[发明专利]用于流水线A/D转换器的单冗余位数字校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单冗余位的数字校正方法，特别涉及一种用于流水线A/D转换器的单冗 余位数字校正方法。它直接应用的领域是流水线A/D转换器的数字校正领域。

背景技术

A/D转换器的电路结构主要有逐次比较结构、积分型结构、全并行(flash)结构、分级 结构、流水线结构和Δ-∑过采样结构等。高速高精度A/D转换器电路涉及的主要电路结构 为流水线结构。

流水线结构的基本思想由S.H.Lewis等人于1987年提出，其原理是利用低精度的A/D转 换器以流水线的方式连接实现高精度A/D转换器。1990年B.Ginetti等人在此基础上又引入 了冗余位的基本思想，也就是目前应用较为成熟的每级1.5位的流水线结构，每级流水线引 入1个有效数据位和1个冗余位，每级输出00，01，10三种编码之一，最后将各级输出适当 延迟后，送到编码重建电路进行叠位相加，得到校正后的输出码。这种结构通过引入冗余位 和数字校正电路，对比较器失调引入的误差进行校正，在流水线A/D转换器中得到广泛的应 用。但是，这种结构及相应的数字校正方法应用于高速高精度A/D转换器时，存在如下问题： 1)各级子电路的输出电压范围占满整个基准电压区间[Vref_-，Vref₊]，没有多余的基准电压 区间用于引入负向冗余码和正向冗余码，当输入信号小于Vref_-时，输出为全0；输入信号大 于Vref₊时，输出为全1，即校正后的输出码不能标识输入信号的负向溢出和正向溢出。2)流 水线级数等于A/D转换器的位数减1，位数越多，级数就越多。以16位A/D转换器为例， 若采用每级1.5位的流水线结构，则需要15个流水线级，与相同结构的8位以下的A/D转换 器相比，版图面积和功耗将大大增加。3)输入输出延迟时间与流水线级数成正比，级数增加 的同时输入输出延迟时间也随之增大。

对于目前常规的用于比较器失调误差的数字校正方法，根据每级1.5位原理，类推得到每 级(n+0.5)位结构，即每级流水线引入n个有效数据位和1个冗余位，每级输出0～(2ⁿ⁺¹-1) 对应的二进制编码，各级输出适当延迟后，送往编码重建电路进行叠位相加，得到校正后的 输出码。这种常规方法在用于高速搞精度A/D转换器的数字校正时，也存在以下问题：即该 方法同样没有引入负向冗余码和正向冗余码，因此不能标识输入信号的负向溢出和正向溢出。

因此，需要对现有的常规校正方法进行改进，有必要在减少流水线级数的同时，引入负 向冗余码和正向冗余码，标识输入信号的负向溢出和正向溢出。

发明内容

为克服常规的用于流水线A/D转换器的数字校正方法应用于高速高精度A/D转换器时， 所需流水线级数过多引起的版图面积、功耗以及输入输出延迟时间增大，且不能标识输入信 号负向溢出和正向溢出的问题，本发明提供一种用于流水线A/D转换器的单冗余位数字校正 方法，所采取的技术方案，包括以下步骤：

(1)分配流水线A/D转换器的每级子电路的分辨率；

(2)首先对第1级子电路的输入电压进行量化，得到量化温度计码，并计算量化温度计 码对应的模拟电压，得到被量化的电压，接着用输入电压减去被量化的电压得到残余电压， 将残余电压放大并平移到基准电压区间的中部，得到第1级子电路的输出电压，最后将第1 级子电路的输出电压送往第2级子电路，如此循环，直至最末级子电路，即第m级子电路， 第m级子电路不产生残余电压，其中输出电压＝放大的残余电压+1/2(Verf₊+Vref_-)，[Vref_-， Vref₊]为基准电压区间；

(3)确定与各级子电路的量化温度计码相对应的各级编码及偏移码，各级编码仅引入1 个冗余分辨率，同时包含负向冗余码、有效码、正向冗余码。编码序列中前个编码为 负向冗余码，中间个编码为有效码，后个编码为正向冗余码。CN(i)为第i 级子电路中量化温度计码的个数，B_i为第i级子电路输出有效位个数；

(4)各级偏移码按权重相加，得到总偏移码；

(5)各级编码按权重相加，并加上总偏移码，对流水线A/D转换器中的由比较器失调引 入的误差进行校正，得到校正后的输出码。