10位流水线模数转换器

摘要

本发明公开了一种10位流水线模数转换器，各1.5位级模块包括采样保持电路一和二以及带有两组差分输入端的运算放大器。各级模块包括采样保持模式一和二两种工作模式，在两种工作模式中，采样保持电路一和二交替工作在采样模式和放大模式。数字校正电路采用逐级运算的方式将运算分配到进行数字码同步的各级第二子电路中，不需要采用加法器，而采用与非门、或非门、倒相器和D触发器就能构成。本发明能同时实现10位高精度200MHz的高速，能够广泛应用于数字通信系统、数据采集系统以及视频系统中。

主权项

一种10位流水线模数转换器，其特征在于，10位流水线模数转换器包括由9个级模块组成的流水线模数转换结构，第1至8级级模块都分别为1.5位级模块，第9级级模块为2位闪速模数转换器；各所述1.5位级模块都包括一模拟信号输入端、数字信号输出端和模拟信号输出端；第一级所述级模块的模拟信号输入端连接外部模拟信号，第一级外的其它各级所述级模块的模拟信号输入端连接上一级所述级模块的模拟信号输出端；各所述1.5位级模块包括子模数转换器和余量增益电路，各所述1.5位级模块的子模数转换器将输入模拟信号转换为数字信号输出；各所述1.5位级模块的余量增益电路包括子数模转换器、采样保持电路一、采样保持电路二和运算放大器；所述子数模转换器将输出的所述数字信号转化成中间模拟信号，各所述1.5位级模块的余量增益电路将所述输入模拟信号和所述中间模拟信号相减后得到模拟信号余量并通过所述运算放大器将该模拟信号余量放大后形成输出模拟信号；所述运算放大器包括两组差分输入端，第一组差分输入端的输入管分别和第一开关管串联，所述第一开关管通过第一时钟信号进行开关切换；第二组差分输入端的输入管分别和第二开关管串联，所述第二开关管通过第二时钟信号进行开关切换，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号为互不交叠时钟信号；所述采样保持电路一的输出端连接到所述第一组差分输入端，所述采样保持电路二的输出端连接到所述第二组差分输入端；各所述1.5位级模块的余量增益电路包括采样保持模式一和采样保持模式二两种工作模式，两种工作模式由所述第一时钟信号和所述第二时钟信号进行切换；在所述采样保持模式一时，所述第一组差分输入端的输入管和所述第一开关管接通，所述第二组差分输入端的输入管和所述第二开关管断开，所述采样保持电路二工作在采样模式、所述采样保持电路一工作在放大模式，所述运算放大器通过所述第一组差分输入端将所述采样保持电路一采样得到的所述输入模拟信号和所述中间模拟信号相减后得到模拟信号余量并进行放大后形成输出模拟信号；在所述采样保持模式二时，所述第二组差分输入端的输入管和所述第二开关管接通，所述第一组差分输入端的输入管和所述第一开关管断开，所述采样保持电路一工作在采样模式、所述采样保持电路二工作在放大模式，所述运算放大器通过所述第二组差分输入端将所述采样保持电路二采样得到的所述输入模拟信号和所述中间模拟信号相减后得到模拟信号余量并进行放大后形成输出模拟信号；所述10位流水线模数转换器还包括数字校正电路；第n级级模块的子模数转换器输出的数字信号为2位且分别为D_2m和D_2m‑1，n为1～9中的任意一个整数值，m为10‑n；所述数字校正电路由9级第二子电路组成，第n级第二子电路的输入端输入所述第n级级模块输出的2位数据D_2m和D_2m‑1，其中，n为1～8中的任意一个整数值；第9级第二子电路的输入端输入数据D₂；所述第n级第二子电路的输入端还输入第n‑1级第二子电路的输出数据，其中，n为2～9中的任意一个整数值；所述数字校正电路输出10位的量化数据，各位量化数据表示为Q_n，n为1～10中的任意一个整数值；由第9级所述第二子电路输出量化数据Q₂～Q₁₀，量化数据Q₁取为数据D₁；所述第9级第二子电路输出的量化数据Q₁₀为：Q₁₀＝A_10,2+B_10,2D₂，其中，A_10，2和B_10，2由第8级第二子电路输出的量化数据Q₁₀的系数；各所述第n级第二子电路输出的量化数据Q₁₀的系数为：$A_{10,m}=\left\{\begin{array}{cc}{A}_{10,m+1}+B_{10,m+1}{D}_{2m}& (m=\mathrm{2,3},...,7)\\ D_{18}+D_{17}{D}_{16}& (m=8)\end{array}\right.$$B_{10,m}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_{10,m+1}\overline{D_{2m}}{D}_{2m-1}& (m=\mathrm{3,4},...,7)\\ B_{\mathrm{10,3}}{D}_3& (m=2)\\ D_{17}\overline{D_{16}}{D}_{15}& (m=8)\end{array}\right.$所述第9级第二子电路输出的量化数据Q_k为：其中，k为3～9中的任意一个整数值，A_k，2、B_k，2和B_k，2为由所述第8级第二子电路输出的量化数据Q_k的系数；各所述第n级第二子电路输出的量化数据Q_k的系数为：$A_{k,m}=\left\{\begin{array}{cc}{D}_{2m+1}\overline{D_{2m}}& (m=k-1)\\ A_{k,m+1}\overline{D_{2m}}& (m=\mathrm{2,3},...k-2)\end{array}\right.$$B_{k,m}=\left\{\begin{array}{cc}{D}_{2m+1}\overline{D_{2m}}\overline{D_{2m-1}}+\overline{D_{2m+1}}{D}_{2m}& (m=k-1)\\ A_{k,m+1}\overline{D_{2m}}\overline{D_{2m-1}}+B_{k,m+1}+E_{k,m+1}{D}_{2m}& (m=\mathrm{2,3},...k-2)\end{array}\right.$$E_{k,m}=\left\{\begin{array}{cc}\overline{D_{2m+1}}\overline{D_{2m}}{D}_{2m-1}& (m=k-1)\\ E_{k,m+1}\overline{D_{2m}}{D}_{2m-1}& (m=\mathrm{3,4},...k-2)\\ E_{k,3}{D}_3& (m=2)\end{array}\right.$所述第9级第二子电路输出的量化数据Q₂为：