一种流水式折叠内插型模数转换器

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种流水式折叠内插型模数转换器。

背景技术

传统折叠插值架构是实现超高速A/D转换器的优选结构，但是精度限制在8位以内。随着对精度要求的提升，要实现10～12位的超高速A/D转换器，在传统折叠插值结构基础上发展出流水式折叠插值结构，即多级折叠插值级联结构，在实现高折叠率和高内插率的同时，能够降低对每级折叠内插器的增益和带宽要求，使得A/D转换器能同时具备高转换率和高精度的特性。

流水式折叠插值结构的原理是第N+1级折叠插值结构将第N级折叠插值结构的子量化区间细量化为更小的多个子区间，直到最后一级；其中每一级折叠插值结构产生折叠量化曲线，折叠量化曲线通过比较器产生原始量化信息，当折叠量化曲线的电平大于0时，比较器输出原始量化信息为1；当折叠量化曲线的电平小于0时，比较器输出原始量化信息为0。各级的原始量化信息再输入到编码电路，产生A/D转换器的数据输出，作为数据最终转换结果。因此，数据最终转换结果与各级原始量化信息直接相关，也就是与折叠量化曲线的过零点的正确性密切相关。如果折叠量化曲线的过零点位置发生偏移，或者比较器由于精度限制或失调电压造成某位原始量化信息错误，则数据最终转换结果发生错误。

而现有的流水式折叠插值结构并不具备纠错能力。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有流水式折叠插值结构模数转换器的数据转换结果出错的问题，本发明提供了一种流水式折叠内插型模数转换器，通过由最后一级折叠插值电路向上一级折叠插值电路逐级对原始量化信息进行纠错，将纠错后的量化信息送入到编码电路，并由编码电路产生模数转换器的数据最终转换结果，从而实现数字编码逻辑的纠错。

一种流水式折叠内插型模数转换器，包括折叠插值电路、比较器、纠错逻辑电路和编码电路，由最后一级折叠插值电路向上一级逐级对原始量化信息进行纠错，纠错后的量化信息送入到编码电路。

所述折叠插值电路有M(M≥2)级，第M级包含内插电路和量化折叠器，其余M-1级的各级架构相同，均包含内插电路、量化折叠器和冗余折叠器。对于第N级(N≤M-1)的折叠插值电路，量化折叠器产生折叠量化曲线，冗余折叠器产生折叠冗余曲线；第N级的折叠量化曲线和折叠冗余曲线组合成第N级的折叠曲线，经过内插电路处理后，输出到第N+1级折叠插值电路的相应(折叠冗余曲线传输至冗余折叠器，折叠量化曲线传输至量化折叠器)折叠器进行处理。

所述比较器对应有N级，各级折叠插值电路的各个量化折叠器和冗余折叠器连接比较器，通过对应第N级的比较器产生第N级的冗余信息和原始量化信息并输出至第N级纠错逻辑电路的过零点检测电路和边沿校正信号产生电路。

所述纠错逻辑电路对应有N级，各级架构相同，均包含过零点检测电路、边沿校正信号产生电路和控制电路。纠错逻辑电路依次以第N级对应第N级的折叠插值电路和比较器的方式一一对应进行纠错，最后一级的折叠插值电路(第M级)不纠错，由M-1级折叠插值电路向上一级逐级对原始量化信息进行纠错，纠错后的量化信息送入到编码电路。

对于第N级纠错逻辑电路有：

过零点检测电路，根据第N级冗余信息和后级原始量化信息，产生第N级的边沿检测信号，确定第N级折叠量化曲线过零点的位置范围，边沿检测信号的数量≥第N级的量化折叠器的数量。

边沿校正信号产生电路，根据第N级原始量化信息和后级量化信息产生第N级的边沿校正信号，边沿校正信号的数量≥第N级的量化折叠器的数量。

控制电路输出纠错后的量化信息：当第N级的边沿检测信号有效时，输出第N级的边沿校正信号；否则，输出为第N级的原始量化信息。

所述编码电路接收纠错逻辑电路中控制电路输出的量化信息，以产生正确(纠错后)的数据最终输出结果。

进一步的，对第N级(N≤M-1)折叠插值电路的原始量化信息进行纠错，第N级折叠曲线的所有过零点被第N+1级中的一条折叠量化曲线全部包含。

进一步，所述过零点检测电路和所述边沿校正信号产生电路中的后级为：只包括第N+1级，或第N+1级与第N+2级……一直到第M级的组合。

进一步，所述过零点检测电路中，其后级原始量化信息与第N级的关系有：后级原始量化信息在高电平或低电平区域内最多存在一个第N级折叠量化信息的过零点，且该过零点位于后级原始量信息相邻过零点的中间。

进一步，所述边沿校正信号产生电路中，根据所述第N级原始量化信息和后级量化信息的最高位，产生第N级的边沿校正信号。

进一步，所述过零点检测电路中，根据第N级冗余信息、后级原始量化信息和后级边沿检测信号，也产生第N级的边沿检测信号，进一步确定第N级折叠量化曲线过零点的位置范围。

进一步，所述第N级折叠插值结构包含内插率为4的内插电路、2个量化折叠器和2个冗余折叠器，所述2个量化折叠器产生2条折叠化曲线S

进一步，所述过零点检测电路，利用第N+1级的折叠量化曲线S

进一步，所述第N级的2个边沿检测信号等效于：

和/>

进一步，所述过零点检测电路，利用第K+1级(1≤K≤M-2)折叠量化曲线S

进一步，所述第K级的2个边沿检测信号等效于：

和/>

或者

进一步，所述边沿校正信号产生电路，利用后级量化信息的最高数据位DL，以及第N级原始量化信息，产生第N级的2个边沿校正信号，等效于：

和/>

本发明包括含冗余信息的折叠插值结构和纠错逻辑电路，利用本级的冗余信息和后级的原始量化信息等对本级原始量化信息进行纠错，通过纠错逻辑电路中的过零点检测电路确定本级折叠量化曲线过零点的位置范围，通过边沿校正信号产生电路产生与后级数据位对齐的边沿校正信号，再利用控制电路进行选择输出，产生正确的量化信息并送入编码电路，从而可有效保证各级状态同时转换，因使得数字编码逻辑具有一定的纠错能力。

综上所述，本发明通过由最后一级折叠插值电路向上一级折叠插值电路逐级对原始量化信息进行纠错，将纠错后的量化信息送入到编码电路，并由编码电路产生模数转换器的数据最终转换结果，从而实现数字编码逻辑的纠错。解决了现有流水式折叠插值结构模数转换器的数据转换结果，因为折叠量化曲线过零点的正确性、或比较器由于精度限制或失调电压出错，导致最终数据最终转换结果发生错误的问题。

附图说明

图1是实施例1中含冗余信息的折叠插值结构示意图；

图2是实施例1中第N级的纠错逻辑电路结构示意图；

图3是实施例1中第N级和第N+1级的折叠曲线关系示意图；

图4是模数转换器低位和高位数据转换沿对齐的示意图；

图5是实施例1中第N级折叠曲线与第N+1级高位数据位关系示意图；

图6是本发明实施例2第N级的纠错逻辑电路。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细阐述。

实施例1：

图1为实施例1含冗余信息的折叠插值结构和对应的折叠曲线图，第N级折叠插值结构包括4个折叠器101和一个内插率为4的电阻内插电路102。4个折叠器101产生4条折叠曲线S

第N级折叠插值结构的有效级精度为2，其产生的4条折叠曲线(S

第N+1级折叠内插电路包括4个折叠器201和一个内插率为4的电阻内插电路202，这4个折叠器201将第N级输出的16条内插曲线折叠成4条折叠曲线S

为了方便，符号S

第N级的折叠量化曲线S

由公式(1)和(2)得到，在区间A1-B1之间，D

对于流水级折叠电路来说，即使折叠电路的准确性足够高，但由于比较器失调电压或噪声无法避免，因此各级的过零点位置会出现偏差，导致原始量化信息产生错误。因此，本发明提供一种纠错逻辑电路，由最后一级向上一级逐级对原始量化信息进行纠错，产生正确的量化信息然后送入到编码电路处理，以产生正确(纠错后)的数据最终输出结果。

图2是实施例1的纠错逻辑电路，包含过零点检测电路21，边沿校正信号产生电路22和控制电路23。

过零点检测电路21，根据第N级冗余信息和第N+1级原始量化信息，产生第N级的边沿检测信号Syn，确定第N级折叠量化曲线正确的过零点位置范围。

边沿校正信号产生电路22，根据第N级原始量化信息和第N+1级量化信息的最高位，产生第N级的边沿校正信号Cal。

控制电路23，当第N级的边沿检测信号Syn有效时，输出边沿校正信号Cal；否则，输出第N级原始量化信息S

以图1的第N级的折叠插值结构为例来阐述纠错逻辑电路实现方式。

首先，纠错逻辑电路需要产生边沿检测信号，来确定折叠量化曲线S

当冗余信息S

由前所述，第N+1级折叠插值结构和第N级结构类似，包括折叠量化曲线S

为方便说明，图3将折叠量化曲线S

因此，通过第N级冗余信息S

若第N+1级的折叠量化曲线S

由上所述，第N级的过零点检测电路21，利用第N级冗余信息(S

纠错逻辑电路中的边沿校正信号产生电路22用于产生边沿检测信号Syn有效时对应的边沿校正信号Cal。因为模数转换器的转换结果中，高位跳变时刻始终与低位下降沿对齐，如图4所示。如果高位和低位跳变时刻发生偏差，则模数转换器结果出错。因此，在边沿检测信号Syn有效时，量化信息不再由本级原始量化信息确定，而是由后级量化信息决定。

将图1中第N级的折叠曲线单独拿出来，在图5中显示。可以看到，折叠曲线S

通过公式(9)和(10)，第N级边沿校正信号由第N-1级量化信息确定，实现第N级与第N+1级的数据位同时转换的目的。

纠错逻辑电路中的控制电路23，工作原理是：当边沿检则信号Syn有效时(高电平)，输出边沿校正信号Cal；当边沿检测信号Syn无效时，输出原始量化信息S

图6是实施例2的纠错逻辑电路，与图2中实施例1的纠错逻辑电路相比，不同之处在于，图6中的过零点检测电路41，根据第N级冗余信息、第N+1级原始量化信息、以及第N+1级边沿检测信号(与第L级原始量化信息相关，N+1≤L≤M)来产生第N级的边沿检测信号；边沿校正信号产生电路42，根据第N级原始量化信息和第L级量化信息，产生第N级的边沿校正信号。

过零点检测电路41的原理是：第N+1级折叠量化曲线S

公式中Syn1m

由上述实施例可见，本发明利用本级的冗余信息和后级的原始量化信息等对本级原始量化信息进行纠错，产生正确的量化信息再送入编码电路，以产生正确的数据转换结果，可降低对比较器失调电压的要求。纠错逻辑电路包括过零点检测电路、边沿校正信号产生电路和控制电路，过零点检测电路确定本级折叠量化曲线过零点的位置范围，边沿校正信号产生电路产生与后级数据位对齐的边沿校正信号，控制电路产生正确的量化信息。本发明利用过零点检则电路确定折叠量化曲线过零点的位置范围，利用边沿校正信号产生电路产生与后级数据位对齐的边沿校正信号，再利用控制电路进行选择输出，从而可有效保证各级状态在同时转换，因此使得数字编码逻辑具有一定的纠错能力。

综上可见，本发明有效解决了现有流水式折叠插值结构模数转换器的数据转换结果，因为折叠量化曲线过零点的正确性、或比较器由于精度限制或失调电压出错，导致最终数据最终转换结果发生错误的问题。