[发明专利]一种低电源电压流水线型折叠内插模数转换器

说明书

技术领域

本发明属集成电路技术领域，具体涉及一种适用于低电源电压、超高速模数转换器的 折叠内插模数转换器。

背景技术

折叠内插模数转换器是一种中等精度、高转换速率的模数转换器。在一些嵌入式或便 携式系统或设备的应用中，要求模数转换器能够工作在低电源电压下。然而随着电源电压 的降低，电路的增益受到了限制，为了实现足够的增益，通常采用的方法是级联更多的增 益级。众所周知，级联更多增益级的不利结果是增加了信号通路上的时间延迟。图1所示 的是通常采用的折叠内插模数转换器的结构图，主要由跟踪保持电路10、参考电压电阻串 11、粗子预放大电路12、细子预放大电路13、折叠电路14、内插电路15、比较器16以及编 码电路17构成。一般情况下，折叠内插模数转换器信号的最大时间延迟由细子转换器的预 放大电路、折叠电路、内插电路的时间延迟之和决定，换句话说，细子转换器的预放大电 路、折叠电路、内插电路的时间延迟之和决定了折叠内插模数转换器可以工作的最高转换 速率。随着电源电压的减小，折叠电路和内插电路都不仅仅由单级电路构成，常常会采用 级联的结构，这样折叠内插模数转换器的转换速率将受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够减小模数转换器关键路径的时间延迟，有效提高低电 压折叠内插模数转换器的转换速率的低电源电压流水线型折叠内插模数转换器结构。

本发明提出的低电压流水线型折叠内插模数转换器，其结构与图1所示的折叠内插模 数转换器相似，仅在细子预放大电路与折叠电路之间设置了第一采样开关，再折叠电路和 内插电路之间设置于第二采样开关。即该折叠内插模数转换器包括：跟踪保持电路、参考 电压电阻串、粗子预放大器、细子预放大器、折叠电路、内插电路、比较器、编码电路、 第一采样开关和第二采样开关；模拟输入信号经过跟踪保持电路得到保持信号；保持信号 与参考电压电阻串产生的参考电平作为粗子预放大电路和细子预放大电路的输入信号，输 出为保持信号与参考电平之间的差值放大信号；粗子预放大电路的输出信号成为部分比较 器的输入信号，经过比较器的比较得到温度码输出；细子预放大电路的输出连结第一采样 开关，保持后的信号成为折叠电路的输入信号；折叠电路的输出连结第二采样开关，保持 后的信号成为内插电路的输入信号；内插电路的输出信号成为比较器的输入信号，经过比 较器的比较得到循环温度码输出；编码电路根据粗子比较器输出的温度码和细子比较器输 出的循环温度码编码得到二进制输出码。

第一采样开关和第二采样开关的加入使得信号通路中的最大信号延迟不再是预放大 电路、折叠电路和内插电路的时间延迟之和，而是这三部分电路中时延最长的那一个与采 样开关的时延之和。采用合理的开关结构可以使得采样开关的时延很小，与预放大电路、 折叠电路或内插电路的时延相比，可以忽略不计。因此，模数转换器的关键路径的时间延 迟减小了，转换速率提高了。

工作在低电压下的折叠内插模数转换器中的折叠电路和内插电路也会采用级联多级 的结构，本发明提出的流水线型结构即第一和第二采样开关可以应用到每一级的级联电路 中，该结构特征在于：第一级折叠电路的输出连接第一级采样开关，保持后的信号成为第 二级折叠电路的输入信号，第二级折叠电路的输出连接第二级采样开关，保持后的信号成 为第三级折叠电路的输入信号，依此类推，第N-1级采样开关得到的保持信号成为第N级 折叠电路的输入信号，其输出连接第N级采样开关，保持后的信号为折叠电路的输出信号； 折叠电路的输出信号成为第一级内插电路的输入信号，其输出连接第N+1级采样开关，保 持后的信号成为第二级内插电路的输入信号，第二级内插电路的输出连接第N+2级采样开 关，保持后的信号成为第三级内插电路的输入信号，依次类推，第N+M-1级采样开关得 到的保持信号成为第M级内插电路的输入信号，其输出为内插电路的输出信号。这里第一 级到第N+1级的采样开关属于第一采样开关，第N+1级到第N+M级采样开关属于第二采 样开关。

上述结构中的最大时延仅仅是一级折叠电路或一级内插电路的时间延迟与采样开关 的时延之和，采用这种结构的模数转换器的工作速率甚至可以达到几吉赫兹。