专利名称：开关电容型比较器的失调校正电路和方法
技术领域：
本发明涉及开关电容型比较器领域，尤其涉及一种开关电容型比较器的失调校正电路和方法。
背景技术：
开关电容型比较器采用开关电容结构对输入信号进行采样，利用预放大器(preamp)及锁存器(latch)得到比较结果。如图1A所示，为现有技术中开关电容型比较器的电路示意图，如图1B所示,为现有技术中施加在图1A所示电路示意图上的时钟信号的波形示意图，参见图1A和图1B，该开关电容型比较器包括开关电容模块11、预放大器12和锁存器13，当时钟信号CD1和Civ为高电平时，开关电容模块11对差分输入信号(Vip、Vin)和差分参考信号Vm)同时采样，当时钟信号Φ113为高电平时，开关电容模块11计算出(Vip-Vin)- (Vrp-Vrn)的电压值，送入预放大器12，在时钟信号Φ2的上升沿，锁存器13得到比较结果，输出数字信号Dout。对于比较器，如果存在比较器失调，会使得比较器出现判决错误，因此对比较器失调要求比较高的电路通常采用失调校正技术以降低失调。如图2A所示，为现有技术中比较器失调校正电路的电路示意图，在比较器21的差分输入端V1^PVn之间连接短路开关SshOTt，在校正模式下，短路开关Sstort在时钟信号ΦΜ 的控制下，将比较器21的输入端短路，此时比较器21在失调电压作用下输出数字信号“I”或“-1”。然后，均值模块22将比较器21输出的数字信号Dout求平均数。补偿模块23根据该平均数，生成补偿值，将该补偿值发送给比较器21，对比较器21的失调电压进行补偿。具体地，如果平均数大于0，则补偿模块23判断开比较器21的失调电压为正值，生成负的补偿值，如果平均数小于0，则补偿模块23判断比较器21的失调电压为负值，生成正的补偿值。如图2B所示，为现有技术中图2A所示比较器失调校正电路中比较器输出的数字信号以及比较器的失调电压的波形示意图，该失调校正电路采用“一次一小步”的策略，不断迭 代，直到对比较器失调电压补偿完毕，比较器输出的数字信号由噪声主导，变为数字信号“ I ”和“-1 ”间隔为止。如图3A所示，为现有技术中采用图2A采用的比较器失调校正技术对图1A所示开关电容型比较器进行校正的电路示意图,如图3B所示,为现有技术中施加在图3A所示电路示意图上的时钟信号的波形示意图，参见图3A和图3B，将短路开关Sstort连接在预放大器
12的差分输入端之间，当开关电容型比较器进行失调校正时，时钟信号Ocali为高电平，控制短路开关Sstort导通，将预放大器12的差分输入端短路。发明人研究发现，图3A所示电路示意图存在如下缺陷:预放大器12的输入端对电路非理想性比较敏感，此处增加短路开关SshOTt会增加预放大器12的输入端寄生电容Cp，增加输入信号在此处的衰减，另外在版图上容易引入预放大器12的输入端的不对称性，增大比较器失调。
发明内容
本发明提供一种开关电容型比较器的失调校正电路和方法，用以实现对开关电容型比较器进行校正，同时避免短路开关在预放大器输入端产生寄生电容，减小输入信号在此处的衰减，也避免在版图上引入预放大器输入端的不对称性。本发明提供一种开关电容型比较器的失调校正电路，其中:所述开关电容型比较器的差分输入电路包括:第一开关电容，用于接收参考电压信号；第二开关电容，用于接收正输入电压信号；第三开关电容，用于接收负输入电压信号；第四开关电容，用于接收正负参考电压信号；所述失调校正电路包括:均值模块，输入端与所述开关电容型比较器的输出端连接；补偿模块，输入端与所述均值模块的输出端连接，输出端与所述开关电容型比较器连接；所述失调校正电路还包括:第一短路开关，一端连接在所述第一开关电容的开关和电容之间，另一端连接在所述第二开关电容的开关和电容之间；第二短路开关，一端连接在所述第三开关电容的开关和电容之间，另一端连接在所述第四开关电容的开关和电容之间。本发明还提供一种开关电容型比较器的失调校正方法，其中:所述开关电容型比较器的差分输入电路包括:第一开关电容，用于接收负参考电压信号；第二开关电容，用于接收正输入电压信号；第三开关电容，用于接收负输入电压信号；第四开关电容，用于接收正参考电压信号；所述失调校正方法包括:计算所述开关电容型比较器输出的数字信号的平均数；根据所述平均数，生成对所述开关电容型比较器的失调电压的补偿值，将所述补偿值发送给所述开关电容型比较器；所述失调校正方法还包括:提供第一短路开关和第二短路开关，其中，所述第一短路开关的一端连接在所述第一开关电容的开关和电容之间，所述第一短路开关的另一端连接在所述第二开关电容的开关和电容之间，所述第二短路开关的一端连接在所述第三开关电容的开关和电容之间，所述第二短路开关的另一端连接在所述第四开关电容的开关和电容之间。在本实施例中，第一短路开关和第二短路开关放在开关电容电路的前端，避免了在预放大器的输入端产生寄生电容，减小了输入信号在此处的衰减，也避免在版图上引入预放大器输入端的不对称性。
图1A为现有技术中开关电容型比较器的电路示意图；图1B为现有技术中施加在图1A所示电路示意图上的时钟信号的波形示意图2A为现有技术中比较器失调校正电路的电路示意图；图2B所示，为现有技术中图2A所示比较器失调校正电路中比较器输出的数字信号以及比较器的失调电压的波形示意图；图3A为现有技术中采用图2A采用的比较器失调校正技术对图1A所示开关电容型比较器进行校正的电路示意图；图3B为现有技术中施加在图3A所示电路示意图上的时钟信号的波形示意图；图4A为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第一实施例的结构示意图；图4B为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第一实施例中施加在图4A所示电路示意图上的时钟信号的波形示意图；图4C为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第一实施例中图4A所示电容失调校正电路的工作流程示意图；图5为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第二实施例的结构示意图；图6为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第三实施例的结构示意图；图7为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第四实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。如图4A所示， 为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第一实施例的结构示意图，其中，开关电容型比较器的结构与图1所示开关电容型比较器的结构相同，其中，开关电容型比较器具有差分输入电路，该差分输入电路包括第一开关电容、第二开关电容、第三电容开关和第四开关电容，其中，第一开关电容包括开关S1和电容C1，第二开关电容包括开关S2和电容C2、第三开关电容包括开关S3和电容C3，第四开关电容包括开关S4和电容C4,第一开关电容用于接收负参考电压信号Vm ;第二开关电容用于接收正输入电压信号Vip ;第三开关电容用于接收负输入电压信号Vin ;第四开关电容用于接收正参考电压信号V。。失调校正电路可以包括均值模块22、补偿模块23、第一短路开关SshOTtl和第二短路开*SshOTt2。其中，第一短路开关Sshtjrtl的一端连接在第一开关电容的开关S1和电容C1之间，另一端连接在第二开关电容的开关S2和电容C2之间；第二短路开关Sstort2的一端连接在第三开关电容的开关S3和电容C3之间，另一端连接在第四开关电容的开关S4和电容C4之间；均值模块22的输入端与开关电容型比较器的输出端连接；补偿模块23的输入端与均值模块22的输出端连接，输出端与开关电容型比较器21连接，具体地，补偿模块23的输出端与开关电容型比较器21的锁存器13连接。如图4B所示，为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第一实施例中施加在图4A所示电路示意图上的时钟信号的波形示意图，如图4C所示，为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第一实施例中图4A所示电容失调校正电路的工作流程示意图，参见图4B和图4C，本实施例的工作流程可以包括如下步骤:步骤41、提供第一短路开关Sstortl和第二短路开关Ssht5rt2 ；当开关电容型比较器处于校正模式时，时钟信号ΦΜ 为高电平，第一开关电容的开关S1、第二开关电容的开关S2、第三开关电容的开关S3和第四开关电容的开关S4在时钟信号O1.φ—的控制下断开，第一短路开关Sstortl和第二短路开关Sstort2在时钟信号Φ』的控制下闭合，从而将负输入电压信号Vin与负参考电压信号Vm短路,将正输入电压信号Vip与正参考电压信号Vnj短路，这样，比较器的输入端短路；步骤42、均值模块22计算开关电容型比较器输出的数字信号的平均数；当时钟信号CD1和Φ1ε为高电平时，开关电容模块11采样到零电压值，送入预放大器12，在时钟信号巾2的上升沿，锁存器13得到比较结果，输出数字信号Drat，然后均值模块22将开关电容型比较器输出的数字信号Drat求平均数；步骤43、补偿模块23根据该平均数，生成对开关电容型比较器的失调电压的补偿值，将该补偿值发送给开关电容型比较器；具体地，补偿模块23将该补偿值发送给开关电容型比较器的锁存器13，以对开关电容型比较器的失调电压进行补偿。参见图4Β，时钟信号ΦΜ 的高电平持续时间T可以为预定时间长度，这样的话，第一短路开关Sshtjrtl和第二短路开关Ssht5r t2的闭合时间长度为预定时间长度。该预定时间长度可以根据开关电容型比较器的最大失调电压和补偿模块23生成的补偿值计算得到，例如:假设补偿模块23在补偿时提供的补偿值是等步长的，则该预定时间长度大于或等于最大失调电压与补偿步长的比值。或者，补偿模块23根据平均数，生成补偿结束指令，该补偿结束指令表示失调校正结束，第一短路开关Sstortl和第二短路开关SshOTt2根据该补偿结束指令断开。在本实施例中，第一短路开关Sstortl和第二短路开关Ssht5rt2放在开关电容型比较器的前端，避免了在预放大器12的输入端产生寄生电容，减小了输入信号在此处的衰减，也避免在版图上引入预放大器12输入端的不对称性。如图5所示，为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第二实施例的结构示意图，与图4A所示结构示意图的不同之处在于，开关电容型比较器41的开关电容模块11中不包括连接在第一开关电容和第四开关电容之间的短路开关、以及连接在第二开关电容和第三开关电容之间的短路开关。如图6所示，为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第三实施例的结构示意图，与图4A所示结构示意图的不同之处在于，开关电容型比较器41的开关电容模块11中不包括连接在第一电容开关的开关S1和电容C1之间的接地开关、连接在第二电容开关的开关S2和电容C2之间的接地开关、连接在第三电容开关的开关S3和电容C3之间的接地开关、连接在第四电容开关S4的开关S4和电容C4之间的接地开关。如图7所示，为本发明开关电容型比较器的失调校正电路第四实施例的结构示意图，与图4A所示结构示意图的不同之处在于，开关电容型比较器不包括预放大器12和连接在预放大器12的输出端的接地电容。需要说明的是，本失调校正方案可以用于任何具有差分输入电路的开关电容型比较器，并不限于图4A、图5-图7所示的开关电容型比较器。最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种开关电容型比较器的失调校正电路，其中: 所述开关电容型比较器的差分输入电路包括: 第一开关电容，用于接收参考电压信号； 第二开关电容，用于接收正输入电压信号； 第三开关电容，用于接收负输入电压信号； 第四开关电容，用于接收正负参考电压信号； 所述失调校正电路包括: 均值模块，输入端与所述开关电容型比较器的输出端连接； 补偿模块，输入端与所述均值模块的输出端连接，输出端与所述开关电容型比较器连接； 其特征在于，所述失调校正电路还包括: 第一短路开关，一端连接在所述第一开关电容的开关和电容之间，另一端连接在所述第二开关电容的开关和电容之间； 第二短路开关，一端连接在所述第三开关电容的开关和电容之间，另一端连接在所述第四开关电容的开关和电容之间。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述开关电容型比较器处于校正模式时，所述第一开关电容的开关、 所述第二开关电容的开关、所述第三开关电容的开关和所述第四开关电容的开关断开，所述第一短路开关和所述第二短路开关闭合。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一短路开关和所述第二短路开关的闭合时间长度为预定时间长度。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述补偿模块还用于根据所述均值模块输出的平均数，生成补偿结束指令； 所述第一短路开关和所述第二短路开关根据所述补偿结束指令断开。
5.一种开关电容型比较器的失调校正方法，其中: 所述开关电容型比较器的差分输入电路包括: 第一开关电容，用于接收负参考电压信号； 第二开关电容，用于接收正输入电压信号； 第三开关电容，用于接收负输入电压信号； 第四开关电容，用于接收正参考电压信号；所述失调校正方法包括: 计算所述开关电容型比较器输出的数字信号的平均数； 根据所述平均数，生成对所述开关电容型比较器的失调电压的补偿值，将所述补偿值发送给所述开关电容型比较器； 其特征在于，所述失调校正方法还包括: 提供第一短路开关和第二短路开关，其中，所述第一短路开关的一端连接在所述第一开关电容的开关和电容之间，所述第一短路开关的另一端连接在所述第二开关电容的开关和电容之间，所述第二短路开关的一端连接在所述第三开关电容的开关和电容之间，所述第二短路开关的另一端连接在所述第四开关电容的开关和电容之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述开关电容型比较器处于校正模式时，所述第一开关电容的开关、所述第二开关电容的开关、所述第三开关电容的开关和所述第四开关电容的开关断开，所述第一短路开关和所述第二短路开关闭合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一短路开关和所述第二短路开关的闭合时间长度为预定时间长度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 根据所述平均数，生成补偿结束指令； 所述第一短路开关和所述第 二短路开关根据所述补偿结束指令断开。
全文摘要
本发明涉及一种开关电容型比较器的失调校正电路和方法。开关电容型比较器的差分输入电路包括第一开关电容；第二开关电容；第三开关电容；第四开关电容；失调校正电路包括均值模块，输入端与开关电容型比较器的输出端连接；补偿模块，输入端与均值模块的输出端连接，输出端与开关电容型比较器连接；第一短路开关，一端连接在第一开关电容的开关和电容之间，另一端连接在第二开关电容的开关和电容之间；第二短路开关，一端连接在第三开关电容的开关和电容之间，另一端连接在第四开关电容的开关和电容之间。本发明可以对开关电容型比较器进行校正，同时避免短路开关在预放大器输入端产生寄生电容，也避免在版图上引入预放大器输入端的不对称性。
文档编号H03M1/10GK103152044SQ20131011111
公开日2013年6月12日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者殷秀梅, 张弛 申请人:北京昆腾微电子有限公司