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专利号: 2023112498055
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,包括隔离放大器噪声模型、基准电路噪声模型及时间交织流水线ADC模型;

所述隔离放大器噪声模型由运算放大器和外部的反馈结构构成,对运算放大器及其反馈网络的热噪声进行处理;所述反馈结构包括并联在运算放大器负输入端和输出端之间的电容C2和电阻R2,连接在运算放大器负输入端上的电阻R1,电阻R1的另一端接地;所述运算放大器的输出端还串联有电阻R3、电容C1和电阻R4,电阻R4的另一端接地,运算放大器的正输入端通过电压源Vamp接地;

所述基准电路噪声模型,对基准电路产生的量化噪声进行处理;

所述时间交织流水线ADC模型,包括时间交织电路和流水线ADC,对采样结构和运算放大器产生的噪声进行处理;

所述时间交织电路包括模数转换器ADC1、模数转换器ADC2、模数转换器ADC3、模数转换器ADC4和基准ADC,每个模数转换器的输入端连接四分频、三分频电路,四分频、三分频电路的输出时钟交叉控制模数转换器的采样和基准ADC,每个模数转换器的输出端连接四选一选通电路,基准ADC的输出端通过延时电路连接数字后台校准;

所述流水线ADC,包括时钟产生电路、采样保持电路SHA、多级流水线转换结构、延时对准寄存器电路和冗余位数字校正电路,最后一级的流水线转换结构的输出端设有闪存型ADC,所述时钟产生电路连接各级流水线转换结构,控制流水线转换结构的工作时序,所述采样保持电路SHA连接流水线转换结构的输入端,作为每级流水线转换结构通道的前端采样通道,给流水线转换结构提供采样到的输入电压,每级流水线转换结构的结构相同,上一级的输出作为下一级的输入,完成流水线的工作方式,所述延时对准寄存器电路和冗余位数字校正电路连接四选一选通电路的输出,对流水线转换结构输出的数字码进行寄存和校准。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,所述时钟产生电路,用于产生两组相位不交叠时钟控制信号,控制所述流水线转换结构的多级流水线并利用不同的时序使电路交替工作;

所述流水线转换结构,用于将转换操作分成多级进行,每级转换得到一定位的数字输出位,形成流水线工作方式,主要对每级的采样保持电路和运算放大器产生的热噪声进行处理;

所述延时对准寄存器电路,将各级流水线转换结构的输出数据调整同步;

所述冗余位数字校正电路,利用冗余位对转换结果进行纠错。

3.根据权利要求1所述的一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,所述流水线转换结构由模数转换器内部的MDAC和子ADC电路构成,用于实现数模转换、减法、放大和采样保持功能;

所述MDAC包括采样保持电路、运算放大器G2和子DAC,采样保持电路和子ADC的输入端均连接输入信号,子ADC的输出端连接子DAC的输入端,采样保持电路和子DAC的输出端均连接运算放大器G2的输入端,运算放大器G2完成信号的放大,放大后的信号连接下一个流水线转换结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,所述采样保持电路用于采集ADC电路输入的模拟信号,并将采样值保持到下一个时钟周期到来,再供给后级电路量化处理;所述子DAC,用于将每级的流水线转换结构中的数字输出码转变为模拟信号;

所述采样保持电路包括开关S1、开关S2、开关S3和采样电容Cs1、反馈电容Cf1,开关S1的两端分别连接输入电压Vi和采样电容Cs1,开关S2连接运算放大器OTA的输入端和地,开关S3连接运算放大器OTA的输出端和共模电压,采样电容Cs1分别连接着开关S1和运算放大器的输入端,反馈电容Cf1一端接运算放大器OTA的输入端,另一端接运算放大器OTA的输出端。

5.根据权利要求3所述的一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,所述采样保持电路等效为一个开关电容电路,所述开关电容电路包括采样电容Cs1,反馈电容Cf1,运算放大器OTA,采样保持电路的等效噪声电压为:式中k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度,Cs1为采样电容Cs1的电容值,Cf1为反馈电容Cf1的电容值;

所述运算放大器OTA的等效噪声电压为:

式中,nf为噪声因子,是由运算放大器的结构决定的,Cc1为运算放大器的密勒补偿电容值, k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度。

6.根据权利要求5所述的一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,所述流水线ADC包括多个流水级电路,第一级电路等效噪声由下式计算:式中,nf为噪声因子,是由运算放大器的结构决定的,γ为晶体管的噪声系数,Cc1为运算放大器的密勒补偿电容值, Cs1为采样电容Cs1的电容值,Cf1为反馈电容Cf1的电容值,k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度, 为运算放大器的等效噪声电压。

7.根据权利要求1所述的一种基于时间交织流水线ADC系统噪声模型电路,其特征在于,所述隔离放大器噪声模型的等效输出噪声为:式中,Gain为放大器的增益,R1、R2分别为电阻R1、电阻R2的阻值,BWn为噪声带宽,k为玻尔兹曼常数,Req为电阻R1、电阻R2的等效电阻,Tk为开尔文温度,En_in_Total为带宽内的隔离电路的噪声电压,En_Total为隔离电路的总噪声电压,EnReq为等效电阻的噪声电压,EnAMP为隔离运算放大器的噪声。