本技术介绍了一种新型模数转换器,特别适用于奈奎斯特带宽,基于重置环形振荡器技术。该转换器由采样保持电路、尾电流源管、振荡器、电压平衡电路和传输门组成。振荡器设计为首尾相连的环形结构,以实现高效能转换。
背景技术
随着传感技术和通信技术的快速发展,对中等分辨率(6–8位)、高速(>1 GS/s)模数转换器(ADC)的需求日益增长。快闪型ADC和时间交织型ADC通常能够实现高采样率,但代价是较大的功耗。随着CMOS工艺制程的快速发展,基于时域的转换器能够实现越来越快的转换速度。其中,基于电压控制振荡器(VCO)的低功耗数字化ADC在这一趋势下受益尤为显著。基于VCO的ADC天生具有量化噪声的一阶噪声整形特性,并通过过采样技术,它们广泛应用于低速、高精度的应用场合。然而,随着新工艺节点中VCO频率的不断提升,基于VCO的奈奎斯特ADC能够在更高的采样率下实现高的精度,这使其在高速应用中愈加具有吸引力。此外,由于基于VCO的奈奎斯特ADC可以通过将采样率减半来获得额外的分辨率,这一特性使其能够更容易地适应不同的通信标准和频段,从而提升了其适应性与通用性。
但是在传统基于环型VCO的ADC中,如图1所示,输入电压Vin调节环形VCO的振荡频率,VCO的相位随后通过频率-数字转换器(FDC)进行量化并微分(即,1 – z-1
)。在这一过程中,VCO和FDC分别引入了相位噪声(PN)和量化噪声(Q)到系统中。微分器的一阶噪声整形通常有助于减少系统带宽内的噪声,然而在低过采样率(OSR)和尤其在奈奎斯特带宽下,这一优势会显著减弱。对于VCO相位噪声,(1 – z-1
)的噪声整形将原有的–20 dB/dec的斜率平坦化为一个平坦的频谱。相比之下,量化噪声的整形表现为2 × (Δ2
/12),这会导致信号量化动态范围(SQDR)下降约3 dB。
实现思路