[发明专利]一种应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路

说明书

技术领域

本发明属于半导体和集成电路技术领域，具体涉及集成电路中的一种应用于两步式积分型模数转换器的斜坡转换电路。

背景技术

积分型模数转换器由于其结构简单、低功耗、高精度等特点，在低速领域具有非常明显的优势，特别是在多通道并行模数转换器应用方面，积分型模数转换器更是因其出色的各通道一致性而被广泛应用。但是传统的B位积分型模数转换器的转换时间为2^B个时钟周期，这个缺点限制了其精度的提高。因此积分型模数转换器从传统的一步式结构变为两步式结构，将转换时间与精度的关系由指数关系（2^B）变为指数相加的关系（2^M+2^N，其中M+N=B），从而缩短了转换时间。两步式结构又包括：两步式多斜坡单斜率结构、两步式多斜坡多斜率结构和两步式单斜坡单斜率结构。两步式单斜坡单斜率结构消除了多斜坡结构的匹配和功耗问题，因此可以在中高精度模数转换应用中，更有效地缩短转换时间。

在公知电路中，两步式单斜坡单斜率积分型模数转换器原理如图1所示，由传统的斜坡转换电路101、比较器102、锁存和加法器103、计数和控制器104、以及斜坡信号发生器105（通常用一个数模转换器实现）。转换过程分为高M位和低N位两步进行：第一步进行高位M位转换，计数和控制器104的高M位从零开始计数，斜坡信号发生器105输出阶梯斜坡信号，斜坡信号与模数转换器输入的待量化信号分别输入到比较器102的两个输入端，当比较器102输出翻转时，锁存和加法器103锁存此时计数和控制器104的值（m）,完成高位M转换；与此同时，传统的斜坡转换电路101采样并存储对应的斜坡信号。第二步进行低位N位转换，计数和控制器104的低位N从零开始计数，斜坡信号发生器105输出阶梯斜坡信号（其阶梯大小是第一步时的1/2^N），传统的斜坡转换电路101将此斜坡信号与第一步存储的电压值叠加后输入到比较器102的正端，比较器102再一次翻转时，锁存和加法器103锁存计数和控制器104的值（n），完成低N位转换，并计算出模数转换的结果D=2^Nm+n。

所述转换过程中，传统的斜坡转换电路101对整个模数转换器性能影响很大。首先，斜坡转换电路中开关S₁₁、S₁₂、S₁₃在开关转换时会有电荷注入和时钟馈通两个非理想因素，它会导致电压存储电路存储的电压与理想值出现偏差，从而影响模数转换器的性能。此问题可用已有公知的低位斜坡扩展的方法解决。其次，由于节点D存在寄生电容，它会导致第一步切换到第二步，以及第二步转换过程中，节点E电压变化传递到节点D时，电压变化的增益小于1；但此增益误差不存在于第一步转换中，最终造成模数转换器的非线性。由于当增益小于1时出现非单调，当增益大于1时出现失码，因此传统的斜坡转换电路101将造成模数转换器的非单调特性。

发明内容

针对上述两步式单斜坡单斜率积分型模数转换器的现有技术存在的问题，本发明提供一种斜坡转换电路，以解决两步式单斜坡单斜率积分型模数转换中，第一步切换到第二步，以及第二步操作时所引起的电压变化传递到斜坡转换电路输出的过程中，由于寄生电容而产生的增益误差的问题。