可反饋調(diào)整比較器噪聲以提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可反饋調(diào)整比較器噪聲以提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括：開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器、動態(tài)鎖存比較器、噪聲調(diào)整信號發(fā)生器和噪聲調(diào)整陣列，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用非二進制權(quán)重的電容陣列，以及噪聲調(diào)整陣列中的電容為動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的負載，通過噪聲調(diào)整信號發(fā)生器控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容負載以降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲以及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度以提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。本發(fā)明通過控制噪聲調(diào)整陣列開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容負載以提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。
【專利說明】
可反饋調(diào)整比較器噪聲從提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微電子技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明設(shè)及可反饋調(diào)整比較器噪聲 W提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化 物半導(dǎo)體)工藝的發(fā)展，具有中等分辨率的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器很容易實現(xiàn)采樣率達到 幾十MSPS(Million Samples per Second,每秒采樣百萬次），從而實現(xiàn)了低功耗，面積小的 優(yōu)點，其中，中等分辨率是指能夠分辨范圍在Sbit至12bit之間。
[0003] 傳統(tǒng)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的動態(tài)鎖存比較器的噪聲是按最高要求來設(shè)計的， 運增加了動態(tài)鎖存比較器的功耗并降低了動態(tài)鎖存比較器的比較速度，增加了逐次逼近模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換時間，降低了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供一種可反饋調(diào)整比較器噪聲W提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用非二進制權(quán)重的電容陣列，通過控制噪聲調(diào)整陣列 中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容 負載W提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。
[0005] 本發(fā)明實施例提供了一種可反饋調(diào)整比較器噪聲W提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括:開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器、動態(tài)鎖存比較器、比較器輸出判斷電路、異步 時鐘產(chǎn)生電路、逐次逼近邏輯、噪聲調(diào)整信號發(fā)生器和噪聲調(diào)整陣列，
[0006] 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器對輸入信號進行采樣處理，其中，開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器為采 用非二進制權(quán)重的電容陣列；
[0007] 噪聲調(diào)整信號發(fā)生器產(chǎn)生控制噪聲調(diào)整陣列的控制信號；
[000引動態(tài)鎖存比較器包括動態(tài)預(yù)放大級和鎖存級，噪聲調(diào)整陣列包括開關(guān)和電容，噪 聲調(diào)整陣列中的電容為動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的負載，通過噪聲調(diào)整信號發(fā)生器 控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動 態(tài)預(yù)放大級的電容負載W降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲W及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W 提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，其中，異步時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生動態(tài)鎖存比較器的異步時鐘控 制信號。
[0009] 優(yōu)選的，噪聲調(diào)整陣列中的電容的一端接地，電容的另一端與相應(yīng)的開關(guān)相連接， 相應(yīng)的開關(guān)的另一端與動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸出端相連接。
[0010] 優(yōu)選的，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括數(shù)字輸出編碼電路，數(shù)字輸出編碼電路將逐次逼近邏 輯所產(chǎn)生的非二進制數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進制編碼并輸出。
[0011] 優(yōu)選的，動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級實現(xiàn)對輸入電壓信號進行預(yù)放大處理的 過程，W生成放大的電壓信號并輸出；
[0012] 動態(tài)鎖存比較器的鎖存級通過正指數(shù)建立W對放大的電壓信號進行電壓信號比 較處理的過程，W生成相應(yīng)的信號并輸出，其中，動態(tài)預(yù)放大級的輸出端與鎖存級的輸入端 相連接。
[0013] 優(yōu)選的，噪聲調(diào)整陣列為采用溫度計碼切換的開關(guān)電容陣列。
[0014] 優(yōu)選的，將W溫度計碼切換的開關(guān)電容陣列對應(yīng)的電容連接至動態(tài)鎖存比較器的 動態(tài)預(yù)放大級的輸出端W作為動態(tài)預(yù)放大級的負載。
[0015] 優(yōu)選的，將噪聲調(diào)整陣列中對應(yīng)的電容連接至動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的 輸入端，W及
[0016] 通過控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W調(diào)整電容與 開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器的權(quán)電容的分壓關(guān)系來減小動態(tài)鎖存比較器的放電電流。
[0017] 優(yōu)選的，將噪聲調(diào)整陣列連接至動態(tài)鎖存比較器的預(yù)放大級的尾電流源，W及
[0018] 通過控制噪聲調(diào)整陣列中的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W減小動態(tài)鎖存比較器的尾 電流的大小。
[0019] 優(yōu)選的，動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的尾電流采用數(shù)字可編程的形式。
[0020] 本發(fā)明實施例提供的可反饋調(diào)整比較器噪聲W提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用非二進制權(quán)重的電容陣列，W及通過控制噪聲調(diào)整陣 列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電 容負載W降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲W及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換速度。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例的可反饋調(diào)整比較器噪聲W提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是一種典型的動態(tài)鎖存比較器的電路示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明實施例的噪聲調(diào)整陣列的另一種連接方式示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0025] 對于傳統(tǒng)二進制的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果在轉(zhuǎn)換期間的某一步轉(zhuǎn)換時，開關(guān) 電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器在規(guī)定的時間內(nèi)未能達到信號的建立要求，此時送入比較器的信號可能導(dǎo) 致一個錯誤的比較結(jié)果，而且運個錯誤的結(jié)果是不可恢復(fù)的，最終得到一個錯誤的轉(zhuǎn)換結(jié) 果。
[0026] 相對傳統(tǒng)二進制的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器而言，非二進制權(quán)重的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換 器在高度應(yīng)用方面有著顯著的優(yōu)勢，其原因在于:非二進制權(quán)重的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器對 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的建立有一定的冗余誤差。實際應(yīng)用中，可W根據(jù)需求對每一步的建 立過程實現(xiàn)不同大小的冗余誤差，通常運個冗余誤差范圍從最高位到最低位單調(diào)降低，此 時開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器實際的輸出電壓信號可表示為：
[0027] Ydac = Vdac,ideal+ A Y巧ror,其中,Vdac表巧實際開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值, Vdac, ideal表示理想開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值，A Verror表示開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器建 立的冗余誤差電壓值。
[0028] 在高速應(yīng)用中，逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器中通常采用動態(tài)鎖存比較器W滿足速度的要 求，因此還可W通過提高動態(tài)鎖存比較器的速度來提高逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度， 然而動態(tài)鎖存比較器在速度跟噪聲方面存在著難W平衡的問題。
[0029] 如圖1所示，為本發(fā)明實施例的用于提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖 1中圖示為：101、開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器，102、動態(tài)鎖存比較器，103、比較器輸出判斷電路， 104、異步時鐘產(chǎn)生電路，105、逐次逼近邏輯，106、噪聲調(diào)整信號發(fā)生器，107、噪聲調(diào)整陣 列，108、數(shù)字輸出編碼電路。
[0030] 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的電容陣列采用的是非二進制權(quán)重編碼，開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn) 換器接收待轉(zhuǎn)換的模擬差分輸入電壓信號VINP和VIIN，完成差分輸入信號的采樣操作W及 輸出相應(yīng)的比較信號VP和VN，開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放 大級的輸入端相連接。在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換期間，根據(jù)控制信號產(chǎn)生不同的輸出 信號，相應(yīng)的輸出信號輸出至動態(tài)預(yù)放大級。
[0031] 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的采用非二進制權(quán)重的電容陣列，非二進制權(quán)重要求模數(shù) 掉換器的N bit仿敬需要巧M bit仿敬連現(xiàn)，日M〉N，開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的總電容數(shù)為
，其中，每一位的電容值小于前面所有電
[0032] 動態(tài)鎖存比較器由動態(tài)預(yù)放大級和鎖存級構(gòu)成，動態(tài)預(yù)放大級用來實現(xiàn)對輸入端 電壓信號的放大作用，鎖存級對放大后的信號進行正指數(shù)的建立過程W快速完成比較過 程。具體的連接方式為:動態(tài)預(yù)放大級的輸入端連接開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端，動態(tài)預(yù) 放大級的輸出端OP和ON與鎖存級的輸入端相接，動態(tài)預(yù)放大級的輸出端與鎖存級的輸入端 相接，鎖存級的輸出端連接比較器輸出判斷電路的兩個輸入端。
[0033] 比較器輸出判斷電路根據(jù)動態(tài)鎖存比較器的輸出結(jié)果Q和化產(chǎn)生相應(yīng)的Valid信 號。比較器輸出判斷電路的輸出端分別與逐次逼近邏輯的輸入端、異步時鐘產(chǎn)生電路的輸 入端相連接。
[0034] 逐次逼近邏輯的輸入端與比較器輸出判斷電路的輸出端相接，逐次逼近邏輯根據(jù) 化Iid信號產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制信號、異步時鐘產(chǎn)生電路的控制信號、噪 聲調(diào)整發(fā)生器的控制信號W及數(shù)字輸出編碼電路的輸入信號。
[0035] 異步時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生動態(tài)鎖存比較器的異步時鐘控制信號Latch。異步時鐘產(chǎn) 生電路的輸入端分別與比較器輸出判斷電路的輸出端、逐次逼近邏輯的輸出端相連接。
[0036] 在噪聲調(diào)整信號發(fā)生器的輸入端與逐次逼近邏輯的輸出端相連接W產(chǎn)生控制噪 聲調(diào)整陣列的控制信號。
[0037] 噪聲調(diào)整陣列包括：由M個單位小電容C和開關(guān)Si-Sm(M為非二進制逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn) 換器實際轉(zhuǎn)換的步數(shù))組成的電容陣列，其中電容的一端接地，電容的另一端與對應(yīng)的開關(guān) 相接。開關(guān)的另一端有多種連接方式，其中一種連接方式是接到動態(tài)預(yù)放大級的輸出端OP 端或ON端，另外一種連接方式是連接動態(tài)預(yù)放大級的輸入端VP端或VN端，在W上兩種情況 下，開關(guān)的切斷或接通的狀態(tài)均由逐次逼近邏輯來控制。
[0038] 噪聲調(diào)整陣列有多種實現(xiàn)和連接方式。其中一種實現(xiàn)方式是采用溫度計碼切換的 開關(guān)電容陣列，一種連接方式是將溫度計碼電容陣列中的開關(guān)連接至動態(tài)預(yù)放大級的輸出 端OP和0N，作為動態(tài)預(yù)放大級的負載。另一種可實現(xiàn)的連接方式是將溫度計碼電容陣列中 的開關(guān)連接至動態(tài)預(yù)放大級的輸入端VP和VN，利用噪聲調(diào)整陣列的溫度計碼電容和開關(guān)電 容數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電容的分壓關(guān)系來改變動態(tài)預(yù)放大級的輸入共模電壓，W實現(xiàn)調(diào)整比較器 噪聲和比較速度的目的。
[0039] 噪聲調(diào)整陣列還可用其它的電路形式來代替W實現(xiàn)噪聲可變的目的，其中一種可 實現(xiàn)的具體電路形式是，將動態(tài)預(yù)放大級的尾電流開關(guān)做成X bit數(shù)字可編程的形式，通過 改變動態(tài)預(yù)放大級的尾電流的大小W實現(xiàn)調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器相應(yīng)的比較器噪聲和比較速度 的目的。
[0040] 在數(shù)字輸出編碼電路的輸入端接逐次逼近邏輯產(chǎn)生的M bit非二進制數(shù)字碼，W 及將M bit非二進制數(shù)字碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的N bit的二進制編碼并輸出。
[0041] 需要說明的是，如附圖1所示的結(jié)構(gòu)中，噪聲調(diào)整陣列中的電容為動態(tài)鎖存比較器 的動態(tài)預(yù)放大級的負載，通過噪聲調(diào)整發(fā)生器控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的 切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容負載W降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 噪聲W及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。從附圖1可W看 出，噪聲調(diào)整陣列中的電容位于動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級與動態(tài)鎖存比較器的鎖存 級之間，W及噪聲調(diào)整陣列的數(shù)量可W是一個或者多個，W及噪聲調(diào)整陣列相對于動態(tài)鎖 存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的排布方式可W是對稱的，也可W是布置在動態(tài)預(yù)放大級的單 側(cè)。
[0042] 本發(fā)明實施例提供的可反饋調(diào)整比較器噪聲W提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用非二進制權(quán)重的電容陣列，W及通過控制噪聲調(diào)整陣列中的電容 所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容負載W降 低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲W及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。
[0043] 如圖2所示，為典型的動態(tài)鎖存比較器的電路示意圖，動態(tài)鎖存比較器的速度^、動態(tài)IjJi'古畝! 占 A絕度A 左A A n品擊"占 A 乂口下fie -
[0044]
[0045]
[0046] 其中，T表示有效時間，Cl為動態(tài)預(yù)放大級的電容負載，gmi為晶體管Ml的跨導(dǎo)，Iss為 動態(tài)預(yù)放大級的尾電流，Idiss為動態(tài)預(yù)放大級的放電電流，K1表示ISS的比重因子，K2表示 Idiss的比重因子，Cl為鎖存級的電容負載，gmL,eff表示鎖存級的有效跨導(dǎo)。
[0047] 從W上關(guān)系式可W看出，預(yù)放大級的電容負載Cl越小，等效輸入噪聲Vn也越大，動 態(tài)鎖存比較器的比較速度越快;預(yù)放大級尾電流Iss越大，等效輸入噪聲Vn也越大，動態(tài)鎖存 比較器的比較速度越快;預(yù)放大級輸入共模電平越高，放電電流Idiss越大，等效輸入噪聲Vn 也越大，動態(tài)鎖存比較器的比較速度越快。
[0048] 結(jié)合附圖I，具體實現(xiàn)方式由噪聲調(diào)整信號發(fā)生器接收逐次逼近邏輯的輸出信號 W產(chǎn)生噪聲調(diào)整控制信號，通過相應(yīng)的噪聲調(diào)整控制信號依次打開噪聲調(diào)整陣列中的開關(guān) Si-Sm，逐次增加接入預(yù)放大級輸出端的負載電容。
[0049] 根據(jù)
知，動態(tài)鎖存比較器的預(yù)放大級的負載電容越 大，動態(tài)鎖存比較器的噪聲就越小，動態(tài)鎖存比較器的比較速度越慢，因此在逐次逼近模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換期間，從最高位到最低位，逐次增加接入預(yù)放大級輸出端的負載電容，從而使 得動態(tài)鎖存比較器的噪聲逐漸減小，W及動態(tài)鎖存比較器的比較速度逐漸減慢，進而最終 達到提高逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換速度的目的。
[0050] 結(jié)合附圖1，利用非二進制權(quán)重的特點，采用反饋控制來實現(xiàn)調(diào)整噪聲的具體過程 如下所述：
[0051] 本發(fā)明對開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用非二進制權(quán)重的電容陣列的原理如下：
[0052] 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用傳統(tǒng)設(shè)計時，動態(tài)鎖存比較器的噪聲是按最高要求來設(shè) 計的，運增加了動態(tài)鎖存比較器的功耗，與此同時也降低了動態(tài)鎖存比較器的比較速度，增 加了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換時間，降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。
[0053] 而采用非二進制權(quán)重逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的建立有一定 的冗余誤差，可W根據(jù)需求對每一步的建立過程實現(xiàn)不同大小的冗余誤差，冗余誤差范圍 可W從最高位到最低位單調(diào)降低，運就可W要求動態(tài)鎖存比較器的噪聲作為建立誤差的一 部分，其大小可W從大到小逐漸遞減，從而使得動態(tài)鎖存比較器的比較速度可W逐漸由快 到慢降低，進而節(jié)省了動態(tài)鎖存比較器整體轉(zhuǎn)換時間，有效提高了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器整 體轉(zhuǎn)換速度，則此時的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器實際的輸出電壓信號可表示為：
[0054] Vdac - Vdac, ideal+ A Verror - Vdac, ideal+Vn, comp+Verror，setting+Verror，others , 其中，Vdac表不 實際開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值，VdAC, ideal表示理想開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電 壓值，A Verrw表示開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器建立的冗余誤差電壓值，包含動態(tài)鎖存比較器等效 輸入噪尸 Vn, CDmp、頭際瞬態(tài)建差Verror, setting W及其他"i;??差源Verror, others O
[0055] 結(jié)合附圖1，在本發(fā)明實施例所提供的用于提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，動態(tài)鎖 存比較器、比較器輸出判斷電路、逐次逼近邏輯、異步時鐘產(chǎn)生電路、噪聲調(diào)整信號發(fā)生器、 噪聲調(diào)整陣列構(gòu)成了反饋調(diào)整比較器的噪聲環(huán)路。
[0056] 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器對輸入信號進行采樣處理，其中，開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器為采 用非二進制權(quán)重的電容陣列；
[0057] 噪聲調(diào)整信號發(fā)生器產(chǎn)生控制噪聲調(diào)整陣列的控制信號；
[0058] 動態(tài)鎖存比較器包括動態(tài)預(yù)放大級和鎖存級，噪聲調(diào)整陣列包括開關(guān)和電容，噪 聲調(diào)整陣列中的電容為動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的負載，通過噪聲調(diào)整信號發(fā)生器 控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動 態(tài)預(yù)放大級的電容負載W降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲W及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W 提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，其中，異步時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生動態(tài)鎖存比較器的異步時鐘控 制f胃號。
[0059] 作為本發(fā)明的實施例，噪聲調(diào)整陣列中的電容的一端接地，電容的另一端與相應(yīng) 的開關(guān)相連接，相應(yīng)的開關(guān)的另一端與動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸出端相連接。
[0060] 作為本發(fā)明的實施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括數(shù)字輸出編碼電路，數(shù)字輸出編碼電路 將逐次逼近邏輯所產(chǎn)生的非二進制數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進制編碼并輸出。
[0061] 作為本發(fā)明的實施例，動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級實現(xiàn)對輸入電壓信號進行 預(yù)放大處理的過程，W生成放大的電壓信號并輸出；
[0062] 動態(tài)鎖存比較器的鎖存級通過正指數(shù)建立W對放大的電壓信號進行電壓信號比 較處理的過程，W生成相應(yīng)的信號并輸出，其中，動態(tài)預(yù)放大級的輸出端與鎖存級的輸入端 相連接。
[0063] 作為本發(fā)明的實施例，噪聲調(diào)整陣列為采用溫度計碼切換的開關(guān)電容陣列。
[0064] 作為本發(fā)明的實施例，將W溫度計碼切換的開關(guān)電容陣列對應(yīng)的電容連接至動態(tài) 鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸出端W作為動態(tài)預(yù)放大級的負載。
[0065] 作為本發(fā)明的實施例，將噪聲調(diào)整陣列中對應(yīng)的電容連接至動態(tài)鎖存比較器的動 態(tài)預(yù)放大級的輸入端，W及通過控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的 狀態(tài)W調(diào)整電容與開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器的權(quán)電容的分壓關(guān)系來減小動態(tài)鎖存比較器的放 電電流。
[0066] 根^ 守知，預(yù)放大級輸入共模電平越低，放電電流Idiss 越小，等效輸八噪尸Vn化贓小，翊念鎖仔比較器的比較速度越慢。因此，通過控制噪聲調(diào)整 陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W調(diào)整電容與開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器的權(quán)電 容的分壓關(guān)系來減小動態(tài)鎖存比較器的放電電流。運樣，根據(jù)I
可 知，預(yù)放大級輸入共模電平越低，放電電流Idiss越小，動態(tài)鎖存比較器的噪聲就越小，動態(tài) 鎖存比較器的比較速度越慢，因此在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換期間，從最高位到最低位， 將噪聲調(diào)整陣列中對應(yīng)的電容連接至動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸入端，W及通過 控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W調(diào)整電容與開關(guān)電容模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的權(quán)電容的分壓關(guān)系來逐次減小動態(tài)鎖存比較器的放電電流Idiss,從而使得動態(tài)鎖 存比較器的噪聲逐漸減小，W及動態(tài)鎖存比較器的比較速度逐漸減慢，進而最終達到提高 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換速度的目的。
[0067] 作為本發(fā)明的實施例，將噪聲調(diào)整陣列連接至動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的 尾電流源，W及通過控制噪聲調(diào)整陣列中的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W減小動態(tài)鎖存比較 器的尾電流的大小。
[0068] 根袁
「知，預(yù)放大級尾電流Iss越小，等效輸入噪聲Vn也 越小，動態(tài)鎖存比較器的比較速度越慢。因此，將噪聲調(diào)整陣列連接至動態(tài)鎖存比較器的動 態(tài)預(yù)放大級的尾電流源，W及通過控制噪聲調(diào)整陣列的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W減小動 態(tài)鎖存比較器的尾電流的大小。運樣，根據(jù)
巧知，預(yù)放大級尾電流 Iss越小，動態(tài)鎖存比較器的噪聲就越小，動態(tài)鎖存比較器的比較速度越慢，因此在逐次逼近 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換期間，從最高位到最低位，將噪聲調(diào)整陣列連接至動態(tài)鎖存比較器的動 態(tài)預(yù)放大級的尾電流源，W及通過控制噪聲調(diào)整陣列中的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W逐次 減小預(yù)放大級尾電流Iss,從而使得動態(tài)鎖存比較器的噪聲逐漸減小，W及動態(tài)鎖存比較器 的比較速度逐漸減慢，進而最終達到提高逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換速度的目的。
[0069] 作為本發(fā)明的實施例，動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的尾電流采用數(shù)字可編程 的形式。
[0070] 本發(fā)明實施例提供的用于提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器 采用非二進制權(quán)重的電容陣列，W及通過控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切 斷/接通的狀態(tài)來增大動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容負載W降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪 聲W及減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。
[0071] 如圖3所示，為本發(fā)明實施例的噪聲調(diào)整陣列的另一種連接方式示意圖。在噪聲調(diào) 整陣列中，相應(yīng)的開關(guān)的另外一種連接方式是，噪聲調(diào)整陣列的開關(guān)連接動態(tài)鎖存比較器 的動態(tài)預(yù)放大級的輸入端VP或輸入端VN，并且，開關(guān)的狀態(tài)仍由噪聲調(diào)整信號發(fā)生器來控 制。
[0072] 相對于附圖3所示的結(jié)構(gòu)，與附圖1所示的結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，區(qū)別在于，在附圖3所示 的結(jié)構(gòu)中，噪聲調(diào)整陣列位于開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器與動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級之 間，噪聲調(diào)整陣列中的電容為開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的負載，通過噪聲調(diào)整信號發(fā)生器控制 噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W調(diào)整電容與開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換 器的權(quán)電容的分壓關(guān)系來減小動態(tài)鎖存比較器的放電電流W降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲W及 減慢動態(tài)鎖存比較器的比較速度W提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。
[0073] 從附圖3可W看出，噪聲調(diào)整陣列中的電容位于開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器與動態(tài)鎖存 比較器的動態(tài)預(yù)放大級之間，W及噪聲調(diào)整陣列的數(shù)量可W是一個或者多個，W及噪聲調(diào) 整陣列相對于動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的排布方式可W是對稱的，也可W是布置在 動態(tài)預(yù)放大級的單側(cè)。
[0074] 具體而言，運種基于反饋控制的噪聲可變電路的具體實現(xiàn)過程如下所述：
[0075] 首先，仍然由動態(tài)鎖存比較器、比較器輸出判斷電路、逐次逼近邏輯、異步時鐘產(chǎn) 生電路、噪聲調(diào)整信號發(fā)生器、噪聲調(diào)整陣列構(gòu)成了反饋調(diào)整比較器的噪聲環(huán)路。
[0076] 然后，在逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換期間，通過噪聲調(diào)整陣列的溫度計碼電容 W及開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器的權(quán)電容對動態(tài)鎖存比較器的共模電壓進行分壓，從而改變動態(tài) 預(yù)放大級的輸入管Ml的過驅(qū)動電壓VdvI，在電流一定的情況下，W及IsS = 2Il，有
.， 則
。從上式可W看出，在動態(tài)預(yù)放大級的電容負載和電流一定的情況下，比較器 的等效輸入噪聲與輸入管Ml的過驅(qū)動電壓Vovi成正比。因此隨著從最高位到最低位的轉(zhuǎn)換 過程中，通過控制接入動態(tài)預(yù)放大級輸入端VP和VN的電容個數(shù)來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn) 換速度。
[0077] 根據(jù)
r知，預(yù)放大級輸入共模電平越低，放電電流Idiss
越小，等效輸入噪聲Vn也越小，動態(tài)鎖存比較器的比較速度越慢。因此，通過控制噪聲調(diào)整 陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W調(diào)整電容與WAA+"電 容的分壓關(guān)系來減小動態(tài)鎖存比較器的放電電流。運樣，根據(jù) 巧 知，預(yù)放大級輸入共模電平越低，放電電流Idiss越小，動態(tài)鎖存比較器的噪聲就越小，動態(tài) 鎖存比較器的比較速度越慢，因此在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換期間，從最高位到最低位， 將噪聲調(diào)整陣列中對應(yīng)的電容連接至動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸入端，W及通過 控制噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)W調(diào)整電容與開關(guān)電容模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的權(quán)電容的分壓關(guān)系來逐次減小動態(tài)鎖存比較器的放電電流Idiss,從而使得動態(tài)鎖 存比較器的噪聲逐漸減小，W及動態(tài)鎖存比較器的比較速度逐漸減慢，進而最終達到提高 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換速度的目的。
[0078] 具體而言，當(dāng)接入動態(tài)預(yù)放大級輸入端VP和VN的電容個數(shù)逐次增加，動態(tài)預(yù)放大 級的輸入共模電平逐次降低，相應(yīng)的過驅(qū)動電壓Vovi也隨之逐漸減小，因而使得比較器的噪 聲從最高位到最低位呈一個漸減的趨勢，從而使得比較器的比較速度可W逐漸由快到慢逐 漸減慢，進而節(jié)省了比較器整體轉(zhuǎn)換時間，有效提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體轉(zhuǎn)換速度。
[0079] 在實際應(yīng)用中，用于提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器還可W用于制造包括上述模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的設(shè)備，具體細節(jié)參照模數(shù)轉(zhuǎn)換器相應(yīng)的描述，在此不再寶述。
[0080] W上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種可反饋調(diào)整比較器噪聲以提高轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括:開關(guān) 電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器、動態(tài)鎖存比較器、比較器輸出判斷電路、異步時鐘產(chǎn)生電路、逐次逼近邏 輯、噪聲調(diào)整信號發(fā)生器和噪聲調(diào)整陣列， 所述開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器對輸入信號進行采樣處理，其中，所述開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器 為采用非二進制權(quán)重的電容陣列； 所述噪聲調(diào)整信號發(fā)生器產(chǎn)生控制所述噪聲調(diào)整陣列的控制信號； 所述動態(tài)鎖存比較器包括動態(tài)預(yù)放大級和鎖存級，所述噪聲調(diào)整陣列包括開關(guān)和電 容，所述噪聲調(diào)整陣列中的電容為所述動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的負載，通過所述 噪聲調(diào)整信號發(fā)生器控制所述噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)來 增大所述動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的電容負載以降低所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲以及 減慢所述動態(tài)鎖存比較器的比較速度以提高所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，其中，所述異步 時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生所述動態(tài)鎖存比較器的異步時鐘控制信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述噪聲調(diào)整陣列中的電容的一端 接地，所述電容的另一端與相應(yīng)的開關(guān)相連接，所述相應(yīng)的開關(guān)的另一端與所述動態(tài)鎖存 比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸出端相連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括數(shù)字輸出編 碼電路，所述數(shù)字輸出編碼電路將所述逐次逼近邏輯所產(chǎn)生的非二進制數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng) 的二進制編碼并輸出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大 級實現(xiàn)對輸入電壓信號進行預(yù)放大處理的過程，以生成放大的電壓信號并輸出； 所述動態(tài)鎖存比較器的鎖存級通過正指數(shù)建立以對所述放大的電壓信號進行電壓信 號比較處理的過程，以生成相應(yīng)的信號并輸出，其中，所述動態(tài)預(yù)放大級的輸出端與所述鎖 存級的輸入端相連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述噪聲調(diào)整陣列為采用溫度 計碼切換的開關(guān)電容陣列。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，將以溫度計碼切換的所述開關(guān)電容 陣列對應(yīng)的電容連接至所述動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸出端以作為所述動態(tài)預(yù) 放大級的負載。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，將所述噪聲調(diào)整陣列中對應(yīng)的電容 連接至所述動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的輸入端，以及 通過控制所述噪聲調(diào)整陣列中的電容所對應(yīng)的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)以調(diào)整所述電 容與所述開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器的權(quán)電容的分壓關(guān)系來減小所述動態(tài)鎖存比較器的放電電 流。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，將所述噪聲調(diào)整陣列連接至所述動 態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大級的尾電流源，以及 通過控制所述噪聲調(diào)整陣列中的開關(guān)的切斷/接通的狀態(tài)以減小所述動態(tài)鎖存比較器 的尾電流的大小。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述動態(tài)鎖存比較器的動態(tài)預(yù)放大 級的尾電流采用數(shù)字可編程的形式。
【文檔編號】H03M1/08GK105978565SQ201610333894
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】曹淑新, 張莉莉
【申請人】英特格靈芯片(天津)有限公司