一種可重構流水線(xiàn)結構模數轉換器的設計

摘 要： 設計了一種應用于多標準收發(fā)器的可重構流水線(xiàn)結構模數轉換器，通過(guò)一個(gè)重構配置控制信號動(dòng)態(tài)地配置采樣頻率的大小及分辨率的位數，以滿(mǎn)足不同標準及系統的需要。在設計中還采用了共源共柵兩級運放和差分動(dòng)態(tài)比較器來(lái)優(yōu)化電路的速度和功耗。仿真結果表明這種可重構流水線(xiàn)結構模數轉換器能夠很好地實(shí)現采樣頻率及分辨率位數的可重構。

關(guān)鍵詞： 可重構；流水線(xiàn)；共源共柵兩級運放；差分動(dòng)態(tài)比較器

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展，能夠兼容不同通信協(xié)議的多標準收發(fā)器已經(jīng)成為當前研究熱點(diǎn)之一。而模數轉換器（ADC）作為其中的一個(gè)重要模塊，也受到越來(lái)越多的關(guān)注。在收發(fā)器中不同的接收模式下，系統對模數轉換器的采樣頻率和分辨率位數的要求不同。為了滿(mǎn)足系統需要，每一種接收模式都要對應一個(gè)特定采樣頻率和分辨率位數的模數轉換器。因此，對于一個(gè)存在多種接收模式的多標準收發(fā)器[1][2]來(lái)說(shuō)，僅僅在模數轉換器方面就需要占用較大的芯片面積及較長(cháng)的設計時(shí)間。

本文主要設計了一種可重構流水線(xiàn)結構模數轉換器。該模數轉換器通過(guò)重構配置控制電路產(chǎn)生一組控制信號來(lái)選擇不同的流水線(xiàn)級數及時(shí)鐘信號，從而產(chǎn)生一個(gè)采樣頻率（最高可達50MS/s）和分辨率位數（6～12位）一定的模數轉換器。此外在設計中還采用了共源共柵兩級運算放大器及差分動(dòng)態(tài)比較器技術(shù)來(lái)優(yōu)化電路的速度及功耗。仿真結果表明，這種可重構流水線(xiàn)結構的模數轉換器能夠自動(dòng)實(shí)現采樣頻率及分辨率位數（6～12位）的可重構，特別適用于多標準收發(fā)器中。

1 可重構流水線(xiàn)ADC的結構

可重構流水線(xiàn)ADC的結構示意圖如圖1所示，它由一個(gè)采樣保持電路、11級1.5位/級的流水線(xiàn)、一個(gè)重構配置控制電路、延時(shí)和數字校正電路等組成；其中前面10級流水線(xiàn)結構完全相同，每級都包括一個(gè)2位的子ADC和一個(gè)MDAC電路；第11級流水線(xiàn)是一個(gè)2位的全并行ADC。

整個(gè)可重構流水線(xiàn)ADC的工作原理如下：重構配置控制信號送給重構配置控制電路，重構配置控制電路則根據重構配置控制信號的大小從時(shí)鐘信號中選擇一個(gè)時(shí)鐘頻率送給采樣保持電路作為采樣時(shí)鐘信號，同時(shí)也作為整個(gè)ADC的時(shí)鐘信號。這樣，不同的重構配置控制信號就可能選擇不同的時(shí)鐘信號，從而實(shí)現ADC采樣頻率的配置。在產(chǎn)生時(shí)鐘信號的同時(shí)重構配置控制電路也發(fā)出一組控制信號S0～S11及R12～R6控制11級流水線(xiàn)的工作狀態(tài)，其中控制信號R12～R6在A(yíng)DC工作期間只有一個(gè)是處于有效狀態(tài)，亦即R12～R6所控制的開(kāi)關(guān)只有一個(gè)是處于導通狀態(tài)，其他都斷開(kāi)。由此決定可重構流水線(xiàn)ADC分辨率的位數，并通過(guò)S0～S11把沒(méi)有用到的流水線(xiàn)級數關(guān)斷，以節省功耗。例如：當R11有效時(shí)，ADC的分辨率位數為11位，采樣保持電路的輸出直接送給第2級流水線(xiàn)作為其輸入，同時(shí)把第1級流水線(xiàn)關(guān)斷以節省電路的功耗。當ADC的采樣頻率和分辨率位數配置之后，整個(gè)電路的工作情況就同一般結構的流水線(xiàn)ADC[3]一樣，由采樣保持電路對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，并將保持的采樣值送給與之相連的流水線(xiàn)級。接收到采樣值的流水線(xiàn)級就對接收到的信號進(jìn)行轉換處理，產(chǎn)生一個(gè)2位的數字信號送給延時(shí)和數字校正電路，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)余量增益信號送給下一級流水線(xiàn)作為其輸入信號。以此類(lèi)推，直至最后一級流水線(xiàn)轉換完成。各級流水線(xiàn)轉換完成后產(chǎn)生的2位數字信號經(jīng)延時(shí)對齊及數字校正后得到最終的數字輸出。通過(guò)不同的重構配置控制信號，該模數轉換器可以實(shí)現采樣頻率（最高可達50MS/s）以及分辨率位數（6～12位）的動(dòng)態(tài)配置，可以滿(mǎn)足多標準接收器在不同的接收模式下對采樣頻率大小及分辨率位數的需要。

2 關(guān)鍵電路設計

2.1 采樣保持電路