CN102170290A - 一种可提高转换精度的电流模式模数转换器 - Google Patents

一种可提高转换精度的电流模式模数转换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，包括一个时钟产生单元、一个切换外部输入模拟电压信号的第一切换开关、一个切换基准电压信号的第二切换开关、一个将输入的电压信号转化为电流信号的跨导运放、一个电流信号的采样保持单元、一个切换电流采样保持输出的第三切换开关以及一个切换电流采样保持输出的第四切换开关。所公开的跨导运放及电流采样保持单元分时复用技术，可以有效降低电压信号转换电流信号过程中引起的模数转换器精度损失，从而提高了电流模式模数转换器的精度。此发明可以广泛地应用于高速高精度的电流模式模数转换器产品中。

Description

一种可提高转换精度的电流模式模数转换器
技术领域
本发明涉及半导体集成电路，具体涉及宽带数据通信系统、高速无线通信系统以及各种数据转换的产品应用。
背景技术
当今世界是一个高度信息化的社会，日新月异的数字通信技术推动社会高速发展，利用数字信号处理系统进行信息处理已经成为普遍的选择。但是现实世界中的各种实物和信号均是模拟的，因此需要利用模数转换器完成模拟信号到数字信号的转换。
近年来，随着制造工艺的不断发展和对电路低功耗性能的追求，集成电路的供电电压逐步降低，这使得以电压信号为变量的模数转换器设计变得越来越困难。而电流模技术以其结构简单、速度快、频带宽、电源电压低等特点，逐渐受到集成电路设计与制造行业的重视，出现了一些采用电流模技术设计的模数转换器。
但是现在大部分系统仍采用的是电压模式处理系统，因此输入到模数转换器的模拟信号一般均为电压信号，在进行电流模式模数转换器处理前，必须将电压信号转换为电流信号。为了与电压模式模数转换器的直接兼容，则需要用到输入的模拟电压信号与基准电压信号，但是即使分别经由结构相同的单元对输入的模拟电压信号和基准电压信号进行转换，也会存在两路相同单元间的误差，此误差将直接影响电流模式ADC的精度，因此有必要对此进行改进。本发明基于此提出了一种可提高转换精度的电流模式模数转换器。
发明内容
针对当前电流模式模数转换器的快速发展，本发明提出了一种可提高转换精度的电流模式模数转换器。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于对传统的电流模式模数转换器的前端部分，通过切换开关切换使得输入的模拟电压信号以及基准电压信号分时复用同一个跨导运放与电流采样保持，避免了输入模拟电压与基准电压分别采用相同的电压电流转换器时引入的误差，使得由此电压电流转换器引入的误差降至最小，从而提高了电流模式模数转换器的精度。
上述方案中，当时钟处于采样相时，第一切换开关将输入的模拟电压信号接到跨导运放的输入端，此时跨导运放输出的电流信号即为与输入模拟电压相对应的电流，经过后续电流采样保持单元的输出即为输入的电流信号，在采样相结束时刻的电流值即为最终的输入采样结果，再经过同一相位的第三切换开关将其输出到输入的模拟电流信号端。当时钟处于保持相时，由于此时输入的模拟电压信号暂时不需要进行电流转换，所以此时闲置的跨导运放与电流采样保持可以用来转换基准电压，通过第二切换开关将输入的基准电压接到跨导运放的输入端，此时跨导运放输出的电流信号即为与输入基准电压相对应的电流，经过后续电流采样保持单元的输出即为输入的基准电流信号，在保持相结束时刻的电流值即为最终的输入基准采样结果，再经过第四切换开关将其输出到输入的基准电流信号端。同时，由于在一般确定的系统中，基准电压保持不变，所以此处的基准电流也保持不变，这就使得基准电压的电压电流转换甚至可以隔多个周期进行采样，可以进一步降低由电压电流转换器引入的功耗。
上述方案中，所述由切换开关控制采样相与保持相的控制信号是由时钟产生单元产生两相不重叠的时钟，其中第一切换开关与第三切换开关在信号的采样相时导通，第二切换开关与第四切换开关在信号的采样相时导通。
本发明通过电压电流转换器的分时复用技术，消除了两路结构相同单元的失配问题，从而提高了电流模式模数转换器的精度。
附图说明
图1为本文发明的可提高转换精度的电流模式模数转换器结构示意图。
图2为本文发明的一种具体实现实例。
其中：1为第一切换开关；2为第二切换开关；3为第三切换开关；4为第四切换开关。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为发明的可提高转换精度的电流模式模数转换器结构，图2为一种具体的实现实例。
如图1所示，时钟产生单元30产生的时钟信号60控制第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关与第四切换开关。如图2所示，该时钟产生单元30产生的时钟信号为601、602、603与604。其中601与603为时钟的采样相，602与604为时钟的保持相，以下讨论以高电平为采样的有效电平。为了防止在采样时刻开始时的毛刺，时钟信号603的采样时刻可以比601推后一段时间，与之对应的时钟信号604的采样时刻可以比602推后一段时间，具体的推后时间由毛刺部分的时间决定。
如图1所示，第一切换开关的输入端接外部输入的模拟电压信号，输出端接到跨导运放40的输入端70，第一切换开关的控制信号由时钟产生单元产生的时钟控制。第二切换开关的输入端接外部输入的基准电压信号，输出端接到电压电流转换器40的输入端70，第二切换开关的控制信号由时钟产生单元产生的时钟控制。跨导运放40的输出端90接到采样保持50的输入端，采样保持50的输出端100为输入电压转换的电流信号，采样保持50的输出端110为基准电压转换的电流信号。如图2所示，第一切换开关的控制端为601，第二切换开关的控制端为602。当信号601为高电平时，输入的模拟电压信号接到由运放401、电阻402、NMOS管403、PMOS管404与PMOS管405组成的跨导运放的输入端70，此时经过运放401的闭环反馈系统使得电阻402上的电流为输入的模拟电压与电阻402的比值，再经过PMOS管404与PMOS管405的镜像，信号线80上的电流即为与输入的模拟电压相对应的模拟电流。经过电流采样保持50后，输出信号线90上的电流即为信号线80上的电流。由于此时信号603也为高，使得信号线90上的电流通过第三切换开关流出，并连接到传统电流模模数转换器的输入模拟电流端。与之对应，当信号602为高电平时，输入的基准电压信号接到由运放401、电阻402、NMOS管403、PMOS管404与PMOS管405组成的电压电流转换器的输入端70，此时经过运放401的闭环反馈系统使得电阻402上的电流为输入的基准电压与电阻402的比值，再经过PMOS管404与PMOS管405的镜像，信号线80上的电流即为与输入的基准电压相对应的基准电流。经过电流采样保持50后，输出信号线90上的电流即为信号线80上的电流。由于此时信号604也为高，使得信号线90上的电流通过第四切换开关流出，并连接到传统电流模模数转换器的输入基准电流端。通过4个切换开关的交叉切换，使跨导运放与电流采样保持轮流对输入的模拟电压与基准电压进行转换，消除了电压到电流信号的转换误差。
综上所述，当时钟处于采样相时，第一切换开关与第三切换开关导通，输入的模拟电压信号经过跨导运放与电流采样保持，并通过第三切换开关被输送到传统电流模模数转换器的输入模拟电流信号端；当时钟处于保持相时，第二切换开关与第四切换开关导通，输入的基准电压信号经过跨导运放与电流采样保持，并通过第四切换开关被输送到传统电流模模数转换器的输入基准电流信号端。实际上，上述的采样相与保持相通常是对信号而言，对于基准而言，上述的信号保持相就变成基准的采样相，信号采样相就变成基准的保持相。通过这一发明，可以使电压电流转化器与电流采样保持可以交叉供基准与信号使用，在提高速度的同时，也提高了电流的精度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于：包括时钟产生单元、第一切换开关、第二切换开关、跨导运放、电流采样保持、第三切换开关、第四切换开关以及电流模模数转换器；第一切换开关与第二切换开关并联后同时与跨导运放连接，跨导运放与电流采样保持连接，第三切换开关与第四切换开关并联后与电流采样保持连接，第三切换开关与第四切换开关分别与电流模模数转换器连接。
2.如权利要求1所述一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于，所述时钟产生单元产生两相不重叠时钟，其中一相为信号的采样时钟，另一相为信号的保持时钟。
3.如权利要求1所述一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于，所述第一切换开关在时钟信号的采样相连接输入的模拟电压信号到跨导运放的输入端，第二切换开关在时钟信号的保持相连接输入的基准电压信号到跨导运放的输入端，第三切换开关在时钟信号的采样相连接电流采样保持的输出到输入的模拟电流端，第四切换开关在时钟信号的保持相连接电流采样保持的输出到输入的基准电流端。
4.如权利要求1所述一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于，所述跨导运放主要作用是将输入的电压信号转换为电流信号。
5.如权利要求1所述一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于，所述电流采样保持电路是对输入的电流信号进行采样保持，并输出到后续的传统电流模模数转换器。
6.如权利要求1所述一种可提高转换精度的电流模式模数转换器，其特征在于，所述传统的电流模式模数转换器是输入为模拟电流信号和基准电流信号，输出是转换后的数字信号。
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