CN117579072A - 一种应用于模数转换器的比较器校准方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于模数转换器的比较器校准方法及电路，包括：输入采样模块，采样差分输入信号和参考信号，并将第一、第二校准信号加载到比较模块的差分输入端；比较模块，接收采样得到的信号，并输出比较结果；校准信号产生模块，基于比较结果产生第一、第二校准信号，并反馈给输入采样模块，以在比较模块的输入端抵消失调电压。本发明准确性高、校准精度高、校准范围大、比较速度快、功耗低、电路结构简单、面积小，且不影响预放大单元直流工作点。

Description

一种应用于模数转换器的比较器校准方法及电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种应用于模数转换器的比较器校准方法及电路。

背景技术

比较器是集成电路中最常见的元器件之一，比较器的性能关系到比较结果的准确性，直接影响后级功能模块能否正常工作，因此，对比较器进行校准是非常必要的操作。以比较器在模数转换器中的应用为例，比较器的校准是为了避免实际电路中因比较器失调导致数模转换放大模块(MDAC，Multiplying Digital-to-Analog Converter)中运放的输出超出量程导致残差电压不能完整的向后级流水线传递信息，这就要求比较器的失调不能过大；另外，比较器的比较速度要足够快，不然会侵占运放的放大时间；再有，比较器的功耗不能太高。综上，比较器应具有低失调，高速度，低功耗等能力。

目前有较多比较器的校准方案，往往都是通过模拟与数字结合的方式来实现，因此具有更简单，高效的电路结构。目前公开的应用于模数转换器的比较器校准方案文献，主要包括下面几种：

中国专利CN103490780A，提出了一种“用于比较器校准的后台技术”，通过调节接入到比较器参考电压的电阻串的位置，来改变比较器的参考电压，达到实现比较器校准的目的。该方式需要将电阻串中的电阻分成好几份，会占用更大的面积以及校准精度低等缺点。

中国专利CN113765519B，提出了一种“低功耗高精度动态比较器校准电路”，通过调节比较器预放大器输入管的衬底电压来实现，这种方式改变输入管的衬底电压，不仅会影响输入管之间的匹配还会影响预放大器的直流工作点。

中国专利CN104283558B，提出了一种“高速比较器直流失调数字辅助自校准系统及控制方法”，通过在预放大器的两端注入不一致的电流，来对比较器的失调进行校准。但这种方式要求比较器的预放大器电流不能过小，不然会降低校准的精度和范围，不适合与低功耗应用，而且挂在预放大器两端的电流源，也会成为运放的负载，降低比较器的速度。

因此，如何在校准比较器失调的同时，实现低功耗、高校准精度、比较速度快、电路面积小，且不影响预放大器直流工作点，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于模数转换器的比较器校准方法及电路，用于解决现有技术中比较器失调校准导致的功耗高、校准精度低、比较速度慢、电路面积大、影响预放大器直流工作点等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种比较器，所述比较器至少包括：

输入采样模块、比较模块及校准信号产生模块；

所述输入采样模块接收差分输入信号及差分参考信号，对所述差分输入信号及所述差分参考信号分别进行采样；并将所述校准信号产生模块输出的第一校准信号及第二校准信号分别加载到所述比较模块的差分输入端；

所述比较模块的差分输入端连接于所述输入采样模块的输出端，接收采样得到的信号，并输出比较结果；

所述校准信号产生模块基于比较结果产生所述第一校准信号及所述第二校准信号，并反馈给所述输入采样模块，以在所述比较模块的输入端抵消失调电压；

其中，所述第一校准信号及所述第二校准信号满足：Vcmp为所述第一校准信号，加载于所述比较模块的正相输入端；Vcmn为所述第二校准信号，加载于所述比较模块的反相输入端，Vcm为所述比较器的共模电压。

可选地，所述输入采样模块包括正相输入单元及反相输入单元；所述正相输入单元的输出端连接所述比较模块的正相输入端，所述反相输入单元的输出端连接所述比较模块的反相输入端；

所述正相输入单元及所述反相输入单元均包括第一、第二、第三、第四开关及采样电容；所述第一开关的一端连接对应输入信号，另一端连接所述采样电容的第一端；所述第二开关的一端连接对应参考信号，另一端连接所述采样电容的第一端；所述第三开关的一端连接对应校准信号，另一端连接所述采样电容的第二端；所述采样电容的第二端经由所述第四开关连接所述比较模块的对应输入端；

其中，所述第一开关与所述第四开关受控于第一控制信号，所述第二开关与所述第三开关受控于第二控制信号。

可选地，所述比较模块包括预放大单元及锁存单元；

所述预放大单元连接于所述输入采样模块的输出端，对接收到的信号进行预放大处理；

所述锁存单元连接于所述预放大单元的输出端，对所述预放大单元的输出信号进行锁存，得到所述比较结果。

可选地，所述校准信号产生模块包括控制单元、多电平产生单元及校准信号选择单元；

所述控制单元基于所述比较结果产生开关控制信号；

所述多电平产生单元用于产生N个电压信号，N为大于等于2的自然数；

所述校准信号选择单元连接于所述控制单元及所述多电平产生单元的输出端，基于所述开关控制信号的控制从N个电压信号中选择两个电压信号，分别作为所述第一校准信号及所述第二校准信号。

更可选地，所述多电平产生单元包括第一电流源、第二电流源及分压电阻串；

所述第一电流源的一端连接电源电压，另一端连接所述分压电阻串的第一端；

所述第二电流源的一端连接所述分压电阻串的第二端，另一端接地；

所述分压电阻串中各电阻分压节点输出电压信号。

更可选地，所述校准信号选择单元包括第一开关组及第二开关组；

所述第一开关组及所述第二开关组均包括N个开关；

所述第一开关组中各开关的第一端分别连接N个电压信号，控制端分别连接各开关控制信号，输出端连接在一起，择一输出所述第一校准信号；

所述第二开关组中各开关的第一端分别连接N个电压信号，控制端分别连接各开关控制信号，输出端连接在一起，择一输出所述第二校准信号。

更可选地，各开关组中各开关根据接收的电压信号的大小从小到大依次排列，所述第一开关组中第i位开关的控制信号与所述第二开关组中第j位开关的开关控制信号相同，且i+j＝N+1，1≤i≤N，1≤j≤N。

更可选地，所述控制单元接收所述比较结果，通过遍历的方式产生开关控制信号，并在所述比较结果翻转时确定所述开关控制信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种流水线型模数转换器，所述流水线型模数转换器至少包括：

M级流水级结构及数字校正电路，其中，M为大于等于2的自然数；

各级流水级结构依次串联，前一级的模拟残差作为后一级的输出信号，各级流水级结构输出对应级码字；其中，至少一级流水级结构中的比较器采用上述比较器，所述比较器根据所述比较结果调整所述第一校准信号及所述第二校准信号；

所述数字校正电路连接于各级流水级结构的输出端，基于各级码字产生所述流水线型模数转换器的数字输出。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种流水线型模数转换器，所述流水线型模数转换器至少包括：

M级流水级结构及数字校正电路，其中，M为大于等于2的自然数；

各级流水级结构依次串联，前一级的模拟残差作为后一级的输出信号，各级流水级结构输出对应级码字；其中，至少一级流水级结构中的比较器采用上述比较器，所述比较器根据当前级流水级结构输出的码字调整所述第一校准信号及所述第二校准信号；

所述数字校正电路连接于各级流水级结构的输出端，基于各级码字产生所述流水线型模数转换器的数字输出。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种比较器失调校准方法，上述比较器或上述流水线型模数转换器实现，所述比较器失调校准方法至少包括：

将所述比较模块的输入端短接，并将所述第一校准信号及所述第二校准信号分别加载到所述比较模块的对应输入端；

通过遍历的方式不断调整所述第一校准信号及所述第二校准信号，当所述比较结果翻转时确定所述第一校准信号及所述第二校准信号，完成失调校准。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种比较器失调校准方法，基于上述流水线型模数转换器实现，所述比较器失调校准方法至少包括：

将所述比较模块的输入端短接，并将所述第一校准信号及所述第二校准信号分别加载到所述比较模块的对应输入端；

将所述比较模块所在级流水级结构输出的码字与对应区间进行比较，若所述码字位于对应区间外则调整所述第一校准信号及所述第二校准信号，以使得所述码字落入对应区间内，完成失调校准。

可选地，所述第一校准信号及所述第二校准信号的初始值为所述比较器的共模电压。

可选地，校准时，所述比较模块的预放大器的输入信号满足：

Vp-Vn＝(Vrefp-Vrefn)-(Vcmp-Vcmn)-Vos；

其中，Vp为所述比较模块的正相输入端电压，Vn为所述比较模块的反相输入端电压，Vrefp为所述比较模块的正相输入端的参考信号，Vrefn为所述比较模块的反相输入端的参考信号，Vos为所述比较模块的输入失调电压。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电子产品，所述电子产品至少包括：上述比较器。

如上所述，本发明的应用于模数转换器的比较器校准方法及电路，具有以下有益效果：

1、本发明的应用于模数转换器的比较器校准方法及电路在比较模块的输入端施加校准信号，以实现输入失调的校准，大大提高比较器的准确性。

2、本发明的流水线型模数转换器、比较器及电子产品可通过对多电平产生单元中电阻阻值、电阻个数和电流源大小的调节实现不同的校准精度和范围，校准精度高和/或校准范围大。

3、本发明的流水线型模数转换器、比较器及电子产品中多电平产生单元基于共模电压产生单元得到，不引入新的电流源和额外的电容，因此，比较速度快，功耗低。

4、本发明的流水线型模数转换器、比较器及电子产品的电路结构简单、面积小，且不影响预放大单元直流工作点。

附图说明

图1显示为本发明的比较器的结构示意图。

图2显示为本发明的输入采样模块的结构示意图。

图3显示为本发明的比较模块的结构示意图。

图4显示为本发明的校准信号产生模块的结构示意图。

图5显示为本发明的流水线型模数转换器的结构示意图。

图6显示为本发明的流水级结构的示意图。

元件标号说明

1 流水级结构

1a 模数转换单元

11 比较器

111 输入采样模块

11a 正相输入单元

11b 反相输入单元

112 比较模块

112a 预放大单元

112b 锁存单元

113 校准信号产生模块

113a 控制单元

113b 多电平产生单元

113c 校准信号选择单元

1b 数模转换放大模块

12 数模转换单元

13 减法单元

14 增益单元

2 数字校正电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种比较器11，所述比较器11包括：

输入采样模块111、比较模块112及校准信号产生模块113。

如图1所示，所述输入采样模块111接收差分输入信号及差分参考信号，对所述差分输入信号及所述差分参考信号分别进行采样；并将所述校准信号产生模块113输出的第一校准信号Vcmp及第二校准信号Vcmn分别加载到所述比较模块112的差分输入端。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述输入采样模块111包括正相输入单元111a及反相输入单元111b。所述正相输入单元111a的输出端连接所述比较模块112的正相输入端Vp，所述反相输入单元111b的输出端连接所述比较模块112的反相输入端Vn。所述正相输入单元111a及所述反相输入单元111b均包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4及采样电容Cs。所述第一开关K1的一端连接对应输入信号(所述正相输入单元111a连接正相输入信号Vinp，所述反相输入单元111b连接反相输入信号Vinn)，另一端连接所述采样电容Cs的第一端；所述第二开关K2的一端连接对应参考信号(所述正相输入单元111a连接正相参考信号Vrefp，所述反相输入单元111b连接反相参考信号Vrefn)，另一端连接所述采样电容Cs的第一端；所述第三开关K3的一端连接对应校准信号(所述正相输入单元111a连接所述第一校准信号Vcmp，所述反相输入单元111b连接所述第二校准信号Vcmn)，另一端连接所述采样电容Cs的第二端；所述采样电容Cs的第二端经由所述第四开关K4连接所述比较模块112的对应输入端；其中，所述第一开关K1与所述第四开关K4受控于第一控制信号Φ1(采样相)，所述第二开关K2与所述第三开关K3受控于第二控制信号Φ2(复位相)。

更具体地，在本实施例中，所述正相输入单元111a及所述反相输入单元111b中的采样电容Cs的容值相等；各开关的导通电阻尽可能小，以避免对输入信号的影响，各开关的导通电阻的具体阻值可根据需要配置，理论上越小越好，在此不一一赘述。

需要说明的是，任意能实现对输入信号和参考信号的采样并实现失调校准的电路结构，均适用于本发明的输入采样模块，不以本实施例为限。

如图1所示，所述比较模块112的差分输入端连接于所述输入采样模块111的输出端，接收采样得到的信号，并输出比较结果Dp、Dn。

具体地，如图3所示，所述比较模块112包括预放大单元112a及锁存单元112b。

更具体地，所述预放大单元112a连接于所述输入采样模块111的输出端，对接收到的信号进行预放大处理；任意差分结构且具有预放大能力的电路结构均适用于本发明；作为示例，所述预放大单元112a包括第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第一PMOS管P1及第二PMOS管P2；所述第一NMOS管N1及所述第二NMOS管N2作为差分输入端，栅极分别作为正相输入端Vp和反相输入端Vn；所述第一NMOS管N1及所述第二NMOS管N2的源极经由所述第三NMOS管N3接地，所述第三NMOS管N3的栅极连接偏置电压Nb；所述第一NMOS管N1及所述第二NMOS管N2的漏极分别经由所述第一PMOS管P1及所述第二PMOS管P2连接电源电压；所述第一PMOS管P1的栅极与漏极连接在一起，所述第二PMOS管P2的栅极与漏极连接在一起；所述第一NMOS管N1与所述第一PMOS管P1的漏极作为反相输出端，所述第二NMOS管N2与所述第二PMOS管P2的漏极作为正相输出端。

更具体地，所述锁存单元112b连接于所述预放大单元112a的输出端，对所述预放大单元112a的输出信号进行锁存，得到所述比较结果Dp、Dn；任意能实现锁存功能的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。

如图1所示，所述校准信号产生模块113基于比较结果产生所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，并反馈给所述输入采样模块111，以在所述比较模块112的输入端抵消失调电压；其中，Vcm为所述比较器11的共模电压。

具体地，如图4所示，在本实施例中，所述校准信号产生模块113包括控制单元113a、多电平产生单元113b及校准信号选择单元113c。

更具体地，所述控制单元113a基于所述比较结果Dp、Dn产生开关控制信号Cal<N-1:0>，需要说明的是，所述控制单元113a接收所述比较结果并根据比较结果产生所述开关控制信号Cal<N-1:0>，或者所述控制单元113a接收能反映所述比较结果的后级信号(包括但不限于所述比较器11的后级电路的输出信号)，根据后级信号产生所述开关控制信号Cal<N-1:0>。作为一示例，所述控制单元113a接收所述比较结果Dp、Dn，通过遍历的方式产生开关控制信号Cal<N-1:0>，并在所述比较结果Dp、Dn翻转时确定所述开关控制信号Cal<N-1:0>。

更具体地，所述多电平产生单元113b用于产生N个电压信号，N为大于等于2的自然数；任意能产生多个电压信号的电路结构均适用于本发明；作为示例，所述多电平产生单元113b包括第一电流源I1、第二电流源I2及分压电阻串Rse；所述第一电流源I1的一端连接电源电压，另一端连接所述分压电阻串Rse的第一端；所述第二电流源I2的一端连接所述分压电阻串Rse的第二端，另一端接地；所述分压电阻串Rse中各电阻分压节点输出电压信号Vcm<N-1:0>。其中，所述分压电阻串Rse中各电阻的阻值可设置为相等，也可设置为不等，根据实际需要配置。进一步地，为了获取良好的匹配度、高精度及较小的温漂，所述分压电阻串Rse中各电阻采用poly电阻；在实际使用中，任意电阻类型均适用，能实现失调校准即可。

需要说明的是，通过调整所述分压电阻串Rse中各电阻的阻值和电流源的大小可以实现不同的校准精度和范围；假设所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流为I，所述分压电阻串Rse中各电阻的阻值相等且配置为R，所述分压电阻串Rse中电阻的个数为N-1，则校准的精度为I*R，校准的范围为I*R*(N-1)。作为一示例，固定所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流大小，通过减小单个电阻的阻值并增加电阻个数，可以实现校准精度和范围的提高。作为另一示例，固定所述分压电阻串Rse中各电阻的阻值，通过减小所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流，可以实现校准精度的提高；通过增大所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流，可以扩大校准范围。在一具体实施例中，所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流大小设定为10uA，所述分压电阻串Rse中单个电阻的阻值设定为1k，电阻个数设定为14个，此时，本发明的比较器11可以实现的校准精度为10mv，校准范围为-70mV到70mV。此外，本实施例的多电平产生单元113b基于原有电路中的共模电压产生单元(VCM buffer)得到(调整电阻数量、阻值及电流源大小)，可进一步减小功耗，加快比较速度。

更具体地，所述校准信号选择单元113c连接于所述控制单元113a及所述多电平产生单元113b的输出端，基于所述开关控制信号Cal<N-1:0>的控制从N个电压信号中选择两个电压信号，分别作为所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn。任意能根据所述开关控制信号Cal<N-1:0>输出相应校准信号的电路结构均适用于本发明；作为示例，所述校准信号选择单元113c包括第一开关组及第二开关组。所述第一开关组及所述第二开关组均包括N个开关；所述第一开关组中各开关的第一端分别连接N个电压信号，控制端分别连接各开关控制信号Cal<N-1:0>，输出端连接在一起，择一输出所述第一校准信号Vcmp；所述第二开关组中各开关的第一端分别连接N个电压信号，控制端分别连接各开关控制信号Cal<N-1:0>，输出端连接在一起，择一输出所述第二校准信号Vcmn。更进一步地，在本实施例中，各开关组中各开关根据接收的电压信号的大小从小到大依次排列(即根据接收的电压信号Vcm<N-1:0>依次定义各开关的位数，接收电压信号Vcm<0>的开关定义为第一位开关，接收电压信号Vcm<1>的开关定义为第二位开关，依次类推)，所述第一开关组中第i位开关的控制信号与所述第二开关组中第j位开关的开关控制信号相同，且i+j＝N+1，1≤i≤N，1≤j≤N；则当所述第一校准信号Vcmp的电压值增大时，所述第二校准信号Vcmn的电压值相应减小；当所述第一校准信号Vcmp的电压值减小时，所述第二校准信号Vcmn的电压值相应在增大；以使得所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn始终满足

本发明的比较器11通过调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn的值，以抵消所述比较模块112的输入失调，具有准确性高、精度高、功耗小、比较速度快、电路面积小，且不影响预放大单元直流工作点等优点。

实施例二

如图5所示，本实施例提供一种流水线型模数转换器，所述流水线型模数转换器包括：

M级流水级结构1及数字校正电路2，其中，M为大于等于2的自然数。

如图5所示，各级流水级结构1依次串联，前一级的模拟残差作为后一级的输出信号，各级流水级结构1输出对应级码字；其中，至少一级流水级结构1中的比较器11采用本发明的比较器11。

具体地，任意基于比较器实现流水级的电路结构均适用于本发明，在本示例中，各流水级结构1中的比较器11均采用本发明的比较器11。作为示例，如图6所示，前(M-1)级流水级结构1均包括模数转换单元1a及数模转换放大模块1b(MDAC)，各数模转换放大模块1b包括数模转换单元12、减法单元13及增益单元14。所述模数转换单元1a接收对应级流水级结构的输入信号，输出码字；以第一级流水级结构为例，其中，所述模数转换单元1a接收输入的模拟信号In，通过比较器11将输入的模拟信号与参考信号进行比较，进而得到一组码字Dout1，实现模数转换；对于后级流水级结构，输入的模拟信号为前一级的模拟残差，输出对应级码字。所述数模转换单元12连接于所述模数转换单元1a的输出端，将所述码字转换为模拟信号。所述减法单元13的正相输入端连接对应级流水级结构的输入信号，反相输入端连接所述数模转换单元12的输出端，得到当前级流水级结构的模拟残差。所述增益单元14连接于所述减法单元13的输出端，将所述模拟残差放大输出并传递给下一级流水级结构。第M级流水级结构1仅包括模数转换单元1a，接收第M级流水级结构的输入信号，输出对应码字DoutM。

更具体地，在本实施例中，所述模数转换单元1a中比较器11的控制单元113a的输入端连接所述比较模块112的输出端，根据所述比较结果Dp、Dn调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn。

如图5所示，所述数字校正电路2连接于各级流水级结构的输出端，基于各级码字产生所述流水线型模数转换器的数字输出Dout。

具体地，任意能将各级码字整合得到一组数字输出Dout的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。

实施例三

本实施例提供一种流水线型模数转换器，与实施例二的不同之处在于，所述模数转换单元1a中比较器11的控制单元113a的输入端连接当前级流水级结构1的输出端，根据当前级流水级结构输出的码字调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn。

其他结构与实施例二相同，在此不一一赘述。

实施例四

本实施例提供一种比较器失调校准方法，基于实施例一的比较器11或实施例二的流水线型模数转换器实现前台校准，所述比较器失调校准方法包括：

11)将所述比较模块112的输入端短接，并将所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn分别加载到所述比较模块112的对应输入端。

具体地，如图2所示，在本实施例中，首先将所述输入采样模块111的正相输入端Vinp连接至正相参考信号Vrefp，将所述输入采样模块111的反相输入端Vinn连接至反相参考信号Vrefn(即输入端短接)；然后，将所述第一开关K1及所述第三开关K3闭合；随后，再将所述第二开关K2及所述第四开关K4闭合；其中，。所述比较模块112正负两端的采样电容存储的电荷表示为[(Vrefp-Vrefn)-(Vcmp-Vcmn)]*Cs，Cs为采样电容的容值，此时，所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn均为初始值(可配置为相同值，也可配置为不同值)，在本示例中，所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn的初始值为所述比较器11的共模电压Vcm。

12)通过遍历的方式不断调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，当所述比较结果Dp、Dn翻转时确定所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，完成失调校准。

具体地，如图4所示，在本实施例中，所述控制单元113a连接于所述比较模块112的输出端，当接收到所述比较结果Dp、Dn时开始输出初始开关控制信号Cal<N-1:0>，并沿预设方向不断调整所述开关控制信号Cal<N-1:0>，相应地，所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn也对应调整，所述比较模块112的正相输入端和反相输入端的电压相应变化，当所述比较模块112的比较结果Dp、Dn翻转时，所述控制单元113a停止调整所述开关控制信号Cal<N-1:0>，所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn被确定下来，失调电压被校准。校准完成时，所述比较模块112的输入信号满足：

Vp-Vn＝(Vrefp-Vrefn)-(Vcmp-Vcmn)-Vos；

其中，Vos为所述比较模块112的输入失调电压，通过调整(Vcmp-Vcmn)可实现对Vos的抵消。

在正常工作阶段，将确定好的所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn加载到对应采样电容的第二端，差分输入信号及差分参考信号加载到对应采样电容的第一端，由于电荷守恒，采样电容的电荷保持不变，此时，所述比较模块112的输入信号满足：

Vp-Vn＝(Vinp-Vinn)-(Vrefp-Vrefn)+(Vcmp-Vcmn)+Vos；

当校准信号将失调电压抵消后，所述比较模块112的输入信号满足：Vp-Vn＝(Vinp-Vinn)-(Vrefp-Vrefn)，即将所述差分输入信号与差分参考信号进行比较，并得到比较结果。在一具体实施例中，电源电压Vdd设定为1.8V，共模电压Vcm设定为0.9V，比较器输入失调电压Vos设定为30mV，通过设置所述第一校准信号Vcmp为885mV，所述第二校准信号Vcmn为915mV，可以实现对比较器失调的抵消。

实施例五

本实施例提供一种比较器失调校准方法，与实施例四的不同之处在于，本实施例基于实施例三的流水线型模数转换器实现后台校准，包括以下步骤：

21)将所述比较模块的输入端短接，并将所述第一校准信号及所述第二校准信号分别加载到所述比较模块的对应输入端。

步骤21)与实施例四的步骤11)相同，参见上文，在此不一一赘述。

22)将所述比较模块112所在级流水级结构输出的码字与对应区间进行比较，若所述码字位于对应区间外则调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，以使得所述码字落入对应区间内，完成失调校准。

具体地，如图4所示，在本实施例中，所述控制单元113a连接于当前级流水级结构的输出端，将所述码字与对应区间的上下限进行比较(各流水级结构的输出码字分别有一一对应的区间)，以判断所述码字是否位于对应区间内，若不位于对应区间内则调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，直至所述码字位于对应区间内；同样可采用遍历的方式调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，也可基于所述码字与对应区间内的设定阈值的差值调整所述第一校准信号Vcmp及所述第二校准信号Vcmn，在此不一一赘述。实现失调校准的原理与实施例四相同，参见上文。

实施例六

本实施例提供一种电子产品，所述电子产品至少包括本发明的比较器11。所述比较器11的用途包括但不限于逻辑判断、模数转换，任意需要进行高精度、高准确性比较的场合均适用。所述电子产品包括但不限于个人消费电子产品、医疗电子产品，在此不一一赘述。

综上所述，本发明提供一种应用于模数转换器的比较器校准方法及电路，包括：输入采样模块、比较模块及校准信号产生模块；所述输入采样模块接收差分输入信号及差分参考信号，对所述差分输入信号及所述差分参考信号分别进行采样；并将所述校准信号产生模块输出的第一校准信号及第二校准信号分别加载到所述比较模块的差分输入端；所述比较模块的差分输入端连接于所述输入采样模块的输出端，接收采样得到的信号，并输出比较结果；所述校准信号产生模块基于比较结果产生所述第一校准信号及所述第二校准信号，并反馈给所述输入采样模块，以在所述比较模块的输入端抵消失调电压；其中，所述第一校准信号及所述第二校准信号满足：Vcmp为所述第一校准信号，加载于所述比较模块的正相输入端；Vcmn为所述第二校准信号，加载于所述比较模块的反相输入端，Vcm为所述比较器的共模电压。本发明的应用于模数转换器的比较器校准方法及电路准确性高、校准精度高、校准范围大、比较速度快、功耗低、电路结构简单、面积小，且不影响预放大单元直流工作点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种比较器，其特征在于，所述比较器至少包括：

输入采样模块、比较模块及校准信号产生模块；

所述输入采样模块接收差分输入信号及差分参考信号，对所述差分输入信号及所述差分参考信号分别进行采样；并将所述校准信号产生模块输出的第一校准信号及第二校准信号分别加载到所述比较模块的差分输入端；

所述比较模块的差分输入端连接于所述输入采样模块的输出端，接收采样得到的信号，并输出比较结果；

所述校准信号产生模块基于比较结果产生所述第一校准信号及所述第二校准信号，并反馈给所述输入采样模块，以在所述比较模块的输入端抵消失调电压；

其中，所述第一校准信号及所述第二校准信号满足：Vcmp为所述第一校准信号，加载于所述比较模块的正相输入端；Vcmn为所述第二校准信号，加载于所述比较模块的反相输入端，Vcm为所述比较器的共模电压。

2.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于：所述输入采样模块包括正相输入单元及反相输入单元；所述正相输入单元的输出端连接所述比较模块的正相输入端，所述反相输入单元的输出端连接所述比较模块的反相输入端；

所述正相输入单元及所述反相输入单元均包括第一、第二、第三、第四开关及采样电容；所述第一开关的一端连接对应输入信号，另一端连接所述采样电容的第一端；所述第二开关的一端连接对应参考信号，另一端连接所述采样电容的第一端；所述第三开关的一端连接对应校准信号，另一端连接所述采样电容的第二端；所述采样电容的第二端经由所述第四开关连接所述比较模块的对应输入端；

其中，所述第一开关与所述第四开关受控于第一控制信号，所述第二开关与所述第三开关受控于第二控制信号。

3.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于：所述比较模块包括预放大单元及锁存单元；

所述预放大单元连接于所述输入采样模块的输出端，对接收到的信号进行预放大处理；

所述锁存单元连接于所述预放大单元的输出端，对所述预放大单元的输出信号进行锁存，得到所述比较结果。

4.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于：所述校准信号产生模块包括控制单元、多电平产生单元及校准信号选择单元；

所述控制单元基于所述比较结果产生开关控制信号；

所述多电平产生单元用于产生N个电压信号，N为大于等于2的自然数；

所述校准信号选择单元连接于所述控制单元及所述多电平产生单元的输出端，基于所述开关控制信号的控制从N个电压信号中选择两个电压信号，分别作为所述第一校准信号及所述第二校准信号。

5.根据权利要求4所述的比较器，其特征在于：所述多电平产生单元包括第一电流源、第二电流源及分压电阻串；

所述第一电流源的一端连接电源电压，另一端连接所述分压电阻串的第一端；

所述第二电流源的一端连接所述分压电阻串的第二端，另一端接地；

所述分压电阻串中各电阻分压节点输出电压信号。

6.根据权利要求4或5所述的比较器，其特征在于：所述校准信号选择单元包括第一开关组及第二开关组；

所述第一开关组及所述第二开关组均包括N个开关；

所述第一开关组中各开关的第一端分别连接N个电压信号，控制端分别连接各开关控制信号，输出端连接在一起，择一输出所述第一校准信号；

所述第二开关组中各开关的第一端分别连接N个电压信号，控制端分别连接各开关控制信号，输出端连接在一起，择一输出所述第二校准信号。

7.根据权利要求6所述的比较器，其特征在于：各开关组中各开关根据接收的电压信号的大小从小到大依次排列，所述第一开关组中第i位开关的控制信号与所述第二开关组中第j位开关的开关控制信号相同，且i+j＝N+1，1≤i≤N，1≤j≤N。

8.根据权利要求4所述的比较器，其特征在于：所述控制单元接收所述比较结果，通过遍历的方式产生开关控制信号，并在所述比较结果翻转时确定所述开关控制信号。

9.一种流水线型模数转换器，其特征在于，所述流水线型模数转换器至少包括：

M级流水级结构及数字校正电路，其中，M为大于等于2的自然数；

各级流水级结构依次串联，前一级的模拟残差作为后一级的输出信号，各级流水级结构输出对应级码字；其中，至少一级流水级结构中的比较器采用如权利要求1-8任意一项所述的比较器，所述比较器根据所述比较结果调整所述第一校准信号及所述第二校准信号；

所述数字校正电路连接于各级流水级结构的输出端，基于各级码字产生所述流水线型模数转换器的数字输出。

10.一种流水线型模数转换器，其特征在于，所述流水线型模数转换器至少包括：

M级流水级结构及数字校正电路，其中，M为大于等于2的自然数；

各级流水级结构依次串联，前一级的模拟残差作为后一级的输出信号，各级流水级结构输出对应级码字；其中，至少一级流水级结构中的比较器采用如权利要求1-7任意一项所述的比较器，所述比较器根据当前级流水级结构输出的码字调整所述第一校准信号及所述第二校准信号；

所述数字校正电路连接于各级流水级结构的输出端，基于各级码字产生所述流水线型模数转换器的数字输出。

11.一种比较器失调校准方法，基于如权利要求1-8任意一项所述的比较器或如权利要求9所述的流水线型模数转换器实现，其特征在于，所述比较器失调校准方法至少包括：

将所述比较模块的输入端短接，并将所述第一校准信号及所述第二校准信号分别加载到所述比较模块的对应输入端；

通过遍历的方式不断调整所述第一校准信号及所述第二校准信号，当所述比较结果翻转时确定所述第一校准信号及所述第二校准信号，完成失调校准。

12.一种比较器失调校准方法，基于如权利要求10所述的流水线型模数转换器实现，其特征在于，所述比较器失调校准方法至少包括：

将所述比较模块的输入端短接，并将所述第一校准信号及所述第二校准信号分别加载到所述比较模块的对应输入端；

将所述比较模块所在级流水级结构输出的码字与对应区间进行比较，若所述码字位于对应区间外则调整所述第一校准信号及所述第二校准信号，以使得所述码字落入对应区间内，完成失调校准。

13.根据权利要求11或12所述的比较器失调校准方法，其特征在于：所述第一校准信号及所述第二校准信号的初始值为所述比较器的共模电压。

14.根据权利要求11或12所述的比较器失调校准方法，其特征在于：校准时，所述比较模块的输入信号满足：

Vp-Vn＝(Vrefp-Vrefn)-(Vcmp-Vcmn)-Vos；

其中，Vp为所述比较模块的正相输入端电压，Vn为所述比较模块的反相输入端电压，Vrefp为所述比较模块的正相输入端的参考信号，Vrefn为所述比较模块的反相输入端的参考信号，Vos为所述比较模块的输入失调电压。

15.一种电子产品，其特征在于，所述电子产品至少包括：如权利要求1-8任意一项所述的比较器。