模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及用于校準(zhǔn)其偏移的校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括：電阻鏈、多個(gè)前置放大器和多個(gè)動(dòng)態(tài)比較器。每個(gè)前置放大器根據(jù)差分模擬輸入信號(hào)對(duì)以及來自電阻鏈的第一參考電壓和第二參考電壓提供差分模擬輸出對(duì)，其中，第一參考電壓不同于第二參考電壓。每個(gè)動(dòng)態(tài)比較器根據(jù)前置放大器的差分模擬輸出對(duì)提供第一比較信號(hào)和第二比較信號(hào)。每個(gè)前置放大器包括：第一校準(zhǔn)單元，用于在特定溫度處，在差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自所述前置放大器的第一偏移電壓；以及第二校準(zhǔn)單元，用于在差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器的第二偏移電壓。采用本發(fā)明，可以對(duì)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的偏移電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，從而提高模數(shù)轉(zhuǎn)換精度。
【專利說明】
模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器w及用于校準(zhǔn)其偏移的校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電子技術(shù)領(lǐng)域，更特別地，設(shè)及模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器W及用于校準(zhǔn)模擬 至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的偏移的校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter, ADC)廣泛使用于各 種各樣的應(yīng)用中，如醫(yī)療系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備、通信系統(tǒng)W及圖像和視頻系 統(tǒng)。最常見的ADC結(jié)構(gòu)包括閃存（flash)ADC、管道（pipeline)ADC W及逐次逼近寄存器 (approximation register, SAR)ADC，其中，閃存 ADC 和管道 ADC 比 SAR ADC 更快。
[000引高速Oii曲-speed)低分辨率（low-resolution)閃存ADC廣泛使用于電流電路系 統(tǒng)中，如用于硬盤驅(qū)動(dòng)器讀取通道（disk化ive read channels)、DVD回放、通信接收機(jī)系 統(tǒng)的運(yùn)些。通常，ADC將連續(xù)量（如電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示（如表示該電壓的二進(jìn)制碼）。 理論上，理想的ADC具有一對(duì)一的映射，也被稱為它的傳遞函數(shù)（transfer化nction)。例 如，理想的ADC將唯一（unique)的電壓值轉(zhuǎn)換為唯一的數(shù)字碼。環(huán)境變化會(huì)出現(xiàn)非理想因 素，如電源供應(yīng)電壓或操作溫度的變化、或操作變化（如輸入信號(hào)電壓、轉(zhuǎn)換器分辨率或偏 移誤差的變化）。
[0004] ADC可W包括用于將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的多個(gè)比較器。為了精確地轉(zhuǎn) 換模擬數(shù)據(jù)，即使存在"偏移"，比較器也需要從理想的操作上表現(xiàn)出很小的電氣變化 (electrical variation)。許多源存在包括兩個(gè)裝置（如晶體管、電阻、電容器等等）之間 不匹配的偏移，雖然意指他們是相同的，但由于受制造工藝的限制會(huì)或多或少的不相同。
[0005] 因此，在閃存ADC中使用耐溫性（temperature resistance)的偏移補(bǔ)償是有需要 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器W及用于校準(zhǔn)模擬 至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的偏移的校準(zhǔn)方法，W解決上述問題。
[0007] 在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括：電阻鏈、多個(gè)前置放大 器W及與該多個(gè)前置放大器禪接的多個(gè)動(dòng)態(tài)比較器。其中，電阻鏈包括多個(gè)電阻；每個(gè)前置 放大器根據(jù)差分模擬輸入信號(hào)對(duì)W及來自電阻鏈的第一參考電壓和第二參考電壓提供差 分模擬輸出對(duì)，其中，第一參考電壓不同于第二參考電壓。每個(gè)動(dòng)態(tài)比較器根據(jù)相應(yīng)的前置 放大器的差分模擬輸出對(duì)提供第一比較信號(hào)和第二比較信號(hào)。每個(gè)前置放大器包括第一校 準(zhǔn)單元和第二校準(zhǔn)單元，第一校準(zhǔn)單元用于在特定溫度處校準(zhǔn)前置放大器在差分模擬輸出 對(duì)上所產(chǎn)生的第一偏移電壓；W及第二校準(zhǔn)單元用于校準(zhǔn)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器在差分模擬輸 出對(duì)上所產(chǎn)生的第二偏移電壓。
[0008] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于校準(zhǔn)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的偏移的校準(zhǔn)方 法，該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)前置放大器和至少一個(gè)動(dòng)態(tài)比較器，其中，該前置放 大器根據(jù)差分模擬輸入信號(hào)對(duì)、第一參考電壓和第二參考電壓提供差分模擬輸出對(duì)；該動(dòng) 態(tài)比較器根據(jù)差分模擬輸出對(duì)提供第一比較信號(hào)和第二比較信號(hào)。通過前置放大器的第一 校準(zhǔn)單元，在特定溫度處，在差分輸出模擬對(duì)上校準(zhǔn)來自前置放大器的第一偏移電壓。通過 前置放大器的第二校準(zhǔn)單元，在差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自動(dòng)態(tài)比較器的第二偏移電壓。
[0009] 采用本發(fā)明，通過對(duì)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的偏移進(jìn)行校準(zhǔn)，可W提高模擬至數(shù)字轉(zhuǎn) 換器的轉(zhuǎn)換精確。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器100的示意圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的前置放大器210和動(dòng)態(tài)比較器 230之間的連接原理圖；
[0012] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的副本放大器300的示意圖；
[0013] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種前置放大器400的示意圖；
[0014] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種校準(zhǔn)方法的示意圖；
[0015] 圖6是根據(jù)圖5的步驟S510提供的一種說明圖3的前置放大器的校準(zhǔn)的原理圖；
[0016] 圖7是根據(jù)圖5的步驟S520提供的一種說明圖3的前置放大器的校準(zhǔn)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] W下描述為本發(fā)明實(shí)施的較佳實(shí)施例。W下實(shí)施例僅用來例舉闡釋本發(fā)明的技術(shù) 特征，并非用來限制本發(fā)明的范疇。在通篇說明書及W下權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯 來指稱特定的元件。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同樣 的元件。本說明書及權(quán)利要求書并不W名稱的差異來作為區(qū)別元件的方式，而是W元件在 功能上的差異來作為區(qū)別的基準(zhǔn)。本發(fā)明中使用的術(shù)語"元件"、"系統(tǒng)"和"裝置"可W是 與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，其中，該計(jì)算機(jī)可W是硬件、軟件、或硬件和軟件的結(jié)合。在W下描述 和權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的術(shù)語"包含"和"包括"為開放式用語，故應(yīng)解釋成"包含，但不 限定于…"的意思。此外，術(shù)語"禪接"意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個(gè) 裝置禪接于另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接于該另一裝置，或者透過其它裝置或 連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。
[0018] 其中，除非另有指示，各附圖的不同附圖中對(duì)應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)通常設(shè)及相應(yīng)的部 分。所繪制的附圖清楚地說明了實(shí)施例的相關(guān)部分且并不一定是按比例繪制。
[0019] 下面的描述是實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)現(xiàn)方式。該描述的目的用于說明本發(fā)明的一般 原則且不應(yīng)當(dāng)被看作具有限制意義。本發(fā)明的范圍最好引用所附加的權(quán)利要求書來決定。
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter, ADC) 100 的示意圖。ADC 100 包括電阻鏈（resistor chain) 110、放大 器電路（amplifier circuit) 120、比較器電路（amplifier circuit) 130、插值器電 路（inte巧olator cir州it) 140、編碼器（encoder) 150 W 及副本放大器（replica amplifier) 160。在本實(shí)施例中，ADC 100能夠?qū)⒉罘帜M輸入信號(hào)對(duì)（vip/vin)轉(zhuǎn)換為η 位數(shù)字信號(hào)值）。電阻鏈110是由多個(gè)電阻（resistor)R形成的。多個(gè)電阻R在電壓VR1 和電壓VR2之間串聯(lián)禪合，其中，電阻鏈110能夠給放大器電路120提供位于電壓VR1和電 壓VR2之間的不同分壓（divided voltage)。進(jìn)一步地，放大器電路120根據(jù)來自電阻鏈 110的分壓，對(duì)所述差分模擬輸入信號(hào)對(duì)（vip/vin) (vip和vin的振幅相等但相位相反）進(jìn) 行放大W提供多個(gè)差分模擬輸出對(duì)（outp比:0]/outn比:0])，其中，放大器電路120包括多 個(gè)前置放大器（pre-amplifier) 125_0-125-k。例如，前置放大器125_0根據(jù)相應(yīng)的分壓和 所述差分模擬輸入信號(hào)對(duì)（vip/vin)提供一個(gè)差分模擬輸出對(duì)（outp[0]/outn[0])。進(jìn)一 步地，比較器電路130包括多個(gè)動(dòng)態(tài)比較器（dynamic comparator) 135_〇-135-k。動(dòng)態(tài)比較 器135_0-135-k中的每一個(gè)動(dòng)態(tài)比較器禪接于相應(yīng)的前置放大器，且對(duì)該相應(yīng)的前置放大 器的差分模擬輸出對(duì)進(jìn)行比較W提供比較信號(hào)對(duì)（為方便描述，可W將比較信號(hào)對(duì)描述為 "第一比較信號(hào)V0P"和"第二比較信號(hào)von",其中，"第一比較信號(hào)V0P"和"第二比較信號(hào) von"中的一個(gè)為比較結(jié)果，且von二νορ ,即νορ為1時(shí)，von為0 ;vop為0時(shí)，von為1)。例如， 動(dòng)態(tài)比較器135_0禪接于前置放大器125_0,且動(dòng)態(tài)比較器135_0對(duì)前置放大器125_0的差 分模擬輸出對(duì)（0U化[0]/outn[0])進(jìn)行比較，W提供一個(gè)比較信號(hào)對(duì)（vop[0]/von[0])。此 夕F，插值器電路140包括多個(gè)插值器（inte巧olator) 145_〇-145_h。多個(gè)插值器145_〇-145_ h中的每個(gè)插值器禪接于兩個(gè)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器，且根據(jù)運(yùn)兩個(gè)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器的比較 信號(hào)對(duì)產(chǎn)生一個(gè)插值信號(hào)（inte巧olating si即日1)。例如，插值器145_0根據(jù)動(dòng)態(tài)比較器 135_0的比較信號(hào)對(duì)vop[0]/von[0]和動(dòng)態(tài)比較器135_1的比較信號(hào)對(duì)vop[l]/von[l]提 供一個(gè)插值信號(hào)qi [0]。為方便描述，本發(fā)明實(shí)施例中將多個(gè)插值器145_0-145_h所產(chǎn)生的 多個(gè)插值信號(hào)表示為qi比:0]。接下來，編碼器150根據(jù)該多個(gè)插值信號(hào)qi比:0]提供數(shù)字 輸出D虹:0]，其中，m = n-1。在本實(shí)施例中，副本放大器160(如復(fù)制有放大器電路120中 的各前置放大器的特性）能夠給放大器電路120的前置放大器125_0-125-k提供補(bǔ)償電流 Igm，W校準(zhǔn)差分模擬輸出對(duì)饑1化比:0]/outn比:0]上的偏移電壓（offset voltage),其中， 副本放大器160產(chǎn)生具有特定耐溫性（如在一個(gè)特定的溫度）的補(bǔ)償電流Igm。換句話說， 補(bǔ)償電流Igm隨溫度變化。
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的前置放大器210和動(dòng)態(tài)比 較器230之間的連接示意圖。在本實(shí)施例中，前置放大器210可W是圖1的前置放 大器125_0-125-k中的其中一個(gè)，W及，動(dòng)態(tài)比較器230可W是與圖1的動(dòng)態(tài)比較器 125_0-125-k中的該其中一個(gè)前置放大器相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器。在圖2中，前置放大器210 通過輸入端（ip和in)接收差分模擬輸入信號(hào)對(duì)（vip/vin) W及通過輸入端（巧和rn)接 收來自電阻鏈（如圖1的110)的一對(duì)參考電壓（vrp/vrn)，W提供差分模擬輸出對(duì)（outp/ outn)。應(yīng)當(dāng)指出的是，參考電壓vrp("第一參考電壓"）不同于參考電壓vrn("第二參考 電壓")，例如，vrp與vrn為互為相反數(shù)的兩電壓，其數(shù)值相等但符號(hào)相反，即vrp+vrn = 0， I V巧 I I = I I vrn I I，女曰 V巧=0. 5v 時(shí)，vrn = -0. 5v。此夕F，交換單元（swapping unit) 220 設(shè)置在前置放大器210和動(dòng)態(tài)比較器230之間，且能夠根據(jù)開關(guān)信號(hào)（switch signal) SW 交換（swap)所述差分模擬輸出對(duì)（outp/outn)。例如，若交換單元220被開關(guān)信號(hào)SW禁用 (dis油le)(如在正常模式下），則差分輸出OU化被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器230的輸入端IN1，且 差分輸出outn被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器230的輸入端IN2。相反地，若交換單元220被開關(guān)信 號(hào)SW啟用（en油le)(如在交換模式下），則差分輸出OU化被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器230的輸 入端IN2,且差分輸出outn被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器230的輸入端IN1，即被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器 230的所述差分模擬輸出對(duì)（OU化/outn)被交換了。當(dāng)動(dòng)態(tài)比較器230接收到所述差分模 擬輸出對(duì)（ou化/outn)時(shí)，對(duì)所述差分模擬輸出對(duì)（ou化/outn)進(jìn)行比較W提供比較信號(hào) 對(duì)（νορ/νοη)，其中，wn二而。通常，模擬電路上的晶體管不匹配將引起偏移誤差。因此， 前置放大器210中輸入差分對(duì)晶體管的闊值電壓（"第一闊值電壓"）不匹配會(huì)引起偏移電 壓Vosl ("第一偏移電壓")，且動(dòng)態(tài)比較器230中輸入差分對(duì)晶體管的闊值電壓（"第二闊 值電壓"）不匹配會(huì)引起偏移電壓V〇s2("第二偏移電壓")。假設(shè)前置放大器210的增益為 "A"，則在前置放大器210上的總輸入偏移電壓將會(huì)等于（Vosl+Vos2/A)，其中，增益A是根 據(jù)前置放大器210的跨導(dǎo)gm和阻抗RI獲得的（即A = gmX RI)，跨導(dǎo)gm具有大的溫度系數(shù)； 在前置放大器的差分輸出模擬信號(hào)對(duì)上產(chǎn)生的總輸出偏移電壓將會(huì)等于（V〇sl*A+Vos2)， 從而，前置放大器在差分輸出模擬對(duì)上所產(chǎn)生的偏移電壓受溫度變化。為了優(yōu)化ADC的線 性度，前置放大器210需要對(duì)偏移電壓Vosl和Vos2進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的副本放大器300的示意圖。副本放大器300包括電 壓產(chǎn)生器（voltage generator) 310、電流源 340、PM0S 晶體管（350、355、370、375 和 380)、 NM0S晶體管360和365、電阻385 W及比較器390。電壓產(chǎn)生器310能夠提供固定偏置電 壓Vfw且根據(jù)該偏置電壓Vfiy和一共模信號(hào)可W提供差分模擬信號(hào)對(duì)（vip_l和vin_l)， 其中，Vfu= vip_l-vin_l。電壓產(chǎn)生器310包括電阻320和電阻325, W及數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (digital-to-analog converter, DAC) 330。電阻 320 禪接在電源 V孤與 NM0S 晶體管 360 的柵極之間，W及電阻325禪接于電源VDD與NM0S晶體管365的柵極之間。DAC 330禪接 于電阻320和電阻325,其中，DAC 330根據(jù)控制信號(hào)Sda。提供固定偏置電壓V fu且將根據(jù) 該固定偏置電壓Vfu所產(chǎn)生的差分模擬信號(hào)對(duì)（即vip_l和vin_l)應(yīng)用至NM0S晶體管 360的柵極和NM0S晶體管365的柵極，W使副本放大器300根據(jù)差分模擬信號(hào)對(duì)（vip_l和 vin_l)之間的固定偏置電壓Vfu提供補(bǔ)償電流Igm，其中，控制信號(hào)Sdac由處理器提供（未 示出）。PM0S晶體管350禪接在電源VDD與NM0S晶體管360之間，W及NM0S晶體管360 禪接在PM0S晶體管350與電流源340之間。PM0S晶體管355禪接在電源VDD與NM0S晶 體管365之間，W及NM0S晶體管365禪接在PM0S晶體管355與電流源340之間。PM0S晶 體管370禪接在電源VDD與NM0S晶體管365之間，W及PM0S晶體管370的柵極和漏極禪 接在一起。PM0S晶體管375的柵極禪接至PM0S晶體管370的柵極，其中，PM0S晶體管375 能夠提供補(bǔ)償電流Igm。此外，PM0S晶體管380禪接在電源VDD與電阻385之間，W及電阻 385禪接在PM0S晶體管380和接地GND之間。此外，動(dòng)態(tài)比較器390對(duì)電阻385上的電壓 VI和參考電壓化進(jìn)行比較W獲得比較信號(hào)CMP0UT_IGM。因此，通過調(diào)整控制信號(hào)Sdac來 改變上述固定偏置電壓Vfw可W同樣改變補(bǔ)償電流IgmW及與補(bǔ)償電流I gm相對(duì)應(yīng)的電壓 VI，其中，電壓VI是根據(jù)補(bǔ)償電流Igm和電阻385的電阻R385獲得的，即VI = I^XR385。 本實(shí)施例中，在任意溫度T1處，處理器將調(diào)整控制信號(hào)Sdac來改變上述固定偏置電壓V fu， 直至比較信號(hào)CMP0UT_IGM表明電壓VI基本上等于參考電壓化，即I^XR385 =化。
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種前置放大器400的示意圖。為方便描述，W其中 一種前置放大器的結(jié)構(gòu)為例，在該前置放大器中，W晶體管為NM0S晶體管為例進(jìn)行說明， 但值得說明的是，具體實(shí)現(xiàn)中也可W通過PM0S晶體管或雙極性晶體管等基于與圖4所示結(jié) 構(gòu)的相同原理來實(shí)現(xiàn)前置放大器，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做任何限制。前置放大器400包括 電阻R1 (第一電阻）和電阻R2 (第二電阻）、NM0S晶體管（Ml、M2、M3、M4、M5和M6)、電流 源410 (第一電流源）和電流源420 (第二電流源）、化及DAC 430 (第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器或第一 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元）和DAC 440 (第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器或第二數(shù)模轉(zhuǎn)換單元）。電阻R1禪接在電源 VDD (第一節(jié)點(diǎn)）與NMOS晶體管Ml之間，W及電阻R2禪接在電源VDD與NMOS晶體管M2之 間。NMOS晶體管Ml (第一晶體管）禪接在電阻R1與電流源410之間，W及具有一個(gè)用于 接收差分模擬輸入信號(hào)vip的柵極。NMOS晶體管M2(第二晶體管）禪接在電阻R2與電流 源410之間，W及具有一個(gè)用于接收參考電壓vrp的柵極。NMOS晶體管M4(第四晶體管） 禪接在電阻R2與電流源420之間，W及具有一個(gè)用于接收差分模擬輸入信號(hào)vin的柵極。 NMOS晶體管M3 (第Ξ晶體管）禪接在電阻R1與電流源420之間，W及具有一個(gè)用于接收參 考電壓vrn的柵極。電流源410的一端禪接于NMOS晶體管M1，電流源410的另一端禪接 于接地GND (第二節(jié)點(diǎn)）；電流源420的一端禪接于NMOS晶體管M3,電流源420的另一端禪 接于接地GND (即第二節(jié)點(diǎn)）。值得說明的是，作為圖4所示的前置放大器400的變型，當(dāng) 第一節(jié)點(diǎn)禪接于電源時(shí)，則第二節(jié)點(diǎn)禪接于接地；W及，當(dāng)?shù)谝还?jié)點(diǎn)禪接于所述接地時(shí)，貝U 第二節(jié)點(diǎn)禪接于所述電源。在前置放大器400中，NMOS晶體管Ml和M2組成第一差分輸入 晶體管對(duì)，W及，NMOS晶體管M3和M4組成第二差分輸入晶體管對(duì)。NMOS晶體管M5禪接至 電阻R1，W及具有一個(gè)用于接收偏置電壓Vb的柵極。NMOS晶體管M6禪接至電阻R2, W及 具有一個(gè)用于接收偏置電壓Vb的柵極。NMOS晶體管M5和M6組成差分偏置晶體管對(duì)。DAC 430禪接至NMOS晶體管M5和M6, DAC 430能夠根據(jù)補(bǔ)償電流Igm和控制信號(hào)Ctrl 1 (第二 控制信號(hào)）來控制流過NMOS晶體管M5的電流和流過NMOS晶體管M6的電流。此外，DAC 440也禪接至NMOS晶體管M5和M6，DAC 440能夠根據(jù)控制信號(hào)Ctrl2 (第一控制信號(hào)）來 控制流過NMOS晶體管M5的電流和流過NMOS晶體管M6的電流。在本實(shí)施例中，NMOS晶體 管M5、NMOS晶體管M6化及DAC 430可W組成第一校準(zhǔn)單元，其中，在溫度T1處，第一校準(zhǔn) 單元能夠根據(jù)控制信號(hào)Ctrll和用于副本放大器（如圖3的300)的補(bǔ)償電流來校準(zhǔn)偏 移電壓Vosl (如圖2的Vosl)。此夕F，NM〇S晶體管M5、NM0S晶體管M6 W及DAC 440可W組 成第二校準(zhǔn)單元，其中，第二校準(zhǔn)單元能夠根據(jù)控制信號(hào)Ctrl2來校準(zhǔn)偏移電壓Vos2 (如圖 2 的 Vos2)。
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種校準(zhǔn)方法的示意圖，該校準(zhǔn)方法用于校準(zhǔn)ADC的 前置放大器（如圖4的400)的偏移，其中，ADC包括至少一個(gè)前置放大器和禪接于該前置 放大器的至少一個(gè)動(dòng)態(tài)比較器。首先，在步驟S510中，在特定的溫度T1處，前置放大器的 第一校準(zhǔn)單元在該前置放大器的差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自該前置放大器的第一偏移電 壓Vosl。其次，在步驟S520中，前置放大器的第二校準(zhǔn)單元在該前置放大器的差分模擬輸 出對(duì)上校準(zhǔn)來自該動(dòng)態(tài)比較器的偏移電壓V〇s2。步驟S510和S520的細(xì)節(jié)將在下面描述。 此外，在一個(gè)實(shí)施例中，可W交換步驟S510和S520的順序。特別地，可W完全分開校準(zhǔn)偏 移電壓Vosl和偏移電壓Vos2。
[0025] 圖6是根據(jù)圖5的步驟S510提供的一種說明圖3的前置放大器的校準(zhǔn)的示意圖。 如上所述，在溫度T1處，ADC的副本放大器（如圖3的300)將提供補(bǔ)償電流1^。同時(shí)地， NMOS晶體管Ml的柵極和NMOS晶體管M2的柵極短路在一起，也就是說，運(yùn)樣設(shè)置使得差分 模擬輸入信號(hào)vip等于參考電壓V巧。此外，NMOS晶體管M3的柵極和NMOS晶體管M4的柵 極也短路在一起，也就是說，運(yùn)樣設(shè)置使得差分模擬輸入信號(hào)vin等于參考電壓vrn。在本 實(shí)施例中，假設(shè)前置放大器的增益為"A"(如A = gmXRI)，則偏移電壓Vosl將在前置放大 器的輸出處引起被放大的偏移A_Vosl (如VoslXgmXRI)。因此，通過在溫度T1處使用補(bǔ) 償電流Igm，可W校準(zhǔn)該被放大的偏移A_V〇sl。在本實(shí)施例中，校準(zhǔn)單元610包括NMOS晶體 管M5、NM0S晶體管M6 W及DAC 430。此外，可朗尋補(bǔ)償電流Igm計(jì)算為Igm= VfuXgm_r，其 中，Vfu表示應(yīng)用在所述差分模擬信號(hào)對(duì)（vip_l和vin_l)之間的固定偏置電壓，W及gm_ r表示副本放大器的跨導(dǎo)，gm_r具有大的溫度系數(shù)。在一實(shí)施例中，副本放大器的跨導(dǎo)可 W等于所對(duì)應(yīng)的前置放大器的跨導(dǎo)。在圖6中，當(dāng)將補(bǔ)償電流Igm提供給DAC 430時(shí)，處理 器（未示出）給DAC 430提供具有預(yù)設(shè)數(shù)字量的控制信號(hào)Ctrll并對(duì)該控制信號(hào)Ctrll調(diào) 整，W在動(dòng)態(tài)比較器的比較信號(hào)對(duì)νορ/νοη響應(yīng)于差分模擬輸出對(duì)OU化/outn而發(fā)生改變 時(shí)（如νορ從高（如1)到低（如0)的轉(zhuǎn)變（transition)或從低到高的轉(zhuǎn)變）獲得具有 數(shù)字量Code_DACl (第Ξ?dāng)?shù)字量）的控制信號(hào)Ctrll。因此，根據(jù)下面的等式（1)獲得上述 被放大的偏移A_Vosl :
[0026] A_Vosl = Vosl X 卵X RI
[0027] = IgmXCode-DAClXRI 。）
[0028]
[0029] 因此，通過將上述經(jīng)放大的偏移A_Vosl從差分模擬輸出對(duì)OU化/outn中移除，校 準(zhǔn)單元610可W根據(jù)數(shù)字量Code_DACl校準(zhǔn)該偏移電壓Vosl。
[0030] 圖7是根據(jù)圖5的步驟S520提供的一種說明圖3的前置放大器的校準(zhǔn)的示意圖。 首先，NM0S晶體管Ml的柵極和NM0S晶體管M2的柵極短路在一起，也就是說，運(yùn)樣設(shè)置使得 差分模擬輸入信號(hào)vip等于參考電壓V巧。此外，NM0S晶體管M3的柵極和NM0S晶體管M4 的柵極也短路在一起，也就是說，運(yùn)樣設(shè)置使得差分模擬輸入信號(hào)vin等于參考電壓vrn。 同時(shí)地，開關(guān)信號(hào)SW禁用交換單元720 (如在正常模式中），W使差分輸出OU化被傳輸至動(dòng) 態(tài)比較器730的輸入端IN1，且差分輸出outn被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器730的輸入端IN2。接下 來，處理器（未示出）提供一個(gè)控制信號(hào)Ctrl2并調(diào)整該控制信號(hào)Ctrl2, W在動(dòng)態(tài)比較器 的比較信號(hào)νορ/νοη根據(jù)差分模擬輸出對(duì)OU化/outn發(fā)生改變（change)時(shí)獲得具有數(shù)字 量Code_DAC2_N(第一數(shù)字量）的控制信號(hào)Ctrl2(第一控制信號(hào)）。因此，由偏移電壓Vosl 和Vos2在差分模擬輸出對(duì)OU化/outn上所引起的的偏移誤差可W根據(jù)下面的等式（2)獲 得：
[00引]VoslXA+Vos2 = IXCode_DAC2_NXR 〇)
[003引 其中，I表示DAC 440的最低有效位（less significant bit, LSB)單位電流，R 表示前置放大器輸出電阻。接下來，開關(guān)信號(hào)SW啟用交換單元720 (如在交換模式中），W 使差分輸出OU化被傳輸至動(dòng)態(tài)比較器730的輸入端IN2,且差分輸出outn被傳輸至動(dòng)態(tài) 比較器730的輸入端IN1。接下來，處理器再次提供控制信號(hào)Ctrl2并對(duì)該控制信號(hào)Ctrl2 調(diào)整，W在動(dòng)態(tài)比較器的比較信號(hào)νορ/νοη響應(yīng)于差分模擬輸出對(duì)OU化/outn而發(fā)生轉(zhuǎn)變 (transit)時(shí)（如νορ從高到低的轉(zhuǎn)變或從低到高的轉(zhuǎn)變））獲得具有數(shù)字量Code_DAC2_ S(第二數(shù)字量）的控制信號(hào)Ctrl2。因此，由偏移電壓Vosl和Vos2在差分模擬輸出對(duì) outp/outn上所引起的偏移誤差可W根據(jù)下面的等式（3)獲得：
[0033] -VoslXA+Vos2 = -I XCode_DAC2_SXR (3)
[0034] 接下來，根據(jù)等式似和等式（3)，獲得偏移電壓Vos2如下面的等式（4):
[0035]
[0036] 因此，通過將偏移電壓Vos2從差分模擬輸出對(duì)ou化/outn中移除，校準(zhǔn)單元710 可W根據(jù)數(shù)字量Code_DAC2_N和數(shù)字量Code_DAC2_S校準(zhǔn)偏移電壓Vos2 (第二偏移電壓）。
[0037] 根據(jù)運(yùn)些實(shí)施例，通過使用不同的校準(zhǔn)單元，可W完全分別地校準(zhǔn)偏移電壓Vosl 和偏移電壓V〇s2。此外，也考慮了前置放大器的耐溫性來進(jìn)行偏移校準(zhǔn)，因此增加了 ADC的 線性度。
[0038] 在不脫離本發(fā)明的精神W及范圍內(nèi)，本發(fā)明可W其它特定格式呈現(xiàn)。所描述的實(shí) 施例在所有方面僅用于說明的目的而并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的 權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員皆在不脫離本發(fā)明之精神W及范圍內(nèi)做些許更動(dòng) 與潤(rùn)飾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括： 電阻鏈，該電阻鏈包括多個(gè)電阻； 多個(gè)前置放大器，每個(gè)前置放大器根據(jù)差分模擬輸入信號(hào)對(duì)以及來自所述電阻鏈的第 一參考電壓和第二參考電壓提供差分模擬輸出對(duì)，其中，所述第一參考電壓不同于所述第 二參考電壓；以及 多個(gè)動(dòng)態(tài)比較器，耦接于所述多個(gè)前置放大器，每個(gè)動(dòng)態(tài)比較器對(duì)相應(yīng)的前置放大器 的差分模擬輸出對(duì)進(jìn)行比較，以提供第一比較信號(hào)和第二比較信號(hào)； 其中，每個(gè)前置放大器包括： 第一校準(zhǔn)單元，用于在特定溫度處，在所述差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自所述前置放大 器的第一偏移電壓；以及 第二校準(zhǔn)單元，用于在所述差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器的第二偏 移電壓。2. 如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一偏移電壓由所述前 置放大器中的輸入差分對(duì)晶體管的第一閾值電壓不匹配引起，以及，所述第二偏移電壓由 所述相應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器中的輸入差分對(duì)晶體管的第二閾值電壓不匹配引起。3. 如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包 括： 多個(gè)交換單元，每個(gè)交換單元耦接在相應(yīng)的前置放大器與相應(yīng)的動(dòng)態(tài)比較器之間，用 于根據(jù)開關(guān)信號(hào)來交換所述差分模擬輸出對(duì)。4. 如權(quán)利要求3所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述前置放大器還包括 第一電阻，耦接于第一節(jié)點(diǎn)； 第二電阻，耦接于所述第一節(jié)點(diǎn)； 第一電流源，耦接于第二節(jié)點(diǎn)； 第一晶體管，耦接在所述第一電阻和所述第一電流源之間，具有用于接收所述差分模 擬輸入信號(hào)對(duì)中的其中一個(gè)信號(hào)的柵極； 第二晶體管，耦接在所述第二電阻和所述第一電流源之間，具有用于接收所述第一參 考電壓的柵極； 第二電流源，耦接于所述第二節(jié)點(diǎn)； 第三晶體管，耦接在所述第一晶體管和所述第二電流源之間，具有用于接收所述差分 模擬輸入信號(hào)對(duì)中的另一個(gè)信號(hào)的柵極；以及 第四晶體管，耦接在所述第二晶體管和所述第二電流源之間，具有用于接收所述第二 參考電壓的柵極； 其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管組成第一差分輸入晶體管對(duì)，以及，所述第三 晶體管和所述第四晶體管組成第二差分輸入晶體管對(duì)； 當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)耦接于電源時(shí)，則所述第二節(jié)點(diǎn)耦接于接地；以及，當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)耦 接于所述接地時(shí)，則所述第二節(jié)點(diǎn)耦接于所述電源。5. 如權(quán)利要求4所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二校準(zhǔn)單元包括： 第一差分偏置晶體管對(duì)，其中，所述第一差分偏置晶體管對(duì)的每個(gè)柵極用于接收一偏 置電壓；以及 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，耦接于所述第一差分偏置晶體管對(duì)，用于根據(jù)第一控制信號(hào)控制 流過所述第一差分偏置晶體管對(duì)的電流； 其中，當(dāng)所述第一差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，所述第二差分輸入晶體管對(duì) 的柵極短路在一起，以及，所述差分模擬輸出對(duì)未被所述交換單元交換時(shí)，在所述第一比較 信號(hào)和所述第二比較信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，獲得具有第一數(shù)字量的所述第一控制信號(hào)；以及，當(dāng) 所述第一差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，所述第二差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在 一起，以及，所述差分模擬輸出對(duì)被所述交換單元交換時(shí)，在所述第一比較信號(hào)和所述第二 比較信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，獲得具有第二數(shù)字量的所述第一控制信號(hào)； 其中，所述第二校準(zhǔn)單元根據(jù)所述第一數(shù)字量和所述第二數(shù)字量校準(zhǔn)所述第二偏移電 壓。6. 如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包 括： 副本放大器，用于在所述特定溫度處根據(jù)差分模擬信號(hào)對(duì)之間的固定偏置電壓提供補(bǔ) 償電流； 其中，所述第一校準(zhǔn)單元在所述特定溫度處，根據(jù)所述補(bǔ)償電流在所述差分模擬輸出 對(duì)上校準(zhǔn)來自所述前置放大器的第一偏移電壓。7. 如權(quán)利要求4或5所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器還 包括： 副本放大器，用于在所述特定溫度處根據(jù)差分模擬信號(hào)對(duì)之間的固定偏置電壓提供補(bǔ) 償電流； 所述第一校準(zhǔn)單元包括： 第二差分偏置晶體管對(duì)，所述第二差分偏置晶體管對(duì)的每個(gè)柵極用于接收偏置電壓； 以及 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，耦接于所述第二差分偏置晶體管對(duì)，用于根據(jù)第二控制信號(hào)和來 自所述副本放大器的補(bǔ)償電流來控制流過所述第二差分偏置晶體管對(duì)的電流； 其中，當(dāng)所述第一差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，所述第二差分輸入晶體管對(duì) 的柵極短路在一起，以及，所述差分模擬輸出對(duì)沒有被交換時(shí)，且在所述第一比較信號(hào)和所 述第二比較信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，獲得具有第三數(shù)字量的所述第二控制信號(hào)。 其中，所述第一校準(zhǔn)單元根據(jù)所述第三數(shù)字量和所述補(bǔ)償電流校準(zhǔn)所述第一偏移電 壓。8. -種用于校準(zhǔn)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的偏移的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述模擬至數(shù)字 轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)前置放大器和至少一個(gè)動(dòng)態(tài)比較器，其中，所述前置放大器根據(jù)差分 模擬輸入信號(hào)對(duì)、第一參考電壓和第二參考電壓提供差分模擬輸出對(duì)；以及，所述動(dòng)態(tài)比較 器根據(jù)所述差分模擬輸出對(duì)提供第一比較信號(hào)和第二比較信號(hào)，所述方法包括： 在特定溫度處，通過所述前置放大器的第一校準(zhǔn)單元在所述差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來 自所述前置放大器的第一偏移電壓；以及 通過所述前置放大器的第二校準(zhǔn)單元在所述差分模擬輸出對(duì)上校準(zhǔn)來自所對(duì)應(yīng)的動(dòng) 態(tài)比較器的第二偏移電壓。9. 如權(quán)利要求8所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述第一偏移電壓由所述前置放大器 中的輸入差分對(duì)晶體管的第一閾值電壓不匹配引起，以及所述第二偏移電壓由所述相應(yīng)的 動(dòng)態(tài)比較器中的輸入差分對(duì)晶體管的第二閾值電壓不匹配引起。10. 如權(quán)利要求8所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，耦接在所述前置放大器與所述動(dòng)態(tài)比 較器之間的交換單元根據(jù)開關(guān)信號(hào)交換所述差分模擬輸出對(duì)。11. 如權(quán)利要求10所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述前置放大器還包括： 第一電阻，耦接于第一節(jié)點(diǎn)； 第二電阻，耦接于所述第一節(jié)點(diǎn)； 第一電流源，耦接于第二節(jié)點(diǎn)； 第一晶體管，耦接在所述第一電阻和所述第一電流源之間，具有用于接收所述差分模 擬輸入信號(hào)對(duì)中的其中一個(gè)信號(hào)的柵極； 第二晶體管，耦接在所述第二電阻和所述第一電流源之間，具有用于接收所述第一參 考電壓的柵極； 第二電流源，耦接于所述第二節(jié)點(diǎn)； 第三晶體管，耦接在所述第一晶體管和所述第二電流源之間，具有用于接收所述差分 模擬輸入信號(hào)對(duì)中的另一個(gè)信號(hào)的柵極；以及 第四晶體管，耦接在所述第二晶體管和所述第二電流源之間，具有用于接收所述第二 參考電壓的柵極； 其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管組成第一差分輸入晶體管對(duì)，以及所述第三 晶體管和所述第四晶體管組成第二差分輸入晶體管對(duì)， 當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)耦接于電源時(shí)，則所述第二節(jié)點(diǎn)耦接于接地；以及當(dāng)所述第一節(jié)點(diǎn)耦 接于所述接地時(shí)，則所述第二節(jié)點(diǎn)耦接于所述電源。12. 如權(quán)利要求11所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述第二校準(zhǔn)單元包括： 第一差分偏置晶體管對(duì)，其中，所述第一差分偏置晶體管對(duì)的每個(gè)柵極用于接收一偏 置電壓；以及 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，耦接于所述第一差分偏置晶體管對(duì)，用于根據(jù)第一控制信號(hào)控制 流過所述第一差分偏置晶體管對(duì)的電流； 其中，當(dāng)所述第一差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，所述第二差分輸入晶體管對(duì) 的柵極短路在一起，以及，所述差分模擬輸出對(duì)未被所述交換單元交換時(shí)，在所述第一比較 信號(hào)和所述第二比較信號(hào)響應(yīng)所述差分模擬輸出對(duì)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)獲得具有第一數(shù)字量的所 述第一控制信號(hào)；以及，當(dāng)所述第一差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，所述第二差分 輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，以及，所述差分模擬輸出對(duì)被所述交換單元交換時(shí)，在所 述第一比較信號(hào)和所述第二比較信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，獲得具有第二數(shù)字量的所述第一控制信 號(hào)； 其中，所述第二校準(zhǔn)單元根據(jù)所述第一數(shù)字量和所述第二數(shù)字量校準(zhǔn)所述第二偏移電 壓。13. 如權(quán)利要求8所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)方法還包括： 通過副本放大器在所述特定溫度處根據(jù)所述差分模擬信號(hào)對(duì)之間的固定偏置電壓提 供補(bǔ)償電流； 其中，所述第一校準(zhǔn)單元在所述特定溫度處，根據(jù)所述補(bǔ)償電流在所述差分模擬輸出 對(duì)上校準(zhǔn)來自所述前置放大器的第一偏移電壓。14.如權(quán)利要求11或12所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)方法還包括： 通過副本放大器在所述特定溫度處根據(jù)所述差分模擬信號(hào)對(duì)之間的固定偏置電壓提 供補(bǔ)償電流； 所述第一校準(zhǔn)單元包括： 第二差分偏置晶體管對(duì)，其中，所述第二差分偏置晶體管對(duì)的每個(gè)柵極用于接收偏置 電壓；以及 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換單元器，耦接于所述第二差分偏置晶體管對(duì)，用于根據(jù)來自所述副本放 大器的補(bǔ)償電流和第二控制信號(hào)控制流過所述第二差分偏置晶體管對(duì)的電流， 其中，當(dāng)所述第一差分輸入晶體管對(duì)的柵極短路在一起，所述第二差分輸入晶體管對(duì) 的柵極短路在一起，以及，所述差分模擬輸出對(duì)沒有被交換時(shí)，在所述第一比較信號(hào)和所述 第二比較信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，獲得具有第三數(shù)字量的所述第二控制信號(hào)。 其中，所述第一校準(zhǔn)單元根據(jù)所述第三數(shù)字量和所述補(bǔ)償電流校準(zhǔn)所述第一偏移電 壓。
【文檔編號(hào)】H03M1/10GK105871375SQ201510859370
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日
【發(fā)明人】張文華
【申請(qǐng)人】聯(lián)發(fā)科技股份有限公司