
技术领域：
本发明属集成电路技术领域，具体涉及一种抑制折叠内插模数转换器子转换器之间量 化误差的低功耗折叠内插模数转换器。
背景技术：
常用的折叠内插模数转换器结构示意图如图1所示，主要由跟踪保持电路10、参考 电压电阻串11、粗子转换器12、细子转换器13和编码电路14构成，其中，粗子转换器由 粗子预放大电路120和粗子比较器121构成，细子转换器由细子预放大电路130、折叠电 路131、内插电路132和细子比较器133构成。对于一个N比特的折叠内插模数转换器， 图2是其输出示意图。细子转换器输出的是循环温度码，无法表示整个量程范围内的转换 结果，只能提供低N-M比特的量化信息，因此，需要粗子转换器来确定高M比特的量化 信息。虚线圆圈内的量化点20，是粗子转换器和细子转换器都需要进行量化的输入点，由 图1所示的结构可以看到，粗子转换器和细子转换器其实是由两个并行的通道进行量化的， 当两个信号通路中存在失配时，两者的量化结果就会产生偏差。图3是量化偏差的示意图， 其中粗子量化的输出是3比特温度码，细子量化的输出是4比特循环温度码，在粗子量化 000和001处，两者之间不存在量化误差，经过编码后，模数转换器输出正常；在粗子细 子量化误差1 (30)处，两者对于同一点的量化存在误差，如阴影部分所示，处于阴影部 分的输入会产生跳码，阴影部分原本的粗子量化结果应为Oll，而实际为lll;在粗子细子 量化误差2(31)处，同样存在跳码现象，阴影部分原本的粗子量化结果应为Oll，而实际 为OOl。
2003年Yunchu Li和Edgar Sdnchez-Sinencio在IEEE J. Solid-State Circuits上发表的论文 "A Wide Input Bandwidth 7-bit 300-MSample/s Folding and Current-Mode Interpolating ADC"，提出了一种抑制粗子转换器和细子转换器量化误差的方法。图4是粗子转换器输入 量化点的示意图，采用了文献中的方法后，粗子量化点40由原来的2M—'+l个增加到2M个， 对于每一个粗子细子共同的量化点而言，粗子转换器给出了一定的误差容限41，由细子转 换器的量化结果来决定最终的量化结果。这种方法可以有效抑制粗子转换器和细子转换器 量化误差，但是它的代价是更多的硬件开销和功耗消耗。
发明内容
本发明的目的在于提出一种硬件开销省，电路功耗低的折叠内插模数转换器。本发明提出的折叠内插模数转换器，是一种子转换器共享的低功耗折叠内插模数转换 器，该模数转换器采用N (N>1)级级联的折叠电路，根据预放大电路和前N-1级折叠电 路的部分输出可以获得原本由粗子转换器提供的量化信息，节省了粗子模拟预处理电路消 耗的功耗。同时，所有的量化结果都是在同一个信号通路上产生，可以抑制粗子细子两个 子转换器之间的量化误差，是一种抑制子转换器之间量化误差的低功耗折叠内插模数转换 器结构。具体而言，本发明提出的折叠内插模数转换器由跟踪保持电路50、参考电压电阻串 51、预放大电路52、 N级级联折叠电路53、内插电路54、比较器55和编码电路56连接 而成，与原有的折叠内插模数转换器相比，省略了粗子模拟预处理电路，预放大电路和前 N-l级折叠电路都有部分输出直接连接到比较器。其中，模拟输入信号经过跟踪保持电路 得到保持信号；保持信号与参考电压电阻串产生的参考电平作为预放大电路的输入信号， 预放大电路的输出为保持信号与参考电平之间的差值放大信号；预放大电路的输出信号为 第一级折叠电路的输入信号，其中一些输出信号直接成为比较器的输入信号；第一级折叠 电路的输出信号为第二级折叠电路的输入信号，其中一些输出信号直接成为比较器的输入 信号；依此类推，第N-1级折叠电路的输出信号为第N级折叠电路的输入信号，其中一些 输出信号直接成为比较器的输入信号；第N级折叠电路的输出信号成为的内插电路的输入 信号，内插电路的输出信号连接到比较器；比较器的输出信号经过编码电路的编码后，得 到模数转换器的二进制输出码。对于N级级联折叠电路，第一级折叠电路的折叠系数为Fp共有^个折叠放大器； 第二级折叠电路的折叠系数为F2，共有N2个折叠放大器；依此类推，第N级折叠电路的 折叠系数为FN，共有NN个折叠放大器。该模数转换器的总折叠系数为F，满足关系式F二巧xF2X…xFn (1) 各级折叠电路的折叠放大器个数N, (l^i^N-1)，满足关系式Ni=F1+1Nl+1 (2) 第1级到第N-1级折叠电路直接连接到比较器的输出个数q- (Bi^N-l)为qi=F1+1 (3) 对于第i级折叠电路，每隔Ni+1-1个输出取一个输出连接到比较器。预放大器的个数为P，满足关系式P二巧xN, (4)预放大器直接连接到比较器的输出个数p为P = S (5) 并且每隔Nrl个输出取一个输出连接到比较器。本发明提出的折叠内插模数转换器硬件开销省，电路功耗低，根据预放大电路和前N-1 级折叠电路的部分输出可以获得原本由粗子转换器提供的量化信息，节省了粗子模拟预处 理电路消耗的功耗。同时，所有的量化结果都是在同一个信号通路上产生，可以抑制粗子 细子两个子转换器之间的量化误差。
图1显示折叠内插模数转换器结构示意图。图2显示折叠内插模数转换器输出示意图。图3显示粗子量化和细子量化误差示意图。图4显示一种抑制粗子量化和细子量化误差方法的示意图。图5显示子转换器共享折叠内插模数转换器示意图。图6显示子转换器共享折叠内插模数转换器的模拟输入与输出示意图。图中标号10表示跟踪保持电路，Il表示参考电压电阻串，12表示粗子转换器，120 表示粗子预放大电路，121表示粗子比较器，13表示细子转换器，130表示细子预放大电 路，131表示折叠电路，132表示内插电路，133表示细子比较器，14表示编码电路，20 表示粗子转换器和细子转换器同时量化的点，30表示粗子细子量化误差1， 31表示粗子细 子量化误差2， 40表示粗子转换器输入量化点，41表示粗子细子量化误差容限，50表示 跟踪保持电路，51表示参考电压电阻串，52表示预放大电路，53表示N级级联折叠电路， 530表示第-级折叠电路，531表示第二级折叠电路，532表示第N级折叠电路，54表示 内插电路，55表示比较器，56表示编码电路，60表示预放大电路输出无折叠波形，61表 示第一级折叠电路输出折叠波形，62表示第二级折叠电路输出折叠波形，63表示粗子转 换器需要量化的模拟输入点，64表示第一级折叠电路直接输出到比较器的量化点，65表 示预放大电路直接输出到比较器的量化点。
具体实施方式
以下结合附图进一步描述本发明。图5显示了本发明提出的子转换器共享的折叠内插模数转换器，由跟踪保持电路50、 参考电压电阻串51、预放大电路52、 N级级联折叠电路53、内插电路54、比较器55和编 码电路56构成。其工作原理为(1 )模拟输入信号经过跟踪保持电路50得到保持信号。 2)保持信号与参考电压电阻串51产生的参考电平作为预放大电路52的输入信比较器55的输入信号。(3) 第一级折叠电路530的输入信号为预放大电路的输出信号，第一级折叠电路的 输出信号为第二级折叠电路531的输入信号，其中，每隔N2-1个输出取一个输出连接到比 较器55， 一共q,个输出信号直接成为比较器55的输入信号。(4) 第二级折叠电路531的输入信号为第一级折叠电路530的输出信号，第二级折 叠电路的输出信号为第三级折叠电路的输入信号，其中，每隔Ns-l个输出取一个输出连接 到比较器55， 一共q2个输出信号直接成为比较器55的输入信号。(5) 依此类推，第N-1级折叠电路的输出信号为第N级折叠电路532的输入信号， 其中，毎隔Nn-1个输出取一个输出连接到比较器55， 一共qN-t个输出信号直接成为比较 器55的输入信号。(6) 第N级折叠电路的输出信号成为内插电路54的输入信号，内插电路的输出信 号连接到比较器55。(7) 比较器55的输出信号经过编码电路56的编码后，得到模数转换器的二进制输出码。图6显示了本发明提出的子转换器共享折叠内插模数转换器的模拟输入与输出示意 图。该例子中，采用两级级联折叠电路，第一级折叠系数为Fp第二级折叠系数为3。预 放大电路的输出波形60无折叠，第一级折叠电路的输出波形61进行了F,次折叠，第二级 折叠电路的输出波形62进行了 3Fi次折叠。根据Yunchu Li和Edgar Sdnchez-Sinencio在 2003年提出的方法，粗子转换器需要量化的模拟输入点63如虚线圆圈所示。这些模拟输 入点可以映射到第一级折叠电路的输出波形上64。我们可以根据第一级折叠电路的输出信 号得到应该由粗子转换器提供的量化信息。然而，第一级折叠电路输出波形也是循环的， 出现在上升边和下降边上的映射点可以进行区分，但对于任何出现在不同上升边上Y轴位 置相同的映射点之间无法进行区分，同样的情况也发生在不同下降边上Y轴位置相同的映 射点。因此，我们可以根据预放大电路的输出65来区分不同的上升和下降边。这样，粗 子转换器的量化信息完全可以由预放大电路和折叠电路的部分输出提供。本发明提出的子转换器共享折叠内插模数转换器的预放大电路52和折叠电路53分别 对应于图1中折叠内插模数转换器的细子预放大电路130和折叠电路131，即用细子转换器 的部分电路输出得到了粗子转换器的量化结果，而没有任何额外的硬件开销。所有的量化 结果都是在同一个信号通路上产生的，因此该结构在节省功耗的同时，抑制了粗子细子转6换器之间的量化误差。
权利要求
1、一种子转换器共享的低功耗折叠内插模数转换器，其特征在于由跟踪保持电路(50)、参考电压电阻串(51)、预放大电路(52)、N级级联折叠电路(53)、内插电路(54)、比较器(55)和编码电路(56)连接而成；其中，模拟输入信号经过跟踪保持电路得到保持信号；保持信号与参考电压电阻串产生的参考电平作为预放大电路的输入信号，预放大电路的输出为保持信号与参考电平之间的差值放大信号；预放大电路的输出信号为第一级折叠电路的输入信号，其中一些输出信号直接成为比较器的输入信号；第一级折叠电路的输出信号为第二级折叠电路的输入信号，其中一些输出信号直接成为比较器的输入信号；依此类推，第N-1级折叠电路的输出信号为第N级折叠电路的输入信号，其中一些输出信号直接成为比较器的输入信号；第N级折叠电路的输出信号成为的内插电路的输入信号，内插电路的输出信号连接到比较器；比较器的输出信号经过编码电路的编码后，得到模数转换器的二进制输出码。
2、 根据权利要求l所述的折叠内插模数转换器，其特征在于所述N级级联折叠电 路，设其第一级折叠电路的折叠系数为F"共有N,个折叠放大器；第二级折叠电路的折叠系数为F2，共有N2个折叠放大器；依此类推，第N级折叠电路的折叠系数为Fw，共有 NN个折叠放大器；它们直接输出到比较器(55)的信号满足(1) 在第一级折叠电路(530)的输出中，每隔N2-1个输出取一个输出连接到比较器 (55)， 一共q,个输出信号直接成为比较器(55)的输入信号；(2) 在第二级折叠电路(531)的输出中，每隔Nrl个输出取一个输出连接到比较器 (55)， 一共q2个输出信号直接成为比较器(55)的输入信号；(3) 依此类推，在第N-1级折叠电路的输出中，每隔Nw-l个输出取一个输出连接到 比较器(55)， 一共q^个输出信号直接成为比较器(55)的输入信号；其中，N1=Fi+1N1+1， q,=F1+1， Bi《N —1。
3、 根据权利要求2所述的折叠内插模数转换器，其特征在于在所述预放大电路(52) 的输出中，每隔Nrl个取一个输出连接到比较器(55)， 一共p个输出信号直接成为比较 器(55)的输入信号；p = F"
全文摘要
本发明属于集成电路技术领域，具体为一种子转换器共享的低功耗折叠内插模数转换器。该模数转换器由跟踪保持电路、参考电压电阻串、预放大电路、N(N＞1)级级联的折叠电路、内插电路、比较器和编码电路构成。根据预放大电路和前N-1级折叠电路的部分输出可以获得原本由粗子转换器提供的量化信息，节省了粗子模拟预处理电路消耗的功耗。同时，所有的量化结果都是在同一个信号通路上产生，可以抑制粗子细子两个子转换器之间的量化误差。而且，本发明硬件开销省，电路功耗低。
文档编号H03M1/12GK101662285SQ20091019545
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者任俊彦, 俪 林, 王明硕, 焱 陆 申请人:复旦大学