一种高速率电压失调补偿系统的制作方法

1.本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种高速率电压失调补偿系统。


背景技术：

2.当下失调消除技术主要采用的是输入失调存储技术，该技术能有效地消除运放带来的失调电压但该结构需要共模反馈与偏置电路，使得电路结构变得复杂。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高速率电压失调补偿系统，以解决背景技术中的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速率电压失调补偿系统，包括：
5.均衡器，均衡通过直流失调电压的监测和补偿，并以此进行均衡补偿调整，直到信号达到最佳均衡状态；
6.差分放大模块，对均衡器的输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，输出用于比较的基准信号；
7.电压失调判断检测模块，通过二级差分放大器结构将基准信号进行比较从而输出电压失调信号；
8.电压失调校准模块，快速搜索差分电压失调，判定失调深度，以可变精度进行失调补偿。
9.在一种实施方式中，所述均衡器包括线性模拟均衡器和失调电压调节阵列；
10.所述线性模拟均衡器对输入的高速信号进行均衡，通过自适应的源级负反馈电容来控制高频增益；
11.所述失调电压调节阵列通过控制矩阵，改变其电流大小，以实现调节输出电压。
12.在一种实施方式中，所述线性模拟均衡器包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一pmos管、第二pmos管、第一电流源、第九nmos管～第十二nmos管；
13.第一三极管和第二三极管的基极分别接入差分信号inn和inp，发射极分别连接第三电阻的两端和第一电容的两端，集电极分别通过第一电阻和第二电阻接电源vdd；第一三极管和第二三极管的发射极同时通过第一电流源接地；
14.第一pmos管和第二pmos管的漏端分别连接第一三极管和第二三极管的集电极；第一pmos管和第二pmos管的栅端均接n9信号；第一pmos管的源端同时连接第九nmos管的漏端和第十二nmos管的漏端，第二pmos管的源端同时连接第十nmos管的漏端和第十一nmos管的漏端；
15.第九nmos管的栅端接b1信号，第十nmos管的栅端接b3信号，第十一nmos管的栅端接b4信号，第十二nmos管的栅端接b2信号，第九nmos管～第十二nmos管的源端均接地。
16.在一种实施方式中，所述失调电压调节阵列包括第一nmos管～第八nmos管、第十
三nmos管～第十五nmos管、第一反相器、第二反相器；
17.第一反相器的输入端接入启动信号，输出端同时连接第二反相器和第十五nmos管的栅端，第二反相器的输出端连接第十三nmos管的栅端，第十三nmos管的漏端接vdd，源端同时连接第十四nmos管的漏端和第十五nmos管的漏端，第十四nmos管的源端和第十五nmos管的源端均接地；第十四nmos管的漏端接自身栅端；
18.第一nmos管、第三nmos管、第五nmos管、第七nmos管的源端同时连接第十四nmos管的栅端；第一nmos管、第三nmos管、第五nmos管、第七nmos管的漏端分别连接第二nmos管、第四nmos管、第六nmos管、第八nmos管的漏端；第二nmos管、第四nmos管、第六nmos管、第八nmos管的源端均接地；第一nmos管～第八nmos管的栅端分别连接n1信号～n8信号。
19.在一种实施方式中，所述差分放大模块包括可编程增益放大电路、限幅放大模块a和限幅放大模块b；
20.所述可编程增益放大电路放大均衡后的信号，能导通极大电流，使信号放大速率加快；
21.所述限幅放大模块a和所述限幅放大模块b对所述可编程增益放大电路的输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，同时输出两个用于后级进行比较的基准信号。
22.在一种实施方式中，所述可编程增益放大电路包括第三三极管～第六三极管、第三电阻、第四电阻和第二电流源；
23.第三三极管和第四三极管的基极连接均衡后的信号，集电极均连接电源vdd，发射极分别连接第五三极管和第六三极管的集电极；第五三极管和第六三极管的基极互连，发射极分别通过第三电阻和第四电阻接地；
24.第二电流源的正极同时连接第五三极管的基极和第六三极管的基极，负极接地。
25.在一种实施方式中，所述限幅放大模块a包括第十六nmos管～第二十一nmos管、第三电流源～第五电流源；
26.第十六nmos管和第十七nmos管的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过第三电流源接地；第十八nmos管和第十九nmos管的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过第四电流源接地；第二十nmos管和第二十一nmos管的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过第五电流源接地；
27.第十六nmos管的栅端连接第三三极管的发射极，第十七nmos管的栅端连接第四三极管的发射极，第十八nmos管的栅端连接第十六nmos管的漏端，第十九nmos管的栅端连接第十七nmos管的漏端，第二十nmos管的栅端连接第十九nmos管的漏端，第二十一nmos管的栅端连接第十八nmos管的漏端；
28.所述限幅放大模块b和所述限幅放大模块a互为镜像模块，结构一致。
29.在一种实施方式中，所述电压失调判断检测模块包括第三pmos管～第六pmos管、第二十二nmos管～第二十五nmos管；
30.第三pmos管～第六pmos管的源端均接电源vdd，第三pmos管的栅端同时连接第四pmos管的栅端和漏端，第三pmos管的漏端连接第二十五nmos管的漏端，第四pmos管的漏端连接第二十三nmos管的漏端，第二十三nmos管的源端接第六电流源的正极，栅端接入基准信号；
31.第二十五nmos管的栅端连接第二十四nmos管的栅端和漏端，第二十五nmos管和第二十四nmos管的源端接地；
32.第六pmos管的栅端同时连接第五pmos管的栅端和漏端，第六pmos管的漏端连接第二十四nmos管的漏端，第五pmos管的漏端连接第二十二nmos管的漏端，第二十二nmos管的源端接第六电流源的正极，栅端接入基准信号。
33.在一种实施方式中，所述电压失调校准模块采用sar电压失调校准算法，将整个输出失调电压vout按照精度进行细分。
34.本发明提供的一种高速率电压失调补偿系统，与传统补偿算法相比较，静态电流降低，精度提高，速度提高，因为是数字化实现，故对抗噪声干扰的能力大大提升，能实现高速环境下失调电压的快速和高精度补偿。
附图说明
35.图1为本发明提供的一种高速率电压失调补偿系统的框图。
36.图2为均衡器的电路结构示意图。
37.图3为差分放大模块的电路结构示意图。
38.图4为电压失调判断检测模块的电路结构示意图。
39.图5为电压失调校准模块的电路结构示意图。
具体实施方式
40.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高速率电压失调补偿系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
41.本发明提供一种高速率电压失调补偿系统，其结构框图如图1所示，包括均衡器、差分放大模块、电压失调判断检测模块、电压失调校准模块。所述均衡器用于均衡通过直流失调电压的监测和补偿，并以此进行均衡补偿调整，直到信号达到最佳均衡状态；所述差分放大模块对均衡器的输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，输出用于比较的基准信号；所述电压失调判断检测模块通过二级差分放大器结构将基准信号进行比较从而输出电压失调信号；所述电压失调校准模块快速搜索差分电压失调，判定失调深度，以可变精度进行失调补偿。
42.所述均衡器的内部结构由线性模拟均衡器和失调电压调节阵列组成，上部为线性模拟均衡器，下部为由数字端控制的偏置矩阵，双方叠加于输出outp/outn之上，达到改变电流大小的作用，其框架图见图2，所述线性模拟均衡器包括三极管q1～q2、电阻r1～r3、电容c1、pmos管p1～p2、电流源i1、nmos管m9～m12；三极管q1和三极管q2的基极分别接入差分信号inn和inp，发射极分别连接电阻r3的两端和电容c1的两端，集电极分别通过电阻r1和电阻r2接电源vdd；三极管q1和三极管q2的发射极同时通过电流源i1接地；pmos管p1和pmos管p2的漏端分别连接三极管q1和三极管q2的集电极；pmos管p1和pmos管p2的栅端均接n9信号；pmos管p1的源端同时连接nmos管m9的漏端和nmos管m12的漏端，pmos管p2的源端同时连接nmos管m10的漏端和nmos管m11的漏端；nmos管m9的栅端接b1信号，nmos管m10的栅端接b3信号，nmos管m11的栅端接b4信号，nmos管m12的栅端接b2信号，nmos管m9～nmos管m12的源
端均接地。
43.所述失调电压调节阵列包括nmos管m1～nmos管m8、nmos管m13～nmos管m15、反相器inv1～inv2；反相器inv1的输入端接入启动信号，输出端同时连接反相器inv2和nmos管m15的栅端，反相器inv2的输出端连接nmos管m13的栅端，nmos管m13的漏端接vdd，源端同时连接nmos管m14的漏端和nmos管m15的漏端，nmos管m14的源端和nmos管m15的源端均接地；nmos管m14的漏端接自身栅端；nmos管m1、nmos管m3、nmos管m5、nmos管m7的源端同时连接nmos管m14的栅端；nmos管m1、nmos管m3、nmos管m5、nmos管m7的漏端分别连接nmos管m2、nmos管m4、nmos管m6、nmos管m8的漏端；nmos管m2、nmos管m4、nmos管m6、nmos管m8的源端均接地；nmos管m1～nmos管m8的栅端分别连接n1信号～n8信号。
44.所述线性模拟均衡器的具体工作过程如下：
45.inp和inn为输入差分信号，信号经过模拟线性均衡ctle的模拟差分运放对三极管q1和q2，通过电阻r3和可编程电容c1来调节均衡增益，信号发送至输出端outp/outn，此时如果系统发生电压失调，其失调信号通过数字sar失调补偿算法传输至a1，a2，a3，a4和a5端，其中a5为判断是需要调整左侧矩阵还是右侧矩阵的判断信号，假如a5为
‘1’
，则左侧偏置矩阵开始工作，如果a5为
‘0’
则右侧偏置矩阵工作。调整信号中的a1，a2，a3，a4为含有精度的调整信号，当左侧开始工作时，假如a1为
‘0’
则n2为
‘1’
，n1为
‘0’
，那么nmos管m1关闭，nmos管m2导通，导致b1为低电平，nmos管m9则关断，pmos管p1中无电流变化，系统无调整变化。假如a1为
‘1’
则n2为
‘0’
，n1为
‘1’
，那么nmos管m2关闭，nmos管m1导通，nmos管m13，nmos管m15和nmos管m14组成的偏置电流源通过nmos管m1提供电流至b1，nmos管m9使得pmos管p1随之产生电流变化，系统开始进行调整。最终调整电流均附加至out/outp输出上输出给后续模块，其他信号如a2，a3，a4等以此类推。
46.所述差分放大模块包括可编程增益放大电路、限幅放大模块a和限幅放大模块b，其结构见图3。所述可编程增益放大电路包括三极管q3～三极管q6、电阻r3、电阻r4和电流源i2；三极管q3和三极管q4的基极连接均衡后的信号，集电极均连接电源vdd，发射极分别连接三极管q5和三极管q6的集电极；三极管q5和三极管q6的基极互连，发射极分别通过电阻r3和电阻r4接地；电流源i2的正极同时连接三极管q5的基极和三极管q6的基极，负极接地。
47.所述限幅放大模块a包括nmos管m16～nmos管m21、电流源i3～电流源i5；nmos管m16和nmos管m17的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过电流源i3接地；nmos管m18和nmos管m19的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过电流源i4接地；nmos管m20和nmos管m21的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过电流源i5接地；nmos管m16的栅端连接三极管q3的发射极，nmos管m17的栅端连接三极管q4的发射极，nmos管m18的栅端连接nmos管m16的漏端，nmos管m19的栅端连接nmos管m17的漏端，nmos管m20的栅端连接nmos管m19的漏端，nmos管m21的栅端连接nmos管m18的漏端；
48.所述限幅放大模块b和所述限幅放大模块a互为镜像模块，结构一致。
49.所述差分放大模块的具体工作过程如下：
50.均衡后的信号为差分对inn/inp，通过可编程增益放大电路(即vga)进行放大，该vga电路包括一对三极管q3和q4，此结构能导通极大电流，大电流能使信号放大速率加快，此电路利用三极管q5和q6的基极接入一个电流源i2，使得该电流源i2能够控制三极管q5和
q6的导通效果，从而产生大电流，对差分对三极管q3和q4的电流大小以达到控制的目的，从而实现增益提升。放大后的信号通过a模块和b模块对vga输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，同时输出两个用于后级进行比较的基准信号outa和outb。a模块和b模块为镜像模块，结构一致，都包含有若干限幅放大器，如图3中nmos管m16，nmos管m17，nmos管m18，nmos管m19，nmos管m20，nmos管m21等组成的类似结构。其中nmos管m16和nmos管m17组成的差分对结构可以有很多个级联在nmos管m16和nmos管m17组成的差分对之后，并不限止于图中的示意个数。这些限幅放大器输出信号的摆幅与其尾电流大小正相关，nmos管m20和nmos管m21组成的对称结构为其产生尾电流，此结构的电流源i5是可以调节的，通过调节电流源i5可以产生不同的尾电流。
51.所述电压失调判断检测模块的内部结构为二阶比较器，其结构见图4，所述电压失调判断检测模块包括pmos管p3～pmos管p6、nmos管m22～nmos管m25；pmos管p3～pmos管p6的源端均接电源vdd，pmos管p3的栅端同时连接pmos管p4的栅端和漏端，pmos管p3的漏端连接nmos管m25的漏端，pmos管p4的漏端连接nmos管m23的漏端，nmos管m23的源端接电流源i6的正极，栅端接入基准信号；nmos管m25的栅端连接nmos管m24的栅端和漏端，nmos管m25和nmos管m24的源端接地；pmos管p6的栅端同时连接pmos管p5的栅端和漏端，pmos管p6的漏端连接nmos管m24的漏端，pmos管p5的漏端连接nmos管m22的漏端，nmos管m22的源端接电流源i6的正极，栅端接入基准信号。
52.所述电压失调判断检测模块的具体工作过程如下：
53.两个基准信号outa(即ina)和outb(即inb)作为电压失调判断检测模块的输入，此模块包含一个二阶差分比较电路，此电路由一对差分输入对nmos管m22和m23、四个pmos管p6，p3，p4，p5、两个nmos管m24和m25组成的三对电流镜构成，信号通过此电路后单端输出(vout)，与单阶比较器相比较，具有更高精度。
54.所述电压失调校准模块采用了sar电压失调校准算法，其结构如图5所示，工作过程如下：
55.将整个输出失调电压vout按照精度进行细分，例如本实施例的精度为5bit，为了提高精度也可进一步按6bit，7bit等进行划分。那么整个电压可细分为16位4bit+1bit调整信号，然后对vout输出值进行采样，因本实施例采用5bit精度进行采样，也就是采样为五个时钟周期为一个调整阶段，此阶段为循环过程。最高位bit5对应均衡器中的a5输入端，其他位对应均衡器中的a1，a2，a3，a4输入端。
56.首先给予算法矩阵付初值
‘
10000’，初始值的选取范围为
‘
11000’值和
‘
01000’的中间值，反应在模拟均衡器的电流矩阵为全部关闭，均衡器进入初始阶段，没有任何电流的调整，同时最高位为
‘1’
代表失调发生在均衡器差分段左侧，
‘0’
代表失调发生在均衡器差分段右侧，也即均衡器模块中的a3。
57.第一个周期，vout输出为
‘0’
意味失调值大于
‘
10000’，同时最高位
‘1’
代表均衡器右侧失调，随即对初始值进行调整，赋予矩阵
‘
11000’，此时反应在均衡器为右侧输出电压失调，对均衡器右侧进行电流值调整。
58.第二个周期，vout输出为
‘1’
意味失调值小于
‘
11000’，
‘
11000’处于
‘
11100’与
‘
10100’区间的中间，随即对初始值进行调整，赋予矩阵
‘
10100’，此时反应在均衡器为右侧输出电压失调，对均衡器右侧进行电流值调整。
59.以此类推，直到五部全部完成，然后输出固定的调整值，完全消除电压失调。
60.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种高速率电压失调补偿系统，其特征在于，包括：均衡器，均衡通过直流失调电压的监测和补偿，并以此进行均衡补偿调整，直到信号达到最佳均衡状态；差分放大模块，对均衡器的输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，输出用于比较的基准信号；电压失调判断检测模块，通过二级差分放大器结构将基准信号进行比较从而输出电压失调信号；电压失调校准模块，快速搜索差分电压失调，判定失调深度，以可变精度进行失调补偿。2.如权利要求1所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述均衡器包括线性模拟均衡器和失调电压调节阵列；所述线性模拟均衡器对输入的高速信号进行均衡，通过自适应的源级负反馈电容来控制高频增益；所述失调电压调节阵列通过控制矩阵，改变其电流大小，以实现调节输出电压。3.如权利要求2所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述线性模拟均衡器包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一pmos管、第二pmos管、第一电流源、第九nmos管～第十二nmos管；第一三极管和第二三极管的基极分别接入差分信号inn和inp，发射极分别连接第三电阻的两端和第一电容的两端，集电极分别通过第一电阻和第二电阻接电源vdd；第一三极管和第二三极管的发射极同时通过第一电流源接地；第一pmos管和第二pmos管的漏端分别连接第一三极管和第二三极管的集电极；第一pmos管和第二pmos管的栅端均接n9信号；第一pmos管的源端同时连接第九nmos管的漏端和第十二nmos管的漏端，第二pmos管的源端同时连接第十nmos管的漏端和第十一nmos管的漏端；第九nmos管的栅端接b1信号，第十nmos管的栅端接b3信号，第十一nmos管的栅端接b4信号，第十二nmos管的栅端接b2信号，第九nmos管～第十二nmos管的源端均接地。4.如权利要求3所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述失调电压调节阵列包括第一nmos管～第八nmos管、第十三nmos管～第十五nmos管、第一反相器、第二反相器；第一反相器的输入端接入启动信号，输出端同时连接第二反相器和第十五nmos管的栅端，第二反相器的输出端连接第十三nmos管的栅端，第十三nmos管的漏端接vdd，源端同时连接第十四nmos管的漏端和第十五nmos管的漏端，第十四nmos管的源端和第十五nmos管的源端均接地；第十四nmos管的漏端接自身栅端；第一nmos管、第三nmos管、第五nmos管、第七nmos管的源端同时连接第十四nmos管的栅端；第一nmos管、第三nmos管、第五nmos管、第七nmos管的漏端分别连接第二nmos管、第四nmos管、第六nmos管、第八nmos管的漏端；第二nmos管、第四nmos管、第六nmos管、第八nmos管的源端均接地；第一nmos管～第八nmos管的栅端分别连接n1信号～n8信号。5.如权利要求4所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述差分放大模块包括可编程增益放大电路、限幅放大模块a和限幅放大模块b；所述可编程增益放大电路放大均衡后的信号，能导通极大电流，使信号放大速率加快；
所述限幅放大模块a和所述限幅放大模块b对所述可编程增益放大电路的输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，同时输出两个用于后级进行比较的基准信号。6.如权利要求5所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述可编程增益放大电路包括第三三极管～第六三极管、第三电阻、第四电阻和第二电流源；第三三极管和第四三极管的基极连接均衡后的信号，集电极均连接电源vdd，发射极分别连接第五三极管和第六三极管的集电极；第五三极管和第六三极管的基极互连，发射极分别通过第三电阻和第四电阻接地；第二电流源的正极同时连接第五三极管的基极和第六三极管的基极，负极接地。7.如权利要求6所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述限幅放大模块a包括第十六nmos管～第二十一nmos管、第三电流源～第五电流源；第十六nmos管和第十七nmos管的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过第三电流源接地；第十八nmos管和第十九nmos管的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过第四电流源接地；第二十nmos管和第二十一nmos管的漏端分别通过一个电阻连接电源vdd，源端通过第五电流源接地；第十六nmos管的栅端连接第三三极管的发射极，第十七nmos管的栅端连接第四三极管的发射极，第十八nmos管的栅端连接第十六nmos管的漏端，第十九nmos管的栅端连接第十七nmos管的漏端，第二十nmos管的栅端连接第十九nmos管的漏端，第二十一nmos管的栅端连接第十八nmos管的漏端；所述限幅放大模块b和所述限幅放大模块a互为镜像模块，结构一致。8.如权利要求7所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述电压失调判断检测模块包括第三pmos管～第六pmos管、第二十二nmos管～第二十五nmos管；第三pmos管～第六pmos管的源端均接电源vdd，第三pmos管的栅端同时连接第四pmos管的栅端和漏端，第三pmos管的漏端连接第二十五nmos管的漏端，第四pmos管的漏端连接第二十三nmos管的漏端，第二十三nmos管的源端接第六电流源的正极，栅端接入基准信号；第二十五nmos管的栅端连接第二十四nmos管的栅端和漏端，第二十五nmos管和第二十四nmos管的源端接地；第六pmos管的栅端同时连接第五pmos管的栅端和漏端，第六pmos管的漏端连接第二十四nmos管的漏端，第五pmos管的漏端连接第二十二nmos管的漏端，第二十二nmos管的源端接第六电流源的正极，栅端接入基准信号。9.如权利要求8所述的高速率电压失调补偿系统，其特征在于，所述电压失调校准模块采用sar电压失调校准算法，将整个输出失调电压vout按照精度进行细分。

技术总结
本发明公开一种高速率电压失调补偿系统，属于集成电路领域，包括均衡器、差分放大模块、电压失调判断检测模块、电压失调校准模块。所述均衡器用于均衡通过直流失调电压的监测和补偿，并以此进行均衡补偿调整，直到信号达到最佳均衡状态；所述差分放大模块对均衡器的输出信号进行限幅放大，使信号接近理想二进制信号，输出用于比较的基准信号；所述电压失调判断检测模块通过二级差分放大器结构将基准信号进行比较从而输出电压失调信号；所述电压失调校准模块快速搜索差分电压失调，判定失调深度，以可变精度进行失调补偿。本发明能降低静态电流，提高精度和速度，能实现高速环境下失调电压的快速和高精度补偿。调电压的快速和高精度补偿。调电压的快速和高精度补偿。


技术研发人员：赵霁 王星 张世琳 相立峰 张国贤 徐晓斌 吕广维
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/21