专利名称：一种适用于流水线型模数转换器的数字后台校正方法
技术领域：
本发明涉及模数转换器领域，具体为一种适用于流水线型模数转换器的数字后台校正方法。
背景技术：
模数转换器是将模拟信号转换为数字信号的部件。模数转换器分为奈奎斯特速率模数转换器和过采样率模数转换器。奈奎斯特速率模数转换器又包括逐次逼近型模数转换器(successive approximation register, SAR ADC)、全并行快闪型模数转换器(flashADC)、流水线型模数转换器(pipelined ADC)等。在各种结构的模数转换器中，全并行快闪模数转换器的结构最简单，也是速度最快的，输入的模拟信号经过一串由电阻串分压作为阈值电压的比较器，就可以得到数字码。其模拟到数字的转换只要一个时钟周期，但是随着分辨率的增加，所需的比较器的数目按指数增加，增加了电路的成本和功耗，因此不适合应用于高分辨率的应用。过采样率模数转换器由于其转换原理，也限制了其有效工作的带 宽，同时也限制了其转换速度。所以，当模数转换器所需的工作带宽对于过采样模数转换器来说过高而不能有效工作，而且当所需的分辨率对于全并行快闪模数转换器来说过高以至于所需的比较器数目过于庞大而不现实的时候，流水线模数转换器就表现出了其独特的优势，它具有高速高分辨率的特点，是一个用最为广泛的模数转换器。图I是采用每级2.5比特的流水线型转换器的结构框图，其中整个模数转换器的分辨率为14比特。该模数转换器包含6级每级为2. 5比特的子转换电路、最后一级全并行快闪转换电路以及数字校正及时序对准电路。该模数转换器省去了传统的模数转换器中的采样保持电路，模拟信号直接输入第一级转换电路。第一级转换电路的单端结构如图2所示，其中子ADC用了 6个比较器，当O1为高电平的时候，采样电容C1，C2，C3，C4的左端与输入信号相接，右端接地，即电容对输入信号采样；在O1高电平结束的时候，电容所存储的电荷量对应当前输入的电压值，这个相位下的电路的等效电路如图3所示。当O2为高电平的时候，采样电容的左端与控制信号相接，其中控制信号则根据输入信号的大小，为+Vref或_VMf，右端与反馈电容Cf的左端相接，反馈电容的右端与余量运算放大器的输出相接，等效电路如图4所示。这一阶段称为信号的放大阶段，因为这时候余量运算放大器的输入输出通过反馈电容相接，而由于运算放大器输入端的虚短作用，采样电容中的电荷就会转移到反馈电容中不去。这时余量运算放大器工作在闭环状态，当只考虑余量运算放大器的一阶和三阶谐波失真的时候，其输出信号与输入信号的关系为V .=V- n、
out in I m 3 m(AJ其中a i为坦讲放大器的一阶谐波失真系数，也即线性失真系数；a 3为运算放大器的三阶谐波失真系数。因此，余量运算放大器的输出电压VKes除了由模拟输入、控制信号D⑴、采样电容Cl，C2，C3，C4和反馈电容Cf的比值、以及参考电压VMf共同决定外，还要由余量运算放大器的增益决定。这样，余量运算放大器的输出就可以由公式(2)表示。当采样电容与反馈电容匹配并且余量运算放大器的没有谐波失真时，输入与输出就是精确的4倍关系，如公式⑶。
权利要求
1.一种适用于流水线型模数转换器的数字后台校正方法，所述流水线型模数转换器由多级模数转换器构成，每级模数转换器中设置有采样电容和运算放大器，模拟信号依次通过多级模数转换器后输出，其特征在于模拟信号输入至第一级模数转换器时，首先选取第一级模数转换器中的多个采样电容，并向所选取的采样电容施加数字量已知的伪随机量，模拟信号、伪随机量经过第一级模数转换器后，再依次经过第一级模数转换器后的多级模数转换器转换后得到数字余量；再将数字余量减去第一级模数转换器中施加的伪随机量的数字量，得到剩余数字量；然后利用伪随机量的相关性，将第一级模数转换器中施加的伪随机量乘以剩余数字量，再作累加求和取平均运算，得到伪随机量所产生的偏差量，伪随机量所产生的偏差量反映第一级模数转换器中采样电容失配以及运算放大器谐波系数的信息；最后用伪随机量所产生的偏差量对所述数字余量进行校正，校正后的数字余量与第一级模数转换器输出的数字信号组合，作为校正后的流水线型模数转换器的输出值。
2.根据权利要求I所述的一种适用于流水线型模数转换器的数字后台校正方法，其特征在于对于第二级模数转换器，在采样阶段，对第一级模数转换器输出的模拟信号进行采样； 在放大阶段，选取第二级模数转换器中的多个采样电容，并向所选取的采样电容中施加与第一级模数转换器中伪随机量不相干的数字量已知的第二级伪随机量，第一级模数转换器输出的模拟信号、第二级伪随机量经过第二级模数转换器后，再依次经过第后续多级模数转换器转换后，得到第二级数字余量；再将第二级数字余量减去第二级伪随机量的数字量，得到第二级剩余数字量；然后利用伪随机量的相关性，将第二级伪随机量的数字量乘以第二级剩余数字量，再作累加求和取平均运算，得到第二级伪随机量所产生的偏差量，第二级伪随机量所产生的偏差量反映第二级模数转换器中采样电容失配及运算放大器谐波系数的信息；最后用第二级伪随机量所产生的偏差量对所述第二级剩余数字量进行校正，校正后的第二级剩余数字量与第二级模数转换器输出的数字信号组合，作为校正后的第一级数字余量。
全文摘要
本发明公开了一种适用于流水线型模数转换器的数字后台校正方法，通过加入伪随机量，能得到采样电容失配和运算放大器谐波系数的信息，进而可实现对流水线型模数转换器总输出的校正。本发明方法具有收敛时间短，误差估计精度高的优点，大大提高了模数转换器的性能。
文档编号H03M1/10GK102723949SQ201210205480
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者吴楚彬, 张章, 於昌虎, 杨依忠, 解光军 申请人:合肥工业大学