高速高精度模数转换器的数字后台校准算法

但对 于 每级 多 比特 流 水 线 Ａ Ｄ Ｃ 的研究 需 要额 外 增
加采样 电容个数来注人抖动信号 ， 这不仅降低了增 益数模转换器 （ Ｍ Ｄ Ａ Ｃ ） 电路 的环路反馈系数 ， 使得 Ａ Ｄ Ｃ的性能下 降， 而且 电路结构变得 复杂． 在高速 高精度流水线 Ａ Ｄ Ｃ的研究 中， 为减小采样 电容 ， 降 低功耗 ， 提高 转 换 速度 ， 首 级 必 须 采 用 多 比 特 结 构 。 ． 但 现有 的抖 动 校 准 技 术 对 放 大 器 增 益 、 带 宽指标要求苛刻 ， 设计难度大 ， 而且 降低 了 Ａ Ｄ Ｃ的 转换速度． 为简化流水线 Ａ Ｄ Ｃ的模拟电路 ， 提高该 模拟电路 的动态性能 ， 文 中针对 ２ ． ５ ｂ ／ 级 流 水 线 Ａ Ｄ Ｃ提出了一种数字后 台校准算法 ， 该算法通过改 变参考电压来改变 Ｍ Ｄ Ａ Ｃ电路 的传输函数 ， 以便在 注入 宽带 大 幅度抖 动 信 号 时 无需 增 加 采 样 电容 ． 文 中最后 通 过仿 真实验 验证 了该 算法 的性 能 ．
高速高精度 流水线模数转换 器 （ Ａ Ｄ Ｃ ） 因具有 精度 高 、 速度 快 和功 耗 低 等 特 点 而 被 广 泛 应 用 于通 信、 航空航天和医疗等 领域…． 由于 电路 中存在 电
容 匹配误 差 、 放 大器有 限增 益 等多 种非 理想 因素 ， 流 水线 Ａ Ｄ Ｃ 的有 效 分 辨 率 一 般 很难 超 过 １ ２ ｂ ， 因此 ， 采用 各种 校准 技 术 提 高 Ａ Ｄ Ｃ的性 能 已经 变 得 不 可 或缺 ． 校 准 技 术 按 领 域 分 为 数 字 校 准 技 术 ４ 和 模
图１ （ ａ ） 是 含 有数 字 校 准模 块 的 流水 线 Ａ Ｄ Ｃ的
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ — ２ ９ 基金项 目：国家 “ ８ ６ ３ ” 计划项 目（ ２ ０ ０ ９ Ａ Ａ ０ １ Ｚ ２ ６ ０ ） 作者 简介 ： 熊 召新 （ １ ９ ７ ３ 一 ） ， 男， 博士生 ， 主要从事流水线模数转换器 和数模 混合 电路研究 ． Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｏ ｒ ｚ ｏ ｎ ｂ ｌ ｕ ｚ ＠１ ６ ３ ． ｅ ｏ ｍ 十 通信作者 ： 蔡敏 （ １ ９ ５ ５ ． ） ， 男， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事专用集成 电路设计与系统集成研究． Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ａ ｄ ｍ ｉ ｎ ｃ ａ ｉ ＠ｓ ｃ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
部 分无 需数 字 滤波 器 ， 实现 简单 ． 目前 ， 有关 １ ． ５ ｂ ／ 级流水 线 Ａ Ｄ Ｃ的宽 带 大 幅度 抖 动技 术 的研 究 已取 得 了 比较 好 的应 用 结 果 。 ，
１ 含 数 字校 准模 块 的 ２ ． ５ ｂ ／ 级 流 水 线 ＡＤ Ｃ的基 本 结构
华 南 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）
第４ １卷 第 ６期
２ ０ １ ３年 ６月
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｕｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ＶＯ １ ． ４１ ＮＯ． ６
果表 明 ， 经校 准后 的 Ａ Ｄ Ｃ信号噪 声失真 比可从 ６ ３ ． ３ ｄ Ｂ提 高到 ７ ８ ． ７ ｄ Ｂ， 无 杂散 动 态 范围 由 ６ ３ ． ９ ｄ Ｂ提 高到 ９ １ ． ８ ｄ Ｂ ．
关键词 ： 流水线模数转换 器； 校准 ； 抖动信号 ； 电容失配； 放大器； 有限增益 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ４ ７ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － ５ ６ ５ Ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ４
拟校准技术 ＿ ５ Ｊ ， 其 中数 字校准技术 因其集成 度高、
灵 活 性好 等优 点 而成 为 当前校 准技 术 的主 流． 数字 后 台校 准技术 具 有处 理简 单 、 实时 陛强 、 不
影响实时转换等优点． 近年来 ， 利用宽带大幅度抖动 的数 字后 台校 准 技 术 成 为 研 究 热 点 Ｊ ． 宽 带 大 幅 度抖动技术与小幅度抖动技术相 比， 不但扩大 了输 入信号的动态范围， 提高了信噪比， 而且缩短 了校准 时间 ； 与 窄带 大 幅 度 抖 动 技 术 相 比 ， 其 数 字 电 路
Ｊ ｕ ｎｅ ２ ０１ ３
（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
文章编号 ：１ ０ ０ ０ － ５ ６ ５ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ ． ０ ０ １ ７ ． ０ ６
高速高 精度模数转பைடு நூலகம் 器的数字后 台校准算法 术
熊召新 蔡敏 贺小勇
（ 华 南理工大学 电子与信息学 院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
摘 要： 研究 了模数转换器（ Ａ Ｄ Ｃ ） 的数字后 台校准技 术， 提 出了一种针 对 ２ ． ５ ｂ ／ 级 高速 高精度流水线 Ａ Ｄ Ｃ的数 字后 台校 准算法． 在２ ． ５ ｂ ／ 级 电容翻转式余量增益 电路 （ Ｍ Ｄ Ａ Ｃ ） 中注入 与输 入信 号相 关 的抖 动信 号 ， 提取 ＭＤ Ａ Ｃ 中由 于 电容 失 配和放 大 器增 益 有 限性造 成 的非 线性误 差 ， 并在 最 终 的数 字输 出端对 这 些误 差进行 校 准． 文 中提 出的数 字后 台校 准 算法具有电路 实现简单、 不中断 Ａ Ｄ Ｃ正常工作、 适合 高速 高精度流水线 Ａ Ｄ Ｃ等优点 ， 能 有效地降低电容失配和放 大器有限增益等非理想 因素对流水线 Ａ Ｄ Ｃ精度的影响． 仿真结