一種誤差減小電路、方法及比較器陣列與流程
2024-04-13 20:02:05 2
1.本發明涉及半導體集成電路技術領域，尤其涉及一種誤差減小電路、方法及比較器陣列。
背景技術：
2.在數據轉換器設計中，通常採用多個比較器構成的比較器陣列對輸入信號進行比較量化，比較器的失調誤差是造成量化精度丟失的重要非理想因素。此外，在實際生產製造過程中，由於工藝線設備精度導致的工藝偏差等誤差，會使得比較器內部的輸入晶體對管、採樣電容等偏離理想值，進一步惡化比較器的失調誤差，影響量化輸出的結果，造成整個數據轉換器線性度和精度的損失。因此，如何實現降低比較器的失調誤差，保證量化誤差在理想誤差範圍內是本領域技術人員急需解決的問題。
3.現有技術中，主要是針對比較器陣列中的單個比較器進行的設計優化，然而這種方式將增加單個比較器的功耗、面積以及設計難度。
技術實現要素：
4.針對現有技術中所存在的不足，本發明提供了一種誤差減小電路、方法及比較器陣列，其解決了現有技術中存在的如何減少比較器陣列誤差的問題。
5.第一方面，本發明提供一種誤差減小電路，應用於比較器陣列，其中，所述比較器陣列的比較器個數為n個；所述減小電路包括：隨機使能信號發生器、互質濾波單元、參考電壓生成陣列、參考電壓選通單元和一個隨機化比較器；所述隨機使能信號發生器分別與所述比較器陣列、所述互質濾波單元和所述隨機化比較器相連，用於生成使能信號陣列和一個隨機使能信號，還用於將所述使能信號陣列分別傳輸給所述比較器陣列和所述互質濾波單元，還用於將所述隨機使能信號傳輸給所述隨機化比較器；所述互質濾波單元與所述參考電壓選通單元相連，用於將所述使能信號陣列轉化為控制信號陣列，並將所述控制信號陣列發送給所述參考電壓選通單元；所述參考電壓生成陣列分別與所述參考電壓選通單元和所述比較器陣列相連，用於將生成的參考電壓信號陣列分別發送給所述比較器陣列和所述參考電壓選通單元；所述比較器陣列中的n-1個比較器用於根據接收到的使能信號陣列的控制啟動工作，並將接收到的輸入信號與所述參考電壓陣列比較得到比較結果陣列；所述參考電壓選通單元與所述隨機化比較器相連，用於根據所述控制信號陣列和所述參考電壓信號陣列生成一個隨機參考電壓，並將所述隨機參考電壓傳輸給所述隨機化比較器；所述隨機化比較器用於根據接收的隨機化使能信號的控制啟動工作，還用於將接收到的所述輸入信號與所述隨機參考電壓比較得到一個隨機比較結果，還用於代替所述比較器陣列中的第n個比較器輸出隨機比較結果；其中，所述第n個比較器不包括在所述n-1個比較器內。
6.可選地，所述隨機化比較器與所述比較器陣列還用於同頻接收時鐘信號，使所述隨機化比較器與所述比較器陣列保持同步。
7.可選地，所述隨機使能信號發生器用於根據所述時鐘信號生成使能信號陣列和一
個隨機使能信號，所述使能信號陣列在每個時鐘周期中的n-1個使能信號置高，所述使能信號陣列在每個時鐘周期中第n個使能信號置低。
8.可選地，所述比較器陣列中的n-1個比較器用於根據接收到的使能信號陣列中的n-1個置高使能信號啟動工作，所述比較器陣列中的第n個比較器用於根據接收到的使能信號陣列中的第n個置低使能信號不啟動工作。
9.可選地，所述隨機化比較器用於根據接收到的隨機化使能信號置高時啟動工作。
10.可選地，所述互質濾波單元用於將所述使能信號陣列轉化為控制信號陣列，所述控制信號陣列在每個時鐘周期中的n-1個控制信號置低，所述控制信號陣列在每個時鐘周期中的第n個使能信號置高。
11.第二方面，本發明提供一種誤差減小方法，應用於所述的誤差減小電路，所述方法包括：隨機使能信號發生器生成使能信號陣列和一個隨機使能信號；互質濾波單元將所述使能信號陣列轉化為控制信號陣列；參考電壓生成陣列生成的參考電壓信號陣列；比較器陣列中的n-1個比較器根據接收到的使能信號陣列的控制啟動工作；參考電壓選通單元根據所述控制信號陣列和所述參考電壓信號陣列生成一個隨機參考電壓；隨機化比較器根據接收的隨機化使能信號的控制啟動工作，將接收到的所述輸入信號與所述隨機參考電壓比較得到一個隨機比較結果，代替所述比較器陣列中的第n個比較器輸出所述隨機化比較結果。
12.可選地，所述方法還包括：所述隨機化比較器與所述比較器陣列同頻接收時鐘信號，使所述隨機化比較器與所述比較器陣列保持同步。
13.可選地，所述隨機使能信號發生器生成使能信號陣列和一個隨機使能信號包括：隨機使能信號發生器根據所述時鐘信號生成使能信號陣列和一個隨機使能信號。
14.第三方面，本發明提供一種比較器陣列，包括所述誤差減小電路。
15.相比於現有技術，本發明具有如下有益效果：
16.(1)與現有技術中的通過提高比較器陣列中的單個比較器的精度相比，採用一個隨機比較器隨機替換比較器陣列中的一個比較器，降低了單個比較器設計難度和功耗等，節約了比較器面積，提升了電路的可設計性。
17.(2)從系統的角度進行比較器陣列的優化，利用一個隨機化比較器，進行比較器陣列通道的隨機化替代，從系統上實現失調誤差平均化，減小單一通道固定誤差對整體電路線性度的影響，從而從整個系統提高隨機比較器陣列的輸出精度。
附圖說明
18.圖1為本發明實施例提供的一種誤差減小電路的電路圖；
19.圖2為本發明實施例提供的一種時鐘信號、使能信號陣列、隨機使能信號和控制信號陣列的波形圖；
20.圖3為本發明實施例提供的一種誤差減小方法的流程圖。
具體實施方式
21.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於
本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
22.為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
23.圖1為本發明實施例提供的一種誤差減小電路的電路圖，如圖1所示，應用於比較器陣列compar，其中，所述比較器陣列compar的比較器個數為n個；所述減小電路包括：隨機使能信號發生器rand、互質濾波單元lpw、參考電壓生成陣列vr_arry、參考電壓選通單元vr_mux和一個隨機化比較器compx；
24.所述隨機使能信號發生器rand分別與所述比較器陣列compar、所述互質濾波單元lpw和所述隨機化比較器compx相連，用於生成使能信號陣列k[n:1]和一個隨機使能信號kx，還用於將所述使能信號陣列k[n:1]分別傳輸給所述比較器陣列compar和所述互質濾波單元lpw，還用於將所述隨機使能信號kx傳輸給所述隨機化比較器compx；
[0025]
所述互質濾波單元lpw與所述參考電壓選通單元vr_mux相連，用於將所述使能信號陣列k[n:1]轉化為控制信號陣列s[n:1]，並將所述控制信號陣列s[n:1]發送給所述參考電壓選通單元vr_mux；
[0026]
所述參考電壓生成陣列vr_arry分別與所述參考電壓選通單元vr_mux和所述比較器陣列compar相連，用於將生成的參考電壓信號陣列vr[n:1]分別發送給所述比較器陣列compar和所述參考電壓選通單元vr_mux；
[0027]
所述比較器陣列compar中的n-1個比較器用於根據接收到的使能信號陣列k[n-1:1]的控制啟動工作，並將接收到的輸入信號vin與所述參考電壓陣列比較得到比較結果陣列；
[0028]
所述參考電壓選通單元vr_mux與所述隨機化比較器compx相連，用於根據所述控制信號陣列s[n:1]和所述參考電壓信號陣列vr[n:1]生成一個隨機參考電壓vrx，並將所述隨機參考電壓vrx傳輸給所述隨機化比較器compx；
[0029]
所述隨機化比較器compx用於根據接收的隨機化使能信號的控制啟動工作，還用於將接收到的所述輸入信號vin與所述隨機參考電壓vrx比較得到一個隨機比較結果，還用於代替所述比較器陣列compar中的第n個比較器輸出隨機比較結果；其中，所述第n個比較器不包括在所述n-1個比較器內。
[0030]
在本實施例中，通過隨機使能信號發生器rand生成使能信號陣列k[n:1]和一個隨機使能信號kx，使比較器陣列compar能夠根據使能信號陣列k[n:1]的控制工作，其中使能信號陣列k[n:1]中的每個使能信號與比較器陣列compar中的每個比較器一一對應，隨機使能信號kx控制隨機比較器啟動工作，比較器陣列compar中的n-1個比較器根據使能信號陣列k[n:1]啟動工作；參考電壓生成單元生成陣列用於生成參考電壓信號陣列vr[n:1]；比較器陣列compar中的n-1個比較器根據接收到的使能信號陣列k[n-1:1]的控制啟動工作，啟動之後比較器陣列compar中的每個比較器將輸入信號vin與參考電壓信號比較並輸出比較結果，第n個比較器則不啟動，因此也不輸出比較結果；參考電壓選通單元vr_mux根據控制信號陣列s[n:1]和參考電壓信號陣列vr[n:1]生成一個隨機參考電壓vrx；隨機化比較器compx啟動工作之後，將輸入信號vin與隨機參考電壓vrx進行比較得到隨機比較結果，將替
換未啟動的比較器陣列compar中的比較器輸出隨機比較結果，當比較器陣列compar中出現精度不高的比較器時，通過隨機化比較器compx隨機替換比較器陣列compar中的任意一個比較器的比較結果，比較器陣列compar中的每個比較器都有被替換輸出比較結果的機會，精度不高的比較器不會每次都輸出比較結果，減小精度不高的比較器的輸出概率，實現誤差匹配平均化，從而從整個系統提高隨機比較器陣列compar的輸出精度。
[0031]
需要說明的是，隨機化比較器compx的性能良好，輸出的比較結果精度良好，還可以通過外圍保護電路等提高隨機化比較器compx的精度。
[0032]
在本發明的另一實施例中，所述隨機化比較器compx與所述比較器陣列compar還用於同頻接收時鐘信號clk，使所述隨機化比較器compx與所述比較器陣列compar保持同步。
[0033]
在本實施例中，通過隨機化比較器compx與比較器陣列compar同頻接收時鐘信號clk，使隨機化比較器compx與比較器陣列compar能夠保持同步工作。
[0034]
圖2為本發明實施例提供的一種時鐘信號clk、使能信號陣列k[n:1]、隨機使能信號kx和控制信號陣列s[n:1]的波形圖，如圖2所示，所述隨機使能信號kx發生器rand用於根據所述時鐘信號clk生成使能信號陣列k[n:1]和一個隨機使能信號kx，所述使能信號陣列k[n:1]在每個時鐘周期中的n-1個使能信號置高，所述使能信號陣列k[n:1]在每個時鐘周期中第n個使能信號置低。
[0035]
所述比較器陣列compar中的n-1個比較器用於根據接收到的使能信號陣列k[n:1]中的n-1個置高使能信號啟動工作，所述比較器陣列compar中的第n個比較器用於根據接收到的使能信號陣列k[n:1]中的第n個置低使能信號不啟動工作。
[0036]
所述隨機化比較器compx用於根據接收到的隨機化使能信號置高時啟動工作。
[0037]
所述互質濾波單元lpw用於將所述使能信號陣列k[n:1]轉化為控制信號陣列s[n:1]，所述控制信號陣列s[n:1]在每個時鐘周期中的n-1個控制信號置低，所述控制信號陣列s[n:1]在每個時鐘周期中的第n個使能信號置高。
[0038]
在本實施例中，通過n-1個使能信號置高，從而控制比較器陣列compar中的n-1個比較器啟動工作，能夠正常輸出比較結果，將比較器使能信號陣列k[n:1]中的第n個使能信號置低，從而控制比較器陣列compar中的第n個比較器不啟動，使隨機化比較器compx可以替換該比較器輸出比較結果。互質濾波單元lpw將使能信號陣列k[n:1]轉化為控制信號陣列s[n:1]，所述控制信號陣列s[n:1]在每個時鐘周期中的n-1個控制信號置低，所述控制信號陣列s[n:1]在每個時鐘周期中的第n個使能信號置高，從圖2可以看出控制信號陣列s[n:1]與使能信號陣列k[n:1]的波形型號相反，從而可以確定出當前周期內未啟動的比較器，再將控制信號陣列s[n:1]傳輸給參考電壓選通單元vr_mux；參考電壓選通單元vr_mux能夠根據控制信號陣列s[n:1]確定出未啟動比較器本應輸入的參考電壓，即隨機參考電壓vrx，並傳輸給隨機化比較器compx，隨機化比較器compx能夠根據輸入電壓和隨機參考電壓vrx比較得到隨機比較結果。
[0039]
具體地，所述的第一個比較器comp[1]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[1]和比較參考電壓信號vr[1]，在使能信號k[1]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號vr[1]值的大小比較，輸出比較結果t[1]；所述的第二個比較器單元comp[2]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[2]和比較參考電壓信號vr[2]，在使能信號
k[2]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號vr[2]值的大小比較，輸出比較結果t[2]；其餘依次比較輸出。所述的第n-1個比較器comp[n-1]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[n-1]和比較參考電壓信號vr[n-1]，在使能信號k[n-1]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號vr[n-1]值的大小比較，輸出比較結果t[n-1]；所述的第n個比較器單元comp[n]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[n]和比較參考電壓信號vr[n]，在使能信號k[n]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號vr[n]值的大小比較，輸出比較結果t[n]。
[0040]
圖3為本發明實施例提供的一種誤差減小方法的流程圖，如圖3所示，所述方法應用於上述電路，所述方法包括：
[0041]
步驟s110：隨機使能信號發生器生成使能信號陣列和一個隨機使能信號。
[0042]
在步驟s110中，隨機使能信號發生器根據所述時鐘信號生成使能信號陣列和一個隨機使能信號。所述使能信號陣列在每個時鐘周期中的n-1個使能信號置高，所述使能信號陣列在每個時鐘周期中第n個使能信號置低。
[0043]
使能信號陣列用於控制比較器陣列啟動工作，隨機使能信號用於控制隨機比較器啟動工作。具體地，所述比較器陣列中的n-1個比較器用於根據接收到的使能信號陣列中的n-1個置高使能信號啟動工作，所述比較器陣列中的第n個比較器用於根據接收到的使能信號陣列中的第n個置低使能信號不啟動工作
[0044]
步驟s120：互質濾波單元將所述使能信號陣列轉化為控制信號陣列。
[0045]
在步驟s120中，所述控制信號陣列在每個時鐘周期中的n-1個控制信號置低，所述控制信號陣列在每個時鐘周期中的第n個使能信號置高。
[0046]
步驟s130：參考電壓生成陣列生成的參考電壓信號陣列。
[0047]
通過生成參考電壓信號陣列，使比較器陣列可以將輸入信號與參考電壓信號陣列分別進行比較。
[0048]
步驟s140：比較器陣列中的n-1個比較器根據接收到的使能信號陣列的控制啟動工作。
[0049]
比較器陣列中的第n個比較器不啟動工作，通過隨機化比較器輸出隨機比較結果替換該比較器工作。
[0050]
步驟s150：參考電壓選通單元根據所述控制信號陣列和所述參考電壓信號陣列生成一個隨機參考電壓。
[0051]
通過獲取隨機參考電壓以供隨機化比較器可以將參考電壓與輸入信號進行比較輸出隨機比較結果。
[0052]
步驟s160：隨機化比較器根據接收的隨機化使能信號的控制啟動工作，將接收到的所述輸入信號與所述隨機參考電壓比較得到一個隨機比較結果，代替所述比較器陣列中的第n個比較器輸出所述隨機化比較結果。
[0053]
通過本實施例提供的誤差減小方法，當比較器陣列中出現精度不高的比較器時，通過隨機化比較器隨機替換比較器陣列中的任意一個比較器的比較結果，比較器陣列中的每個比較器都有被替換輸出比較結果的機會，精度不高的比較器不會每次都輸出比較結果，減小精度不高的比較器的輸出概率，實現誤差匹配平均化，從而從整個系統提高隨機比較器陣列的輸出精度。
[0054]
在本發明的另一實施例中，在所述隨機使能信號發生器生成所述方法還包括：
[0055]
步驟s200：所述隨機化比較器與所述比較器陣列同頻接收時鐘信號，使所述隨機化比較器與所述比較器陣列保持同步。
[0056]
在本發明的另一實施例中還提供一種比較器陣列，所述比較器陣列包括上述減小誤差的電路，比較器個數為n個；所述減小電路包括：隨機使能信號發生器、互質濾波單元、參考電壓生成陣列、參考電壓選通單元和一個隨機化比較器；
[0057]
所述隨機使能信號發生器分別與所述比較器陣列、所述互質濾波單元和所述隨機化比較器相連，用於生成使能信號陣列和一個隨機使能信號，還用於將所述使能信號陣列分別傳輸給所述比較器陣列和所述互質濾波單元，還用於將所述隨機使能信號傳輸給所述隨機化比較器；
[0058]
所述互質濾波單元與所述參考電壓選通單元相連，用於將所述使能信號陣列轉化為控制信號陣列，並將所述控制信號陣列發送給所述參考電壓選通單元；
[0059]
所述參考電壓生成陣列分別與所述參考電壓選通單元和所述比較器陣列相連，用於將生成的參考電壓信號陣列分別發送給所述比較器陣列和所述參考電壓選通單元；
[0060]
所述比較器陣列中的n-1個比較器用於根據接收到的使能信號陣列的控制啟動工作，並將接收到的輸入信號與所述參考電壓陣列比較得到比較結果陣列；
[0061]
所述參考電壓選通單元與所述隨機化比較器相連，用於根據所述控制信號陣列和所述參考電壓信號陣列生成一個隨機參考電壓，並將所述隨機參考電壓傳輸給所述隨機化比較器；
[0062]
所述隨機化比較器用於根據接收的隨機化使能信號的控制啟動工作，還用於將接收到的所述輸入信號與所述隨機參考電壓比較得到一個隨機比較結果，還用於代替所述比較器陣列中的第n個比較器輸出隨機比較結果；其中，所述第n個比較器不包括在所述n-1個比較器內。
[0063]
在本發明的另一實施例中，包括比較器陣列compar，隨機化比較器compx，隨機使能信號發生器rand，互質濾波單元lpw，參考電壓生成陣列vr_arry，參考電壓選通單元vr_mux，輸入信號vin，時鐘信號clk。
[0064]
其中，在一個比較器陣列compar只有5個比較器的數據轉換器中。
[0065]
隨機使能信號發生器rand接收時鐘信號clk，用於生成控制比較器陣列compar的使能信號陣列k[5:1]和隨機使能信號kx，使能信號陣列k[5:1]用於控制比較器陣列compar中比較器單元comp[5:1]是否開啟工作,隨機使能信號kx用於控制隨機化比較器compx是否開啟工作。互質濾波單元lpw接收使能信號陣列k[5:1]，用於生成控制信號陣列s[5:1]。參考電壓生成陣列vr_arry用於生成比較器陣列compar的比較參考電壓信號陣列vr[5:1]。參考電壓選通單元vr_mux接收控制信號陣列s[5:1]和比較參考電壓信號陣列vr[5:1]，用於生成隨機化比較器compx單元的隨機參考電壓vrx，隨機參考電壓vrx的值隨機的與比較參考電壓信號陣列vr[5:1]值中的其中之一相等。比較器陣列compar[5:1]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號陣列k[5:1]和比較參考電壓信號陣列vr[5:1]，在使能信號k[5:1]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號陣列vr[5:1]值的大小比較，輸出比較結果陣列t[5:1]。隨機化比較器compx接收輸入信號vin、時鐘信號clk、隨機使能信號kx和隨機參考電壓vrx，在隨機使能信號kx置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較
參考電壓vrx值的大小比較，輸出隨機比較結果tx。比較器陣列compar[5:1]中，使能信號陣列k[5:1]中隨機的4位使能信號置高，1位置低，使得比較器陣列compar[5:1]中的4個比較器開啟，1個比較器不開啟，比較結果陣列t[5:1]輸出4位比較結果，缺少的1位比較結果由隨機化比較器compx的隨機比較結果tx實現替代，實現失配誤差平均化，用於數據轉換器中減小比較器陣列compar[5:1]由於通道失配導致的比較誤差概率。
[0066]
其中，比較器陣列compar包括n個比較器單元comp。第一個比較器單元comp[1]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[1]和參考電壓信號vr[1]，在使能信號k[1]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號vr[1]值的大小比較，輸出比較結果t[1]；第二個比較器單元comp[2]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[2]和參考電壓信號vr[2]，在使能信號k[2]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和參考電壓信號vr[2]值的大小比較，輸出比較結果t[2]；其餘依次比較輸出。第4個比較器單元comp[4]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[4]和參考電壓信號vr[4]，在使能信號k[4]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和參考電壓信號vr[4]值的大小比較，輸出比較結果t[4]；第n個比較器單元comp[5]接收輸入信號vin、時鐘信號clk、使能信號k[5]和參考電壓信號vr[5]，在使能信號k[5]置高的情況下，用於實現輸入信號vin和比較參考電壓信號vr[5]值的大小比較，輸出比較結果t[5]。
[0067]
如圖1所示，隨機使能信號發生器rand接收時鐘信號clk，用於生成控制比較器陣列compar的使能信號陣列k[5:1]和隨機使能信號kx。使能信號陣列k[5:1]與時鐘信號clk同步，使能信號陣列k[5:1]中每個時鐘周期僅一個信號置低，其餘4個信號置高。置低的信號為使能信號陣列k[5:1]中隨機的一個信號。隨機使能信號kx與時鐘信號clk同頻置高。
[0068]
如圖2所示，互質濾波單元lpw接收使能信號陣列k[5:1]，用於生成控制信號陣列s[5:1]。在每個時鐘周期內，控制信號陣列s[5:1]僅一個信號置高，其餘4個周期信號置低；置高的信號與使能信號陣列k[5:1]中隨機置低的信號互補。
[0069]
本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、或者計算機軟體和電子硬體的結合來實現。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本技術的範圍。
[0070]
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。