[发明专利]应用于时间域比较器的阈值失调校准方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种应用于时间域比较器的阈值失调校准方法，适用于现代先进工艺下的模拟集成电路设计。

技术背景

比较器是模数转换器中的重要模块，其性能直接决定转换速率和精度。为适应兼容现代先进工艺的低电压低功耗模数转换器设计需求，提出了基于脉冲宽度调制的时间域比较器用于代替传统的电压比较器。虽然这种比较器具有由于传统电压比较器的优点，但是同样存在阈值失调对电路设计带来的限制。为了减小阈值失调带来的影响，常用的解决方法是增大器件的尺寸，但是会增加功耗、芯片面积和比较器输入电容的变化，这些都违背了在低电压下设计低功耗高性能电路的设计原则。

解决比较器阈值失调的另一种方法是采用数字校准技术，这种方法的好处在于不会增加功耗和比较器输入电容的变化，只是增加上电运行一次的数字校准电路相应的芯片面积，在先进工艺下这部分数字电路的面积通常相对比较小的。两种代表性的做法是：用电流源补偿阈值失调，(见参考文献Figueiredo P.M.，Cardoso P.，Lopes A.，Fachada C.，Hamanishi N.，Tanabe K.and Vital J.，“A 90nm CMOS 1.2v6b 1GS/s two-step subranging ADC”，2006 IEEE International Solid-State Circuits Conference)但是会增加额外的功耗；改变比较器输出电容之间的比例调节阈值，(见参考文献Giannini V.，Nuzzo P.，Chironi V.，Baschirotto A.，Van der Plas G.and Craninckx，J.，“An 820μW 9b 40MS/s Noise-Tolerant Dynamic-SAR ADC in 90nm Digital CMOS”，2008 IEEE International Solid-State Circuits Conference)但是会降低比较速度。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种应用于时间域比较器的阈值失调校准方法，在不影响比较器速度和不增加额外功耗的前提下，使用数字电路校准时间域比较器的阈值失调。

本发明应用于时间域比较器的阈值失调校准方法，是采用以下技术手段实现的：检测输入端短接的时间域比较器的输出，先调节过零检测的粗调控制字，再调节过零检测的细调控制字，直至将阈值失调减小到校准的误差范围内。

阈值失调校准方法一次正常的工作过程包括如下几个步骤：

步骤1：重置粗调控制字和细调控制字为初始值，并且将时间域比较器的输入端短接。

步骤2：根据比较器的结果调节相应过零检测的粗调控制字直至比较结果发生变化。

步骤3：根据比较器的结果调节相应过零检测的细调控制字直至比较结果发生变化。

步骤4：断开比较器的输入端，完成阈值失调的校准。

前述阈值失调校准方法的细调控制字的调节范围需要大于粗调控制字变化一次相应的调节范围以保证冗余；阈值失调校准的精度由细调控制字变化一次相应的调节范围决定。

本发明应用于时间域比较器的阈值失调校准方法，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本发明实现了使用数字电路校准时间域比较器的阈值失调，通过粗调和细调结合的方法在较短的时间内完成了较高精度的调节，并且上电之后只需要工作一次，不会增加额外功耗。

附图说明

图1为应用于时间域比较器阈值失调校准方法的流程图；

图2为采用阈值失调校准方法的时间域比较器结构框图；

图3为采用阈值失调校准方法的时间域比较器单端电路图；

图4为阈值失调校准电路的工作时序图；

图5为本发明实施例中时间域比较器阈值偏差校准前的统计直方图；

图6为本发明实施例中时间域比较器阈值偏差校准后的统计直方图；

图7为本发明实施例中时间域比较器阈值偏差校准前后对比。

符号说明：201为采样保持电路，202为放电电流源，301为冗余开关(dummy switch)，302为放电电流源，303为采样电容，304为过零检测。

具体实施方法

以下结合说明书附图，对本发明的具体实施例加以说明：

请参阅图1所示，为应用于时间域比较器阈值失调校准方法的流程图。

图1中的粗调控制字和细调控制字分为A和B两组，分别对应控制时间域比较器的两个过零检测电路。