[发明专利]一种电荷传输损失率的检测方法及实现电路

说明书

技术领域

本发明涉及电荷耦合流水线模数转换器的非理想特性的检测方法及实现电 路，特别是一种电荷耦合流水线模数转换器中电荷传输损失率的检测方法及实 现电路。

背景技术

随着数字信号处理技术的不断发展，电子系统的数字化和集成化是必然趋 势。然而现实中的信号大都是连续变化的模拟量，需经过模数转换变成数字信 号方可输入到数字系统中进行处理和控制，因而模数转换器在未来的数字系统 设计中是不可或缺的组成部分。在宽带通信、数字高清电视和雷达等应用领域， 系统要求模数转换器同时具有非常高的采样速率和分辨率。这些应用领域的便 携式终端产品对于模数转换器的要求不仅要高采样速率和高分辨率，其功耗还 应该最小化。

目前，能够同时实现高采样速率和高分辨率的模数转换器结构为流水线结 构模数转换器。流水线结构是一种多级的转换结构，每一级使用低精度的基本 结构的模数转换器，输入信号经过一级级的处理，最后由每级的结果组合生成 高精度的输出。其基本思想就是把总体上要求的转换精度平均分配到每一级，每 一级的转换结果合并在一起可以得到最终的转换结果。由于流水线结构模数转 换器可以在速度、功耗和芯片面积上实现最好的折中，因此在实现较高精度的 模数转换时仍然能保持较高的速度和较低的功耗。

现有比较成熟的实现流水线结构模数转换器的方式是基于开关电容技术的 流水线结构。基于该技术的流水线模数转换器中采样保持电路和各个子级电路 的工作也都必须使用高增益和宽带宽的运算放大器。模数转换器的速度和处理 精度取决于所使用高增益和超宽带宽的运算放大器负反馈的建立速度和精度。 因此该类流水线结构模数转换器设计的核心是所使用高增益和超宽带宽的运算 放大器的设计。这些高增益和宽带宽运算放大器的使用限制了开关电容流水线 模数转换器的速度和精度，成为该类模数转换器性能提高的主要限制瓶颈，并 且精度不变的情况下模数转换器功耗水平随速度的提高呈直线上升趋势。要降 低基于开关电容电路的流水线模数转换器的功耗水平，最直接的方法就是减少 或者消去高增益和超宽带宽的运算放大器的使用。

电荷耦合流水线模数转换器就是一种不使用高增益和超宽带宽的运算放大 器的模数转换器，该结构模数转换器具有低功耗特性同时又能实现高速度和高 精度。电荷耦合流水线模数转换器采用电荷耦合信号处理技术。电路中，信号 以电荷包的形式表示，电荷包的大小代表不同大小的信号量，不同大小的电荷 包在不同存储节点间的存储、传输、加/减、比较等处理实现信号处理功能。通 过采用周期性的时钟来驱动控制不同大小的电荷包在不同存储节点间的信号处 理便可以实现模数转换功能。

电荷耦合流水线模数转换器包括：电荷耦合采样保持电路、多级对采样得 到的电荷包进行量化和余量处理的电荷耦合子级流水线电路、最后一级对采样 得到的电荷包进行量化的电荷耦合子级流水线电路、对每个电荷耦合子流水级 输出的数字码进行同步的延时同步寄存器、将接收的数字码进行数字纠错的数 字校正模块、时钟和偏置信号产生电路(产生时钟、基准信号及偏置信号)。要 实现上述电荷耦合流水线模数转换器，最核心的一个问题就是电荷包的存储传 输、比较量化以及加减运算等关键步骤在现有的工艺条件下(特别是普通CMOS 工艺)能够精确地实现。

如图1所示为一个基本的电荷传输单元，图1(a)中电荷传输单元包括2个电 荷传输控制开关12、13，一个连接在两个电荷传输控制开关之间的电荷存储元 件(电容15)，节点14为电荷包存储节点，节点11和16分别连接前一级和后 一级的电荷存储元件，电容15的底板Vct接电荷传输控制信号。