專利名稱：流水線adc結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種流水線ADC結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Circuit,ADC)是混合信號系統(tǒng)中重要的組成部分，在各種ADC中，流水線ADC以其在精度、速度、功耗和面積方面特有的折中優(yōu)勢而被廣泛米用。請參考圖1，圖I為現(xiàn)有的流水線ADC的結(jié)構(gòu)示意圖，流水線ADC由若干個子級
101 (STAGEU STAGE2、STAGE3、......STAGEk-U STAGEk)、延時同步寄存器陣列 102 和數(shù)字
糾錯1旲塊103組成。請參考圖2,圖2為現(xiàn)有的流水線ADC的子級電路結(jié)構(gòu)不意圖，其中，每
個子級(STAGE1、STAGE2、STAGE3、......STAGEk-I、STAGEk)均包括采樣保持電路(S/H 電
路)201、子模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SubADC) 202、子數(shù)模轉(zhuǎn)換器(SubDAC) 203、減法器204和余差放大器205，其中所述采樣保持電路201的輸入端與所述子模數(shù)轉(zhuǎn)換器202的輸入端相連作為所述子級101的輸入端，所述采樣保持電路201的輸出端與減法器204的第一輸入端相連，所述子模數(shù)轉(zhuǎn)換器202的輸出端與子數(shù)模轉(zhuǎn)換器203的輸入端和延時同步寄存器陣列102的輸入端相連，所述子數(shù)模轉(zhuǎn)換器203的輸出端與所述減法器204的第二輸入端相連，所述減法器204的輸出端與余差放大器205的輸入端相連。請一并參考圖I和圖2，現(xiàn)有的流水線ADC的各子級101在采樣周期和放大周期之間交替工作來完成模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，具體地，以第i子級(STAGEi) 200為例做示范性說明，輸入電壓信號首先由采樣保持電路201采樣，在采樣周期，采樣的信號由STAGEi中的子模數(shù)轉(zhuǎn)換器202處理，產(chǎn)生Bi+r位數(shù)字碼，該數(shù)字碼被送入延時同步寄存器陣列102的同時送入STAGEi200中的子數(shù)模轉(zhuǎn)換器203重新轉(zhuǎn)換為模擬信號，并在減法器204中與原始的輸入電壓信號相減，相減的結(jié)果為余差，所述余差信號在余差放大器乘以2rl，再被送入到下一子級STAGEi+1處理，該過程一直重復(fù)到STAGEk級。各級所產(chǎn)生的Bk位數(shù)字碼送入延時同步寄存器陣列102進(jìn)行延時對準(zhǔn)，然后經(jīng)數(shù)字糾錯模塊103進(jìn)行糾錯處理后輸出最終的數(shù)字碼。但是，現(xiàn)有的流水線ADC的各子級101的余差放大器205只在放大周期工作，在采樣周期對流水線ADC并不起任何作用卻要消耗直流功耗，且現(xiàn)有的每個子級都具有一個余差放大器205，導(dǎo)致流水線ADC占用的芯片面積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種共享余差放大器的流水線ADC結(jié)構(gòu)。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種流水線ADC結(jié)構(gòu)，包括相鄰的兩個子級；所述兩個子級輪流共用一個放大器，且所述放大器在第一時序工作于后一子級，在第二時序工作于前一子級，且第一時序與第二時序不同?？蛇x的，所述子級包括
第一節(jié)點(diǎn)；采樣單元，用于將所述第一節(jié)點(diǎn)的電位抬升至殘差電壓；比較單元，用于將第一節(jié)點(diǎn)的電位由殘差電壓放大至第二電壓，并將所述第二電壓作為傳輸至下一子級并作為其殘差電壓，所述第二電壓與殘差電壓成倍數(shù)關(guān)系?？蛇x的，所述倍數(shù)為3?？蛇x的，所述采樣單元與比較單元共用第一電容和第二電容。可選的，所述采樣單元包括并聯(lián)的第一支路和第二支路；所述第一支路包括串聯(lián)的第一電容與第一開關(guān)；第二支路包括串聯(lián)的第二電容與第二開關(guān)；所述第一節(jié)點(diǎn)位于第二開關(guān)與第二電容之間； 所述采樣單元的輸入電壓輸入前一級的殘差電壓，所述采樣單元的輸入電壓經(jīng)由第一支路和第二支路并聯(lián)的節(jié)點(diǎn)處輸入?？蛇x的，所述采樣單元還包括穩(wěn)定電壓輸入端，所述穩(wěn)定電壓輸入端經(jīng)由第三開關(guān)與并聯(lián)的所述第一支路與第二支路串聯(lián)，所述穩(wěn)定電壓輸入端用于輸入穩(wěn)定電壓。穩(wěn)定電壓輸入端，所述穩(wěn)定電壓輸入端經(jīng)由第三開關(guān)與并聯(lián)的所述第一支路與第二支路串聯(lián)，所述穩(wěn)定電壓用于輸入穩(wěn)定電壓。可選的，所述比較單元包括依次串聯(lián)的參考電壓開關(guān)、第一電容和第二電容，所述比較單元的輸入電壓經(jīng)由所述參考電壓開關(guān)輸入。可選的，所述參考電壓開關(guān)數(shù)量至少為I?？蛇x的，所述參考電壓開關(guān)數(shù)量為3?？蛇x的，所述參考電壓開關(guān)包括并聯(lián)的第一參考電壓開關(guān)、第二參考電壓開關(guān)和第三參考電壓開關(guān)，所述第一參考電壓開關(guān)、第二參考電壓開關(guān)和第三參考電壓開關(guān)的非并聯(lián)端分別輸入第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓作為所述比較單元的輸入電壓，所述第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓與前一級殘差電壓相關(guān)?？蛇x的，所述比較單元還包括放大器；所述第一電容的一端與第二電容一端相連且所述連接端為第二節(jié)點(diǎn)，所述第二節(jié)點(diǎn)與第四開關(guān)的一端相連，所述第四開關(guān)的另一端與放大器的正輸入端經(jīng)由第四開關(guān)電連接至串聯(lián)的所述第一電容和所述第二電容之間；第一節(jié)點(diǎn)與第五開關(guān)的一端相連，所述第五開關(guān)的另一端與放大器的負(fù)輸出端相連；在采樣單元工作的時候，所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)閉合，所述參考電壓開關(guān)、第四開關(guān)和第五開關(guān)斷開；在比較單元工作的時候，所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)斷開，所述參考電壓開關(guān)、第四開關(guān)和第五開關(guān)閉合?？蛇x的，所述子級還包括與所述采樣單元鏡像對稱的鏡像采樣單元以及與所述比較單元鏡像對稱的鏡像比較單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過相鄰的兩個子級輪流共用一個放大器，且所述放大器在第一時序用于前一子級，在第二時序用于后一子級，且第一時序與第二時序不同；來提高放大器的利用率，降低本發(fā)明流水線ADC結(jié)構(gòu)的功耗，進(jìn)一步的，本發(fā)明的所述采樣單元與比較單元共用第一電容和第二電容，降低流水線ADC結(jié)構(gòu)占用芯片的面積。
進(jìn)一步的，本發(fā)明流水線ADC結(jié)構(gòu)的子級具有采樣單元，比較單元，與所述采樣單元鏡像對稱的鏡像采樣單元，以及與所述比較單元鏡像對稱的鏡像比較單元，能夠降低流水線ADC結(jié)構(gòu)的誤差。


圖I為現(xiàn)有的流水線ADC的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的流水線ADC的子級電路結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的子級示意圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的流水線ADC的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的流水線ADC的各子級的余差放大器只在放大周期工作，在采樣周期對流水線ADC并不起任何作用卻要消耗直流功耗，且現(xiàn)有的每個子級都具有一個余差放大器，導(dǎo)致流水線ADC占用的芯片面積大。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種優(yōu)化的流水線ADC結(jié)構(gòu)，包括相鄰的兩個子級，所述兩個子級輪流共用一個放大器，且所述放大器在第一時序用于前一子級，在第二時序用于后一子級，且第一時序與第二時序不同。具體的，請參考圖3，每一子級300包括第一節(jié)點(diǎn)301 ；采樣單元302，用于將所述第一節(jié)點(diǎn)301的電位抬升至殘差電壓；比較單元303，用于將殘差電壓放大至第二電壓，并將所述第二電壓作為下一子級的殘差電壓傳輸至下一子級，所述第二電壓與殘差電壓成倍數(shù)關(guān)系。需要說明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)具體流水線ADC結(jié)構(gòu)的需求選擇具體的倍數(shù)關(guān)系，例如可以為3倍、2倍、5倍、10倍...，在此特意說明，不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 還需要說明的是，在本實(shí)施例中，所述采樣單元與比較單元共用第一電容和第二電容來實(shí)現(xiàn)采樣單元302的用于將所述第一節(jié)點(diǎn)301的電位抬升至殘差電壓功能，以及比較單元303的用于將殘差電壓放大至第二電壓，并將所述第二電壓作為下一子級的殘差電壓傳輸至下一子級的功能。其中，請參考圖4，所述采樣單元302包括第一支路和與第一支路并聯(lián)的第二支路。所述第一支路包括第一開關(guān)401、與第一開關(guān)401串聯(lián)的第一電容501。所述第二支路包括第二開關(guān)402、與第二開關(guān)402串聯(lián)的第二電容502。所述第一節(jié)點(diǎn)603位于第二開關(guān)402與第二電容502之間。所述采樣單元302的輸入電壓輸入前一級的殘差電壓，所述采樣單元302的輸入電壓經(jīng)由第一支路和第二支路并聯(lián)的節(jié)點(diǎn)601處輸入。進(jìn)一步的，所述采樣單元302還包括與所述第一支路與第二支路并聯(lián)的另一端連接的第三開關(guān)403。所述采樣單元302包括還包括穩(wěn)定電壓(Vd)輸入端，所述穩(wěn)定電壓輸入端經(jīng)由第三開關(guān)403與并聯(lián)的所述第一支路與第二支路串聯(lián)，所述穩(wěn)定電壓輸入端輸入穩(wěn)定電壓Vd,所述穩(wěn)定電壓Vd用于在米樣階段穩(wěn)定第一電容501和第二電容502之間的電位。請依舊參考圖4，所述比較單元303包括依次串聯(lián)的參考電壓開關(guān)700、第一電容501、第二電容502。所述參考電壓開關(guān)700的數(shù)量至少為1，在本實(shí)施例中，所述參考電壓開關(guān)700數(shù)量為3,依次為第一參考電壓開關(guān)701、第二參考電壓開關(guān)與第三參考電壓開關(guān)。作為一實(shí)施例，請參考圖4，所述比較單元303包括第一參考電壓開關(guān)701、第二參考電壓開關(guān)702與第三參考電壓開關(guān)703并聯(lián)，并依次串聯(lián)第一電容501和第二電容502 ;所述第一電容501與第二電容502的連接端為第二節(jié)點(diǎn)602，所述第二節(jié)點(diǎn)602與第四開關(guān)404的一端相連，所述第四開關(guān)404的另一端與放大器800的正輸入端相連；所述第二電容502的另一端為第三節(jié)點(diǎn)603，所述第三節(jié)點(diǎn)603與第五開關(guān)405的一端相連，所述第五開關(guān)405的另一端與放大器800的負(fù)輸出端相連。 具體的，當(dāng)流水線ADC結(jié)構(gòu)工作在第一時序時，第一開關(guān)401、第二開關(guān)402和第三開關(guān)403閉合，所述參考電壓開關(guān)、第四開關(guān)404和第五開關(guān)405斷開；第一節(jié)點(diǎn)601接受該子級的前一子級輸入的殘差電壓，穩(wěn)定電壓(Vd)輸入端保持恒定電位，例如為0電位，使得所述第一節(jié)點(diǎn)的電位抬升至殘差電壓，需要說明的是，在第一時序時，放大器800工作在該子級相鄰的后一子級900的放大單元。當(dāng)流水線ADC結(jié)構(gòu)工作在第二時序時，所述第一開關(guān)401、第二開關(guān)402、第三開關(guān)403斷開，第四開關(guān)404和第五開關(guān)405閉合，第一參考電壓開關(guān)701、第二參考電壓開關(guān)702與第三參考電壓開關(guān)703會擇一閉合，殘差電壓依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸入至閉合的參考電壓開關(guān)；由于在第一時序時，所述第一電容501的一個極板的電壓為殘差電壓，當(dāng)?shù)诙r序時，依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的殘差電壓加載至所述第一電容501,使得第二節(jié)點(diǎn)602的電位為依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的殘差電壓與殘差電壓之和，即實(shí)現(xiàn)對所述殘差電壓和依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的殘差電壓進(jìn)行比較；在所述殘差電壓和依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的殘差電壓進(jìn)行比較時，放大器800會對第一電容501供給電荷，使得第二節(jié)點(diǎn)602的電位抬升至依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的殘差電壓與殘差電壓之和；由于在第一時序，所述第二電容502的一個極板的電壓為殘差電壓，當(dāng)?shù)诙?jié)點(diǎn)602的電位抬升至依次經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換后的殘差電壓與殘差電壓之和，第三節(jié)點(diǎn)603的電位被抬升至殘差電壓的3倍，在此過程中，放大器800會對第二電容502供給電荷；當(dāng)?shù)谌?jié)點(diǎn)603的電位被抬升至殘差電壓的3倍，即完成對所述殘差電壓的放大，放大后的殘差電壓被加載至后一子級，需要說明的是，在所述放大器800工作在第二時序，而與該子級相鄰的后一子級900的采樣單元在第二時序工作。請參考圖4,所述子級包括采樣單元302 ；比較單元303 ；與所述采樣單元鏡像對稱的鏡像采樣單元302’ ；以及與所述比較單元鏡像對稱的鏡像比較單元303’。其中，采樣單元302與比較單元303可以參照之前實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，而在本實(shí)施例提供的子級，所述鏡像采樣單元302’與所述采樣單元302為鏡像關(guān)系，所述鏡像比較單元303’與所述比較單元303為鏡像關(guān)系。在現(xiàn)有的技術(shù)中，所述殘差電壓具有2路信號第一殘差電壓INP和第二殘差電壓INN，且第一殘差電壓INP與第二殘差電壓INN具有180度的相位差，為了能夠降低流水線ADC結(jié)構(gòu)的誤差，本實(shí)施例中采用包括采樣單元302 ;比較單元303 ;與所述采樣單元鏡像對稱的鏡像采樣單元302’ ；以及與所述比較單元鏡像對稱的鏡像比較單元303’的結(jié)構(gòu)，在采樣單元302和比較單元303中輸入第一殘差電壓INP，在鏡像采樣單元302’和鏡像比較單元303’輸入與第一殘差電壓INP相位相差180度的第二殘差電壓INN，從而使得流水線ADC結(jié)構(gòu)的誤差較小。 本發(fā)明通過相鄰的兩個子級輪流共用一個放大器，且所述放大器在第一時序用于前一子級，在第二時序用于后一子級，且第一時序與第二時序不同；來提高放大器的利用率，降低本發(fā)明流水線ADC結(jié)構(gòu)的功耗，進(jìn)一步的，本發(fā)明的所述采樣單元與比較單元共用第一電容和第二電容，降低流水線ADC結(jié)構(gòu)占用芯片的面積，更佳的，本發(fā)明流水線ADC結(jié)構(gòu)的子級具有采樣單元，比較單元，與所述采樣單元鏡像對稱的鏡像采樣單元，以及與所述比較單元鏡像對稱的鏡像比較單元，能夠降低流水線ADC結(jié)構(gòu)的誤差。 本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。權(quán)利要求
1.一種流水線ADC結(jié)構(gòu)，包括 相鄰的兩個子級； 其特征在于， 所述兩個子級輪流共用一個放大器，且所述放大器在第一時序工作于后一子級，在第二時序工作于前一子級，且第一時序與第二時序不同。
2.如權(quán)利要求I所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述子級包括 第一節(jié)點(diǎn)； 采樣單元，用于將所述第一節(jié)點(diǎn)的電位抬升至殘差電壓； 比較單元，用于將第一節(jié)點(diǎn)的電位由殘差電壓放大至第二電壓，并將所述第二電壓作為傳輸至下一子級并作為其殘差電壓，所述第二電壓與殘差電壓成倍數(shù)關(guān)系。
3.如權(quán)利要求2所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述倍數(shù)為3。
4.如權(quán)利要求2所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述采樣單元與比較單元共用第一電容和第二電容。
5.如權(quán)利要求4所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述采樣單元包括并聯(lián)的第一支路和第二支路；所述第一支路包括串聯(lián)的第一電容與第一開關(guān)；第二支路包括串聯(lián)的第二電容與第二開關(guān)； 所述第一節(jié)點(diǎn)位于第二開關(guān)與第二電容之間； 所述米樣單兀的輸入電壓輸入前一級的殘差電壓，所述米樣單兀的輸入電壓經(jīng)由第一支路和第二支路并聯(lián)的節(jié)點(diǎn)處輸入。
6.如權(quán)利要求5所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述采樣單元還包括 穩(wěn)定電壓輸入端，所述穩(wěn)定電壓輸入端經(jīng)由第三開關(guān)與并聯(lián)的所述第一支路與第二支路串聯(lián)，所述穩(wěn)定電壓輸入端用于輸入穩(wěn)定電壓。穩(wěn)定電壓輸入端，所述穩(wěn)定電壓輸入端經(jīng)由第三開關(guān)與并聯(lián)的所述第一支路與第二支路串聯(lián)，所述穩(wěn)定電壓用于輸入穩(wěn)定電壓。
7.如權(quán)利要求4所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述比較單元包括依次串聯(lián)的參考電壓開關(guān)、第一電容和第二電容，所述比較單元的輸入電壓經(jīng)由所述參考電壓開關(guān)輸入。
8.如權(quán)利要求7所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述參考電壓開關(guān)數(shù)量至少為Io
9.如權(quán)利要求8所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述參考電壓開關(guān)數(shù)量為3。
10.如權(quán)利要求9所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述參考電壓開關(guān)包括并聯(lián)的第一參考電壓開關(guān)、第二參考電壓開關(guān)和第三參考電壓開關(guān)，所述第一參考電壓開關(guān)、第二參考電壓開關(guān)和第三參考電壓開關(guān)的非并聯(lián)端分別輸入第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓作為所述比較單元的輸入電壓，所述第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓與前一級殘差電壓相關(guān)。
11.如權(quán)利要求8所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述比較單元還包括放大器；所述第一電容的一端與第二電容一端相連且所述連接端為第二節(jié)點(diǎn)，所述第二節(jié)點(diǎn)與第四開關(guān)的一端相連，所述第四開關(guān)的另一端與放大器的正輸入端經(jīng)由第四開關(guān)電連接至串聯(lián)的所述第一電容和所述第二電容之間；第一節(jié)點(diǎn)與第五開關(guān)的一端相連，所述第五開關(guān)的另一端與放大器的負(fù)輸出端相連；在采樣單元工作的時候，所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)閉合，所述參考電壓開關(guān)、第四開關(guān)和第五開關(guān)斷開； 在比較單元工作的時候，所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)斷開，所述參考電壓開關(guān)、第四開關(guān)和第五開關(guān)閉合。
12.如權(quán)利要求2所述的流水線ADC結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述子級還包括與所述采樣單元鏡像對稱的鏡像采樣單元以及與所述比較單元鏡像對稱的鏡像比較單元。
全文摘要
一種流水線ADC結(jié)構(gòu)，包括相鄰的兩個子級，所述兩個子級輪流共用一個放大器，且所述放大器在第一時序用于后一子級，在第二時序用于前一子級，且第一時序與第二時序不同。本發(fā)明提供的流水線ADC結(jié)構(gòu)占用的芯片面積小，功耗低。
文檔編號H03M1/12GK102739253SQ20111008245
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者李琛, 陳亮 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司