专利名称：管线式模拟数字转换器的校准装置及其方法
技术领域：
本发明是关于管线式模拟数字转换器(pipelined analog-to-digitalconverter)，并且特别是关于管线式模拟数字转换器的校准。
背景技术：
高速模拟数字转换器(analog-to-digital conve rter， ADC)广泛地用于有线以 及无线数据通讯、光驱(diskdrive)、仪器(instrumentation)以及成像等。这些应用存在 许多可用以实现高速模拟数字转换器的架构。众所周知模拟数字转换器的管线式架构使用 的电力要小于其它模拟数字转换器架构，但要以转换等待(conversion latency)为代价。 在管线式模拟数字转换器(pipelined ADC)中，可通过适当地选择划分(scaling down)管 线式模拟数字转换器的每一级电容(stage capacitor)的位来对功耗进行优化。同样，可使 用交换电容(switched c即acitor)技术以CMOS技术成功地实现管线式模拟数字转换器， 其中交换电容技术使得管线式模拟数字转换器容易集成(integrate)。
图1显示了已知管线式模拟数字转换器的方块图。管线式模拟数字转换器100包 括k个低分辨率(low-resolution)的级(stage)(或称之为子模拟数字转换器)110、同步 级输出的延迟元件120以及数字校正130。每一级110的分辨率为Bi+ri位，其中Bi代表 有效级分辨率，而ri表示比较器偏移校正算法的冗余。每一级IIO数字化前一级110的剩 余，因此第一级110的数字输出Bl包含最高有效位(most significant bit)，而最后一级 110的输出Bk包含最低有效位(least significant bit)。多个级110同时操作；S卩，在
任何时候，第一级iio对最新的样本进行操作，而所有其它级IIO对先前样本的剩余进行操作。 传统上，为了给高速取样率提供稳定的DC输入，包括管线式模拟数字转换器在内 的大部分转换器都使用专用的前端取样及保持放大器(sample andhold amplifier, SHA) 电路。然而，如果移除专用的前端取样及保持放大器电路，不同级iio所取样的输入电压将 不同，这禾中差异称为孑L径误差(aperture error)。
发明内容
本发明提供一种校准装置及其方法。校准装置及其方法适用于管线式模拟数字转 换器(ADC)的子模拟数字转换器。 根据本发明的一范例提供一种校准装置，且此校准装置适用于管线式模拟数字转 换器的子模拟数字转换器。此校准装置包括比较单元、计数单元、存储器以及补偿电路。子 模拟数字转换器的剩余电压与第一电压和第二电压进行比较以产生比较结果。通过计数单 元根据比较结果对剩余电压在第i个周期内超出第一电压和第二电压所定义的界限的次 数进行计数。通过补偿电路基于剩余电压在第i个周期内超出界限的次数以及剩余电压在 第(i-1)个周期内超出界限的次数将子模拟数字转换器的时钟(clock)调节到一方向。
另根据本发明的一范例提供一种校准方法，此校准方法适用于管线式模拟数字转换器的子模拟数字转换器。首先，将子模拟数字转换器的剩余电压与第一电压和第二电压 进行比较以产生比较信号。根据比较结果对剩余电压在第i个周期内超出第一电压和第二 电压所定义的界限的次数进行计数。基于剩余电压在第i个周期内超出界限的次数以及剩 余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数将子模拟数字转换器的时钟调节到一方向。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式 作详细说明如下。
换器的示
方块图，
图1显示了已知管线式模拟数字转换器的方块图。
图2A显示了根据本发明实施例的管线式模拟数字转换器的校准装置的示意图。 图2B显示了根据本发明实施例的图2A的管线式模拟数字转换器的子模拟数字转
图3显示了根据本发明实施例的校准装置的示意图。
图4A显示了根据本发明实施例的图3的校准装置的补偿单元的方块图。
图4B显示了根据本发明实施例的图3的校准装置的计数单元的方块图。
图4C显示了根据本发明实施例的图3的校准装置的补偿单元的方块图。
图4D显示了根据本发明实施例的图3的具有图4A、图4B以及图4C的校准装置的
图5显示了根据本发明实施例的校准方法的流程图。 图6显示了根据本发明实施例的图5的校准方法的步骤ST3的流程图。 [主要元件标号说明] 100 :管线式模拟数字转换器 各级子模拟数字转换器 延迟元件 数字校正
管线式模拟数字转换器 延迟元件 数字校正
子模拟数字转换器 取样及保持放大器电路 模拟数字转换器 数字模拟转换器 求和器 放大器
110 120 130 200 210 220 300 310 320 330 340 350 400
410
411
412 420
:比较单元 :第一比较器 :第二比较器 :计数单元
421 :第一计数器
422 :第二计数器
430 :存储器
440:补偿电路
441 :第三比较器
442:控制电路
443:调节电路
ST1 ST3 :步骤
ST31 ST33 :步骤
Vin:输入电压
Bl+rl :分辨率
B2+r2 :分辨率
Bk+rk :分辨率
Sl :第一信号
S2 :第二信号
S3 :比较信号
S4 :符号信号
S5 :步长信号
Rl :比较结果 VSHA :取样及保持放大器电路的输出电压
Vres :子模拟数字转换器的剩余电压 Vsub-ADC :子模拟数字转换器的数字模拟转换器的输出电压
具体实施例方式
现在详细参照本发明的实施例，其实施例绘示于附图中。如果可能，在附图和描述 中，相同的参考标记用于表示相同或相似的部件。 图2A显示了根据本发明实施例的管线式模拟数字转换器(ADC)的校准装置的示 意图。管线式模拟数字转换器200包括多个子模拟数字转换器300、延迟元件210以及数字 校正220。每一子模拟数字转换器300将一部分输入电压Vin转换为数字输出的一部分。校 准装置400耦接至第一子模拟数字转换器，以调节子模拟数字转换器的时钟。然而，校准装 置400耦接至哪个子模拟数字转换器并不能限制本发明。图2B显示了根据本发明实施例的 子模拟数字转换器300的示意图。子模拟数字转换器300包括取样及保持放大器(SHA)电 路310、模拟数字转换器(ADC)320、数字模拟转换器(DAC)330、求和器340以及放大器350。 VKES是子模拟数字转换器300的剩余电压(residue voltage)。剩余电压VKES是由子模拟数 字转换器300的孔径误差形成的。子模拟数字转换器300的孔径误差的公式表示如下
"是子模拟数字转换器300的输入频率。V^是子模拟数字转换器300的取样及保 持放大器电路310的输出电压。Vsub—舰是子模拟数字转换器300的数字模拟转换器330的输 出电压。t^表示经取样及保持放大器电路310的路径的取样时间(sampling instance), 而tsub—ADC表示经模拟数字转换器320与数字模拟转换器330的路径的取样时间。A t表示 tSHA~tsub—皿之间的差值。孔径误差随着子模拟数字转换器300的输入频率"的增加而增 加。并且子模拟数字转换器300的剩余电压VKES的公式表示如下
VKES = G* (VSHA_(Vsub—
=G* (Vsm-Vsub—ADC)-G￡q
— G Vaperture—error+VRES—ideal (2) e q是子模拟数字转换器300的噪声(noise) ， G是放大器350的增益(gain)，而 VKES—ideal是子模拟数字转换器300的理想剩余电压VKES。当两个路径的取样时间相同时，子 模拟数字转换器300的剩余电压VKES不应超过± (1/2)Vref，其中Vref是根据子模拟数字转 换器300的理想剩余电压V^」一的参考电压。但当考虑到路径偏移(path offset)以及 子模拟数字转换器300的噪声时，子模拟数字转换器300的剩余电压VKES可能超过± (1/2) Vref。因此，剩余电压VKES的上限与下限设置于(l/2)VMft至VMf以及_(l/2)Vref至-Vref之 间。 图3显示了根据本发明实施例的校准装置400的示意图。校准装置400适用于管 线式模拟数字转换器200(图3中未图标)的子模拟数字转换器300。校准装置400包括比 较单元410、计数单元420、存储器430以及补偿电路440。第一子模拟数字转换器300的 剩余电压VKES是由比较单元410进行取样，并且随后比较单元410将第一子模拟数字转换 器300的剩余电压VKES与第一电压VI和第二电压V2进行比较，以产生比较结果Rl。第一 电压V1是正极性剩余电压V目的上限，而第二电压是负极性剩余电压V目的下限。因此，第 一电压V1与第二电压V2的振幅相同但极性不同。 计数单元420根据比较结果Rl对剩余电压VKES在第i个周期内超出由第一电压 VI与第二电压V2所定义的界限的次数N1进行计数，即，如果比较结果Rl指示第一个子模 拟数字转换器300的剩余电压VKES超出界限，而计数单元420将剩余电压VKES超出界限的 次数Nl加一。也就是说，当第一个子模拟数字转换器300的剩余电压VKES高于第一电压VI 时，计数单元420根据比较结果Rl将剩余电压VKES超出界限的次数Nl加一。当第一个子模 拟数字转换器300的剩余电压VKES低于第二电压V2时，计数单元420根据比较结果Rl将 剩余电压V^超出界限的次数N1加一。存储器430储存剩余电压V^在第(i-l)个周期内 超出界限的次数N1。 补偿电路440基于剩余电压V目在第i个周期内超出界限的次数Nl以及剩余电压 V目在第(i-l)个周期内超出界限的次数N1来调节子模拟数字转换器300的时钟。调节子 模拟数字转换器300的时钟是指对子模拟数字转换器300的时钟进行向前或向后移位。例 如，将模拟数字转换器300的取样保持时钟的相位向前调整或向后调整。因此，当剩余电压 V目在第i个周期内超出界限的次数Nl大于剩余电压V^在第(i-l)个周期内超出界限的 次数N1时，通过补偿电路440以两倍的单位步长(unit st印)将子模拟数字转换器300的 时钟移位到相反方向。例如，将模拟数字转换器300的取样保持时钟的相位向后调整。当 剩余电压V目在第i个周期内超出界限的次数Nl小于剩余电压V目在第(i-l)个周期内超出界限的次数N1时，通过补偿电路440以单位步长(unit st印)将子模拟数字转换器300 的时钟移位到初始方向。例如，将模拟数字转换器300的取样保持时钟的相位向前调整。当 剩余电压V目在第i个周期内超出界限的次数Nl等于剩余电压V目在第(i-1)个周期内超 出界限的次数N1时，通过补偿电路440以单位步长将子模拟数字转换器300的时钟移位到 交替方向。例如，以单位步长「向前_向后_向前_向后」交替的方式调整模拟数字转换器 300的取样保持时钟的相位。 然而，步长的调节方法并不能限制本发明。举例来说，当剩余电压V^在第i个周 期内超出界限的次数Nl大于剩余电压VKES在第(i-l)个周期内超出界限的次数Nl时，可 通过补偿电路440以单位步长将子模拟数字转换器300的时钟移位到相反方向。当剩余电 压V目在第i个周期内超出界限的次数Nl小于剩余电压V^在第(i-l)个周期内超出界限 的次数N1时，可通过补偿电路440以两倍的单位步长将子模拟数字转换器300的时钟移位 到初始方向。当剩余电压VKES在第i个周期内超出界限的次数Nl等于剩余电压VKES在第 (i-l)个周期内超出界限的次数N1时，可通过补偿电路440保持子模拟数字转换器300的 时钟。 进一步，当在第i个周期中由比较单元410进行比较的次数N2等于周期数N 3时， 剩余电压VKES超出界限的次数Nl储存在存储器430中，并且然后通过计数单元420将剩余 电压V目超出界限的次数N1以及比较单元410进行比较的次数N2进行归零(zeroed)。周 期数N 3是计数单元420在第i个周期中能够计数的最大数。此外，校准装置400的第i 个周期与子模拟数字转换器300的取样及保持放大器电路310的时钟有关。
图4A显示了根据本发明实施例的比较单元410的方块图。比较单元410包括第 一比较器411和第二比较器412。第一比较器411将第一个子模拟数字转换器300的剩余 电压VKES与第一电压VI进行比较，以产生第一信号Sl ;而第二比较器412则将第一个子模 拟数字转换器300的剩余电压VKES与第二电压V2进行比较，以产生第二信号S2。其中第一 信号S1与第二信号S2包含于比较结果R1内。 图4B显示了根据本发明实施例的计数单元420的方块图。计数单元420包括第 一计数器421和第二计数器422。第一计数器421对比较单元410在第i个周期内所比较 的次数N2进行计数，而第二计数器422则对剩余电压VKES在第i个周期内超出界限的次数 Nl进行计数。 图4C显示了根据本发明实施例的补偿电路440的方块图。补偿电路440包括第三 比较器441、控制电路442以及调节电路443。第三比较器441对来自计数单元420的剩余 电压V^在第i个周期内超出界限的次数N1与来自存储器430的剩余电压V目在第(i-l) 个周期内超出界限的次数Nl进行比较，以产生比较信号S3。比较信号S2代表第三比较器 441的比较结果(comparisonoutcome)。通过控制电路442根据比较信号S3产生符号信号 (sign signal) S4以及步长信号(st印signal)S5。符号信号S4代表子模拟数字转换器 300的时钟的移位方向，而步长信号S5则代表子模拟数字转换器300的时钟沿由符号信号 S4所决定的移位方向移位多少步长。通过调节电路443根据符号信号S4和步长信号S5来 调节子模拟数字转换器300的时钟。 比较信号S3还包括第一比较信号S31、第二比较信号S32以及第三比较信号S33。 第一比较信号S31代表剩余电压VKES在第i个周期内超出界限的次数Nl大于剩余电压VKES在第(i-1)个周期内超出界限的次数N1。第二比较信号S32代表剩余电压V^在第i个周 期内超出界限的次数N1小于剩余电压V^在第(i-1)个周期内超出界限的次数N1。第三 比较信号S33代表剩余电压VKES在第i个周期内超出界限的次数Nl等于剩余电压VKES在第 (i-1)个周期内超出界限的次数Nl。 图4D显示了根据本发明实施例具有图4A、图4B以及图4C的校准装置400的方 块图。参照图4D，当剩余电压VKES在第i个周期内超出界限的次数Nl大于剩余电压VKES在 第(i-1)个周期内超出界限的次数N1时，根据比较信号S3的第一比较信号S31，符号信号 S4改变其自身的极性，且步长信号S5设置为两个步长，并且随后调节电路443以两倍的单 位步长将子模拟数字转换器300的时钟调节到相反方向。当剩余电压VKES在第i个周期内 超出界限的次数N1小于剩余电压V^在第(i-1)个周期内超出界限的次数N1时，根据比 较信号S3的第二比较信号S32，符号信号S4保持其自身的极性，且步长信号S5设置为一个 步长，并且随后调节电路443以单位步长将子模拟数字转换器300的时钟调节至初始方向。 当剩余电压V目在第i个周期内超出界限的次数Nl等于剩余电压V目在第(i-l)个周期内 超出界限的次数Nl时，根据比较信号S3的第三比较信号S33，符号信号S4交替变化其自身 的极性，且步长信号S5设置为一个步长，并且随后调节电路443以单位步长将子模拟数字 转换器300的时钟调节到交替方向。 步长的调节方法并不限定本发明。举例来说，当剩余电压V目在第i个周期内超出 界限的次数N1大于剩余电压V目在第(i-l)个周期内超出界限的次数N1时，根据比较信号 S3的第一比较信号S31，符号信号S4改变其自身的极性，且步长信号S5设置为一个步长， 并且随后调节电路443以单位步长将子模拟数字转换器300的时钟调节到相反方向。当剩 余电压V目在第i个周期内超出界限的次数Nl小于剩余电压V目在第(i-l)个周期内超出 界限的次数N1时，根据比较信号S3的第二比较信号S32，符号信号S4保持其自身的极性， 且步长信号S5设置为两个步长，并且随后调节电路443以两倍单位步长将子模拟数字转换 器300的时钟调节至初始方向。当剩余电压V^在第i个周期内超出界限的次数N1等于剩 余电压V目在第(i-l)个周期内超出界限的次数N1时，根据比较信号S3的第三比较信号 S33，符号信号S4保持其自身的极性，且步长信号S5设置为零步长，并且随后调节电路443 保持子模拟数字转换器300的时钟。此外，上述的校准装置400以背景校准(background calibration)方式调节子模拟数字转换器300的时钟。 因此，校准装置400用于调节调节子模拟数字转换器300的时钟，以减少由于取样 时钟脉冲相位差(sampling clock skew)以及信号路径带宽失配(bandwidth mismatch) 而导致的取样失配误差(sampling mismatch error)。并且通过校准装置400，管线式模拟 数字转换器200的工作不需要子模拟数字转换器300前端的多个附加取样及保持放大器电 路。此外，校准装置400以背景校准方式工作。 图5显示了根据本发明实施例的校准方法的流程图。校准方法适用于管线式模拟
数字转换器的子模拟数字转换器，且校准方法包括步骤ST1至ST3。步骤ST1指示将子模拟
数字转换器的剩余电压与第一电压以及第二电压进行比较，以产生比较结果。子模拟数字
转换器的剩余电压将在最后的实施例中进行解释，且与最后的实施例相同。 步骤ST2指示根据比较结果对剩余电压在第i个周期中超出由第一电压和第二电
压定义的界限的次数进行计数，即，与最后的实施例一样，如果比较结果指示子模拟数字转换器的剩余电压超出由第一电压和第二电压定义的界限，则将剩余电压超出界限的次数增 加一。因此，比较结果包括第一信号和第二信号。当子模拟数字转换器的剩余电压高于第 一电压时，第一信号将剩余电压超出界限的次数增加一。当子模拟数字转换器的剩余电压 低于第二电压时，第二信号将剩余电压超出界限的次数增加一。 与最后的实施例一样，步骤ST3指示基于剩余电压在第i个周期内超出界限的次 数以及剩余电压在第(i-l)个周期内超出界限的次数将子模拟数字转换器的时钟调节到 一方向。因此，当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数大于剩余电压在第(i-l)个周期 内超出界限的次数时，以两倍的单位步长将子模拟数字转换器的时钟移位到相反方向。当 剩余电压在第i个周期内超出界限的次数小于剩余电压在第(i-l)个周期内超出界限的次 数时，以单位步长将子模拟数字转换器的时钟移位到初始方向。当剩余电压在第i个周期 内超出界限的次数等于剩余电压在第(i-l)个周期内超出界限的次数时，以单位步长将子 模拟数字转换器的时钟移位至交替方向。 步长的调节方法并不限定本发明。举例来说，当剩余电压在第i个周期内超出界 限的次数大于剩余电压在第(i-l)个周期内超出界限的次数时，以单位步长将子模拟数字 转换器的时钟移位到相反方向。当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数小于剩余电压 在第(i-l)个周期内超出界限的次数时，以两倍的单位步长将子模拟数字转换器的时钟移 位到初始方向。当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数等于剩余电压在第(i-l)个周 期内超出界限的次数时，保持子模拟数字转换器的时钟。 随着在第i个周期内所比较的剩余电压的次数等于周期数，将所比较的剩余电压 的次数以及剩余电压超出界限的次数归零。周期数是在第i个周期内能够计数的最大数。 进一步，校准方法的第i个周期与子模拟数字转换器的取样及保持放大器电路的时钟相 关。 图6显示了根据本发明实施例的步骤ST3的子流程图。步骤ST3包括步骤ST31至 ST33。步骤ST31指示将剩余电压在第i个周期内超出界限的次数与剩余电压在第(i-l) 个周期内超出界限的次数进行比较，以产生比较信号。比较信号代表比较结果。步骤ST32 指示根据比较信号产生符号信号和步长信号。与最后的实施例一样，符号信号代表子模拟 数字转换器的时钟的移位方向，而步长信号代表沿由符号信号决定的移位方向将子模拟数 字转换器的时钟移位多少步长。步骤ST33指示根据符号信号以及步长信号将子模拟数字 转换器的时钟调节到移位方向。 比较信号还包括第一 比较信号、第二比较信号以及第三比较信号。第一 比较信号 代表剩余电压在第i个周期内超出界限的次数大于剩余电压在第(i-l)个周期内超出界限 的次数。第二比较信号代表剩余电压在第i个周期内超出界限的次数小于剩余电压在第 (i-l)个周期内超出界限的次数。第三比较信号代表剩余电压在第i个周期内超出界限的 次数等于剩余电压在第(i-l)个周期内超出界限的次数。 因此，当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数大于剩余电压在第(i-l)个周 期内超出界限的次数时，根据比较信号的第一比较信号，符号信号改变其自身的极性，且步 长信号设置为两个步长，并且随后以两倍的单位步长将子模拟数字转换器的时钟调节到相 反方向。当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数小于剩余电压在第(i-l)个周期内超 出界限的次数时，根据比较信号的第二比较信号，符号信号保持其自身的极性，且步长信号
12设置为一个步长，并且随后以单位步长将子模拟数字转换器的时钟调节到初始方向。当剩 余电压在第i个周期内超出界限的次数等于剩余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数 时，根据比较信号的第三比较信号，符号信号交替变化其自身的极性，且步长信号设置为一 个步长，并且随后以单位步长将子模拟数字转换器的时钟调节至交替方向。
步长的调节方法并不限定本发明。举例来说，当剩余电压在第i个周期内超出界 限的次数大于剩余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数时，根据比较信号的第一比较 信号，符号信号改变其自身的极性，且步长信号设置为一个步长，并且随后以单位步长将子 模拟数字转换器的时钟调节至相反方向。当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数小 于剩余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数时，根据比较信号的第二比较信号，符号 信号保持其自身的极性，且步长信号设置为两个步长，并且随后以两倍的单位步长将子模 拟数字转换器的时钟调节到初始方向。当剩余电压在第i个周期内超出界限的次数等于剩 余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数时，根据比较信号的第三比较信号，符号信号 保持其自身的极性，而步长信号设置为零步长，并且随后保持子模拟数字转换器的时钟。此 外，上述的校准方法以背景校准方式调节子模拟数字转换器的时钟。 因此，此校准方法用于调节调节子模拟数字转换器的时钟，以降低由于取样时钟 脉冲相位差以及信号路径带宽失配而导致的取样失配误差。并且通过此校准方法，管线式 模拟数字转换器的工作不需要子模拟数字转换器前端的多个附加取样及保持放大器电路。 此外，校准方法以背景校准方式工作。 简言之，此校准装置与校准方法在不需要每一子模拟数字转换器前端的多个附加 取样及保持放大器电路的情况下就能调节子模拟数字转换器的时钟。进一步，此校准装置 与校准方法对子模拟数字转换器以背景校准方式工作。 虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明 的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
一种校准装置，适于管线式模拟数字转换器的子模拟数字转换器，其特征在于该校准装置包括比较单元，将所述子模拟数字转换器的剩余电压与第一电压和第二电压进行比较，以产生比较结果；计数单元，根据所述比较结果对所述剩余电压在第i个周期内超出由所述第一电压和所述第二电压定义的界限的次数进行计数；存储器，储存所述剩余电压在第(i-1)个周期内超出所述界限的所述次数；以及补偿电路，基于所述剩余电压在所述第i个周期内超出所述界限的所述次数以及所述剩余电压在所述第(i-1)个周期内超出所述界限的所述次数，将所述子模拟数字转换器的时钟调节到一方向。
2. 根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述比较结果包括第一信号与第二信 号，且所述比较单元包括第一比较器，将所述子模拟数字转换器的所述剩余电压与所述第一电压进行比较，以 产生所述第一信号；以及第二比较器，将所述子模拟数字转换器的所述剩余电压与所述第二电压进行比较，以 产生所述第二信号。
3. 根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述计数单元包括 第一计数器，对所述比较单元在所述第i个周期所比较的次数进行计数；以及 第二计数器，对所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数进行计数。
4. 根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于当所述子模拟数字转换器的所述剩余 电压高于所述第一电压时，所述第二计数器根据所述比较结果来增加所述剩余电压超出所 述界限的所述次数；以及当所述子模拟数字转换器的所述剩余电压低于所述第二电压时，所述第二计数器根据 所述比较结果增加所述剩余电压超出所述界限的所述次数。
5. 根据权利要求4所述的校准装置，其特征在于所述第一电压和所述第二电压的幅度 相同但极性不同。
6. 根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述子模拟数字转换器包括取样及 保持电路，并且所述第i个周期与所述子模拟数字转换器的所述取样及保持电路的时钟相 关。
7. 根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于当由所述比较单元所比较的所述次数 等于周期数时，其中所述周期数与所述第i个周期的长度相关，所述存储器储存所述剩余 电压超出所述界限的所述次数，然后所述计数单元将由所述比较单元所比较的所述次数以 及所述剩余电压超出所述界限的次数归零。
8. 根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于所述补偿电路包括 第三比较器，将来自所述比较单元的所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数与来自所述存储器的所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述 次数进行比较，以产生比较信号；控制电路，根据所述比较信号产生符号信号和步长信号；以及调节电路，根据所述符号信号和所述步长信号来调节所述子模拟数字转换器的所述时钟。
9. 根据权利要求8所述的校准装置，其特征在于所述比较信号包括第一比较信号，代表所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数大于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数；第二比较信号，代表所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数小于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数；以及第三比较信号，代表所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数等于所 述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数。
10. 根据权利要求9所述的校准装置，其特征在于当所述剩余电压在所述第i个周期超 出所述界限的所述次数大于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次 数时，根据所述比较信号的所述第一比较信号，所述符号信号改变其自身的极性，并且所述 步长信号设置为两个步长，并且随后所述调节电路以两倍的单位步长将所述子模拟数字转 换器的所述时钟调节到相反方向；当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数小于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数时，根据所述比较信号的所述第二比较信号， 所述符号信号保持其自身的极性，并且所述步长信号设置为一个步长，随后所述调节电路 以单位步长将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到初始方向；以及当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数等于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数时，根据所述比较信号的所述第三比较信号， 所述符号信号交替变化其自身的极性，并且所述步长信号设置为一个步长，并且随后所述 调节电路以单位步长将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到交替方向。
11. 根据权利要求9所述的校准装置，其特征在于当所述剩余电压在所述第i个周期超 出所述界限的所述次数大于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次 数时，根据所述比较信号的所述第一比较信号，所述符号信号改变其自身的极性，并且所述 步长信号设置为一个步长，并且随后所述调节电路以单位步长将所述子模拟数字转换器的 所述时钟调节到相反方向；当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数小于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数时，根据所述比较信号的所述第二比较信号， 所述符号信号保持其自身的极性，并且所述步长信号设置为两个步长，并且随后所述调节 电路以两倍单位步长将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到初始方向；以及当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数等于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数时，根据所述比较信号的所述第三比较信号， 所述符号信号保持其自身的极性，并且所述步长信号设置为零步长，并且随后所述调节电 路保持所述子模拟数字转换器的所述时钟。
12. —种校准方法，适于管线式模拟数字转换器的子模拟数字转换器，其特征在于所述 校准方法包括比较所述子模拟数字转换器的剩余电压与第一电压和第二电压，以产生比较结果； 根据所述比较结果对所述剩余电压在第i个周期超出由所述第一电压和所述第二电 压定义的界限的次数进行计数；以及基于所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数以及所述剩余电压在 所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数将所述子模拟数字转换器的时钟调节到一 方向。
13. 根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于对在所述第i个周期进行比较的所 述剩余电压的次数进行计数。
14. 根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于所述比较信号包括第一信号和第二信号；当所述子模拟数字转换器的所述剩余电压高于所述第一电压时，所述第一信号增加所 述剩余电压超出所述界限的所述次数；以及当所述子模拟数字转换器的所述剩余电压低于所述第二电压，所述第二信号增加所述 剩余电压超出所述界限的所述次数。
15. 根据权利要求14所述的校准方法，其特征在于所述第一电压和所述第二电压的振 幅相同但极性不同。
16. 根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于所述子模拟数字转换器包括取样 及保持电路，且所述第i个周期与所述子模拟数字转换器的所述取样及保持电路的时钟相 关。
17. 根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于当进行比较的所述剩余电压的所述 次数等于周期数时，其中所述周期数与所述第i个周期的长度相关，所述剩余电压超出所 述界限的所述次数以及进行比较的所述剩余电压的所述次数归零。
18. 根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于基于所述剩余电压在所述第i个周 期超出所述界限的所述次数以及所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的次 数将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到一方向包括将所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数与所述剩余电压在所述 第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数进行比较，以产生比较信号； 根据所述比较信号产生符号信号和步长信号；以及根据所述符号信号和所述步长信号将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到所述 方向。
19. 根据权利要求18所述的校准方法，其特征在于所述比较信号包括 第一比较信号，代表所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数大于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数；第二比较信号，代表所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数小于所 述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数；以及第三比较信号，代表所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数等于所 述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数。
20. 根据权利要求19所述的校准方法，其特征在于当所述剩余电压在所述第i个周期 超出所述界限的所述次数大于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期内超出所述界限的所 述次数时，根据所述比较信号的所述第一比较信号，所述符号信号改变其自身的极性，并且 所述步长信号设置成两个步长，并且随后利用两倍的单位步长将所述子模拟数字转换器所 述时钟调节到相反方向；当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数小于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数，根据所述比较信号的所述第二比较信号，所 述符号信号保持其自身的所述极性，并且所述步长信号设置成一个步长，并且随后利用单 位步长将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到初始方向；当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数等于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数时，根据所述比较信号的所述第三比较信号， 所述符号信号交替变化其自身的所述极性，且将所述步长信号设置成一个步长，并且随后 利用单位步长将所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到交替方向。
21.根据权利要求19所述的校准方法，其特征在于当所述剩余电压在所述第i个周期 超出所述界限的所述次数大于所述剩余电压在所述第(i-1)个周期超出所述界限的所述 次数，根据所述比较信号的所述第一比较信号，所述符号信号改变其自身的极性，并且所述 步长信号设定成一个步长，并且随后利用单位步长将所述子模拟数字转换器的所述时钟调 节到相反方向；当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数低于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数，根据所述第二比较信号，所述符号信号保持 其自身的所述极性，并且所述步长信号设置成两个步长，并且随后利用两倍的单位步长将 所述子模拟数字转换器的所述时钟调节到初始方向；当所述剩余电压在所述第i个周期超出所述界限的所述次数等于所述剩余电压在所 述第(i-1)个周期超出所述界限的所述次数，根据所述第三比较信号，所述符号信号交替 变化其自身的所述极性且所述步长信号设置成零步长，并且随后保持所述子模拟数字转换 器的所述时钟。
全文摘要
一种管线式模拟数字转换器的校准装置及校准方法。校准装置包括比较单元、计数单元、存储器以及补偿电路。通过比较单元将子模拟数字转换器的剩余电压与第一和第二电压进行比较，以产生比较结果。通过计数单元根据比较结果对剩余电压在第i个周期内超出第一和第二电压所定义的界限的次数进行计数。将剩余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数储存于存储器内。通过补偿电路基于剩余电压在第i个周期内超出界限的次数以及剩余电压在第(i-1)个周期内超出界限的次数来将子模拟数字转换器的时钟调节到一方向。
文档编号H03M1/14GK101729067SQ200910141069
公开日2010年6月9日 申请日期2009年5月18日 优先权日2008年10月22日
发明者浦大钧, 鲜思康 申请人:财团法人工业技术研究院