CN106230438A - 一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***与方法,所述的***包括信号端口、flash ADC电路、MDAC电路和测试信号注入电路,所述信号端口分别与flash ADC电路和MDAC电路连接，flash ADC电路的输出端与MDAC电路连接，所述的测试信号注入电路与flash ADC电路连接。本发明在具体测试时，***内部电路先后处于采样阶段和放大阶段；在采样阶段，输入信号vinp和vinn与共模信号连接，第一类开关闭合，第二类断开，采样电容与输入信号进行连接，测试信号注入电路产生控制信号并送入flash ADC电路；在放大阶段，第二类开关闭合，第一类开关断开，采样电容根据flashADC的输出与相应正或者负参考电压进行连接；在整个测试过程当中，采样电容并不需要专门连接共模信号的开关。

Description

一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***与方法
技术领域
本发明涉及一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***与方法。
背景技术
流水线模数转换器采用多级串联的结构实现，上一级的输出作为下一级的输入。每一级的电路结构当中都使用电容进行输入信号的采样及残差信号的输出。内部电容按功能分为采样电容和反馈电容，理想情况下，每一个采样电容与反馈电容之间都是固定比值，但是由于制造工艺、工作温度及工作电压的不同，各采样电容和反馈电容之间的比值会出现差异，这就是电容失配。电容失配会导致流水线模数转换器每一级的残差输出与实际值发生偏差，导致模数转换电路输出结果的动态范围及信噪比明显降低。
当前已有的电容失配测试都是对采样电容进行逐一测试，其他非测试采样电容需要单独的开关连接共模，所以在电路结构上，除了满足正常工作时采样电容在放大阶段需要连接正、负参考的两个开关外，还需要额外的开关与共模进行连接，这个增加的开关会导致正常工作时信号负载变大，对于高速高精度的流水线模数转换器来说，会对信号的建立带来严重影响。因此，有必要设计一种适用于高速高精度流水线模数转换器的电容失配测试方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***与方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，包括信号端口、flash ADC电路、MDAC电路和测试信号注入电路, 所述信号端口分别与flash ADC电路和MDAC电路连接，flash ADC电路的输出端与MDAC电路连接，所述的测试信号注入电路与flash ADC电路连接。
所述的信号端口包括第一差分信号端和第二差分信号端；第一差分信号端与flash ADC电路的正极性输入端连接，第二差分信号端与flash ADC电路的负极性输入端连接；第一差分信号端用于输入信号vinp，第二差分信号端用于输入信号vinn。
所述的MDAC电路包括差分输入运算放大器、正极采样电容组、负极采样电容组、正极反馈电容组和负极反馈电容组；
所述正极采样电容组包括多个正极采样电容；正极采样电容第一端分别与第一差分信号端和MADC的正极性输入端连接，正极采样电容的第二端与差分输入运算放大器的正极性输入端连接；
所述负极采样电容组包括多个负极采样电容，所述负极采样电容的第一端分别与第一差分信号端和MADC的负极性输入端连接，负极采样电容的第二端与差分输入运算放大器的负极性输入端连接；
所述正极反馈电容组包括多个正极反馈电容，所述正极反馈电容的第一端与差分输入运算放大器的正极性输入端连接，正极反馈电容的第二端与差分输入运算放大器的正极性输出端连接；
所述负极反馈电容组包括多个负极反馈电容，所述负极反馈电容的第一端与差分输入运算放大器的负极性输入端连接，负极反馈电容的第二端与差分输入运算放大器的负极性输出端连接。
所述的正极采样电容的第一端通过第一类开关与第一差分信号端连接，正极采样电容的第一端还通过第二类开关与MADC的正极性输入端连接；
所述负极采样电容通过第一类开关与第二差分信号输入端连接，负极采样电容的第一端还通过第二类开关与MADC的负极性输入端连接。
所述MADC的正极性输入端包括多个正极输入通道，每个正极输入通道均对应于一个正极采样电容和来自于flash ADC电路的一路测试信号；所述正极输入通道用于根据注入的测试信号选择正负参考电压；
所述MADC的负极性输入端包括多个负极输入通道，每个负极输入通道对应于一个负极采样电容和来自与flash ADC电路的一路参考电压；所述的负极输入通道用于根据采样电容的测试信号选择正负参考电压。
所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***的测试方法，包括采样步骤S1和放大步骤S2；
所述的采样步骤S1包括以下子步骤：
S11.输入信号vinp和vinn与共模信号连接，第一类开关闭合，第二类开关断开；
S12.采样电容与对应的差分信号输入端连接，测试信号注入电路产生控制信号并送入flash ADC电路；
所述的放大步骤S2包括：
S21.将第二类开关闭合，第一类开关断开；
S22.采样电容根据flashADC电路输出的测试信号，选择相应的正或者负参考电压进行连接。
步骤S22中所述的flashADC电路输出的测试信号为低电平时，正极采样电容与正参考电压连接，负极性采样电容与负参考电压连接，flashADC电路的输出的测试信号为高电平时，正极采样电容与负参考电压连接，负极采样电容与正参考电压连接。
本发明的有益效果是：在具体测试时，***内部电路先后处于采样阶段和放大阶段；在采样阶段，输入信号vinp和vinn与共模信号连接，第一类开关闭合，第二类断开，采样电容与输入信号进行连接，测试信号注入电路产生控制信号并送入flash ADC电路；在放大阶段，第二类开关闭合，第一类开关断开，采样电容根据flashADC的输出与相应正或者负参考电压进行连接；在整个测试过程当中，采样电容并不需要专门连接共模信号的开关。
附图说明
图1为本发明的***原理框图；
图2为MDAC电路***框图；
图3为测试信号轮询的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，包括信号端口、flash ADC电路、MDAC电路和测试信号注入电路, 所述信号端口分别与flash ADC电路和MDAC电路连接，flash ADC电路的输出端与MDAC电路连接，所述的测试信号注入电路与flash ADC电路连接。
所述的信号端口包括第一差分信号端和第二差分信号端；第一差分信号端与flash ADC电路的正极性输入端连接，第二差分信号端与flash ADC电路的负极性输入端连接；第一差分信号端用于输入信号vinp，第二差分信号端用于输入信号vinn。
所述的MDAC电路包括差分输入运算放大器、正极采样电容组、负极采样电容组、正极反馈电容组和负极反馈电容组；
所述正极采样电容组包括多个正极采样电容；正极采样电容第一端分别与第一差分信号端和MADC的正极性输入端连接，正极采样电容的第二端与差分输入运算放大器的正极性输入端连接；
所述负极采样电容组包括多个负极采样电容，所述负极采样电容的第一端分别与第一差分信号端和MADC的负极性输入端连接，负极采样电容的第二端与差分输入运算放大器的负极性输入端连接；
所述正极反馈电容组包括多个正极反馈电容，所述正极反馈电容的第一端与差分输入运算放大器的正极性输入端连接，正极反馈电容的第二端与差分输入运算放大器的正极性输出端连接；
所述负极反馈电容组包括多个负极反馈电容，所述负极反馈电容的第一端与差分输入运算放大器的负极性输入端连接，负极反馈电容的第二端与差分输入运算放大器的负极性输出端连接。
所述的正极采样电容的第一端通过第一类开关ϕ1与第一差分信号端连接（即与信号vinp连接），正极采样电容的第一端还通过第二类开关ϕ2与MADC的正极性输入端连接；
所述负极采样电容通过第一类开关ϕ1与第二差分信号输入端连接（即与信号vinn连接），负极采样电容的第一端还通过第二类开关ϕ2与MADC的负极性输入端连接。
所述MADC的正极性输入端包括多个正极输入通道，每个正极输入通道均对应于一个正极采样电容和来自于flash ADC电路的一路测试信号；所述正极输入通道用于根据注入的测试信号选择正负参考电压；
所述MADC的负极性输入端包括多个负极输入通道，每个负极输入通道对应于一个负极采样电容和来自与flash ADC电路的一路参考电压；所述的负极输入通道用于根据采样电容的测试信号选择正负参考电压。
所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***的测试方法，其特征在于：包括采样步骤S1和放大步骤S2；
所述的采样步骤S1包括以下子步骤：
S11.输入信号vinp和vinn与共模信号连接，第一类ϕ1开关闭合，第二类开关ϕ2断开；
S12.采样电容与对应的差分信号输入端连接，测试信号注入电路产生控制信号并送入flash ADC电路；
所述的放大步骤S2包括：
S21.将第二类开关ϕ2闭合，第一类开关ϕ1断开；
S22.采样电容根据flashADC电路输出的测试信号，选择相应的正或者负参考电压进行连接。
步骤S22中所述的flashADC电路输出的测试信号为低电平时，正极采样电容与正参考电压连接，负极性采样电容与负参考电压连接，flashADC电路的输出的测试信号为高电平时，正极采样电容与负参考电压连接，负极采样电容与正参考电压连接。
具体地，flashADC电路的输出与输入差分信号vinp、vinn无关，完全受控于测试信号注入电路，C1=D1、C2=D2、……、Cm=Dm，测试信号与采样电容一一对应；如图3所示，测试信号为低电平时，MDAC正极性端对应采样电容在放大阶段与正参考进行连接，MDAC负极性端对应采样电容在放大阶段与负参考进行连接；测试信号为高电平时，MDAC正极性端对应采样电容在放大阶段与负参考进行连接，MDAC负极性端对应采样电容在放大阶段与正参考进行连接。
所有采样电容在采样阶段通过输入信号vinp、vinn连接共模，放大阶段各采样电容根据注入的测试信号相应连接正负参考电压，通过轮询测试信号进行多次测试；区别于现有测试方法需要逐个将被测电容分别与正负参考连接，并将其他非被测电容接共模的方式，本发明不需要将采样电容连接共模电平，省却了不必要的开关，其电路开销更小且不会增加正常工作时信号通路的负载，更适合应用于高速高精度的流水线模数转换器当中。
实施例一，对于MDAC正负极性端分别有M个采样电容的电路，测试信号需要轮询M次。为了在运算过程当中将电路当中的直流偏移量去除，测试信号需要按位取反，所以一共需要轮询2*M次；具体地：
对于MDAC正负极性端分别有M个采样电容的电路，一共需要M比特的测试信号，每一比特测试信号只有0和1两个状态用于控制相应的采样电容与负参考或者正参考进行连接；在测试信号轮询的过程当中，0和1的个数都是不变的，0和1的具体个数根据测试需要的MDAC电路输出信号幅度确定；以测试信号轮询时0的个数为i示例，信号轮询的一种方式如图3所示，假设测试信号为低电平时，MDAC正极性端对应采样电容在放大阶段与正参考进行连接，MDAC负极性端对应采样电容在放大阶段与负参考进行连接；测试信号为高电平时，MDAC正极性端对应采样电容在放大阶段与负参考进行连接，MDAC负极性端对应采样电容在放大阶段与正参考进行连接，M次轮询可以得到M个测试结果，可以对应解算出M对采样电容值，对M次轮询的测试信号按位取反又将得到M个测试结果，并相应解算出M对采样电容的另一组值，将每一对采样电容对应的两组值相减，即可得到该对电容无直流偏移的测试结果。

Claims (7)

1.一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，其特征在于：包括信号端口、flash ADC电路、MDAC电路和测试信号注入电路, 所述信号端口分别与flash ADC电路和MDAC电路连接，flash ADC电路的输出端与MDAC电路连接，所述的测试信号注入电路与flash ADC电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，其特征在于：所述的信号端口包括第一差分信号端和第二差分信号端；第一差分信号端与flash ADC电路的正极性输入端连接，第二差分信号端与flash ADC电路的负极性输入端连接；第一差分信号端用于输入信号vinp，第二差分信号端用于输入信号vinn。
3.根据权利要求1所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，其特征在于：所述的MDAC电路包括差分输入运算放大器、正极采样电容组、负极采样电容组、正极反馈电容组和负极反馈电容组；
所述正极采样电容组包括多个正极采样电容；正极采样电容第一端分别与第一差分信号端和MADC的正极性输入端连接，正极采样电容的第二端与差分输入运算放大器的正极性输入端连接；
所述负极采样电容组包括多个负极采样电容，所述负极采样电容的第一端分别与第一差分信号端和MADC的负极性输入端连接，负极采样电容的第二端与差分输入运算放大器的负极性输入端连接；
所述正极反馈电容组包括多个正极反馈电容，所述正极反馈电容的第一端与差分输入运算放大器的正极性输入端连接，正极反馈电容的第二端与差分输入运算放大器的正极性输出端连接；
所述负极反馈电容组包括多个负极反馈电容，所述负极反馈电容的第一端与差分输入运算放大器的负极性输入端连接，负极反馈电容的第二端与差分输入运算放大器的负极性输出端连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，其特征在于：所述的正极采样电容的第一端通过第一类开关与第一差分信号端连接，正极采样电容的第一端还通过第二类开关与MADC的正极性输入端连接；
所述负极采样电容通过第一类开关与第二差分信号输入端连接，负极采样电容的第一端还通过第二类开关与MADC的负极性输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***，其特征在于：所述MADC的正极性输入端包括多个正极输入通道，每个正极输入通道均对应于一个正极采样电容和来自于flash ADC电路的一路测试信号；所述正极输入通道用于根据注入的测试信号选择正负参考电压；
所述MADC的负极性输入端包括多个负极输入通道，每个负极输入通道对应于一个负极采样电容和来自与flash ADC电路的一路参考电压；所述的负极输入通道用于根据采样电容的测试信号选择正负参考电压。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***的测试方法，其特征在于：包括采样步骤S1和放大步骤S2；
所述的采样步骤S1包括以下子步骤：
S11.输入信号vinp和vinn与共模信号连接，第一类开关闭合，第二类开关断开；
S12.采样电容与对应的差分信号输入端连接，测试信号注入电路产生控制信号并送入flash ADC电路；
所述的放大步骤S2包括：
S21.将第二类开关闭合，第一类开关断开；
S22.采样电容根据flashADC电路输出的测试信号，选择相应的正或者负参考电压进行连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于流水线模数转换器的电容失配测试***的测试方法，其特征在于：步骤S22中所述的flashADC电路输出的测试信号为低电平时，正极采样电容与正参考电压连接，负极性采样电容与负参考电压连接，flashADC电路的输出的测试信号为高电平时，正极采样电容与负参考电压连接，负极采样电容与正参考电压连接。
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