本發(fā)明涉及集成電路技術領域，具體而言涉及一種用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)及方法。

背景技術：

模數轉換器(adc)中最重要的參數指標就是信噪比(snr)，要提高這個指標，就必須盡可能的降低所有的噪聲源產生的噪聲。在高速異步逐次逼近寄存器型模數轉換器應用中，常見的噪聲有：動態(tài)比較器的噪聲，電容失配造成的系統(tǒng)噪聲、電容的熱噪聲(kt/c噪聲)、量化噪聲等。其中，前兩個噪聲的大小跟電路、版圖、工藝都相關，所以即使在器件熱噪聲模型完善的前提下，簡單的前仿真、后仿真都不能夠預測出真實情況。因此，如果能將adc中關鍵的模塊拆解下來，并獨立測試分析，這樣就不會出現(xiàn)某個模塊過設計或者成為瓶頸的情況。

然而，對于高速動態(tài)比較器的熱噪聲，一般的通用型噪聲測量儀器無法直接測量，這是因為高速動態(tài)比較器電路有以下幾個特殊的地方：a.離散性，高速動態(tài)比較器有時鐘參與，而一般測量儀器都是連續(xù)性的；b.速度高，高速動態(tài)比較器為高速電路，通常測量儀器的工作速度要求比待測儀器的速度更高；c.高速動態(tài)比較器輸出只有高低電平，一般測量儀器需要輸出為模擬電壓。

因此，有必要提出一種用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

在發(fā)明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內容部分并不意味著要 試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

為了克服目前存在的問題，本發(fā)明一方面提供一種用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)，其包括：

信號預處理模塊，其接收測量用第一激勵信號和第二激勵信號，所述第一激勵信號經由所述信號預處理模塊輸出至所述高速動態(tài)比較器的第一輸入端，并且所述第二激勵信號經由所述信號預處理模塊輸出至所述高速動態(tài)比較器的第二輸入端；

邏輯分析儀，其采集所述高速動態(tài)比較器的輸出信號，以基于所采集的信號進行分析。

示例性地，所述信號預處理模塊包括由多個電阻構成的分壓電路，所述第一激勵信號經由所述分壓電路輸出至所述高速動態(tài)比較器的第一輸入端。

示例性地，所述分壓電路由第一電阻和第二電阻串聯(lián)構成。

示例性地，所述信號預處理模塊包括第一低通濾波電路和第二低通濾波電路，所述第一激勵信號經由所述第一低通濾波電路輸出至所述高速動態(tài)比較器的第一輸入端；所述第二激勵信號經由所述第二低通濾波電路輸出至所述高速動態(tài)比較器的第二輸入端。

示例性地，所述第一低通濾波電路由第一電阻、第二電阻和第一電容構成；所述第二低通濾波電路由第三電阻和第二電容構成。

示例性地，基于所采集的信號進行分析包括，基于所述高速動態(tài)比較器所輸出的高電平和低電平的比例進行分析。

示例性地，基于所采集的信號進行分析包括，對所述高速動態(tài)比較器所輸出的高電平占總輸出的比例值進行分析。

示例性地，對所述高速動態(tài)比較器所輸出的高電平占總輸出的比例值進行分析包括，進一步統(tǒng)計所述高速動態(tài)比較器所輸出的高電平占所述總輸出的比例和激勵信號之間的關系。

根據本發(fā)明的另一方面，還提供一種用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法，其包括：

將測量用第一激勵信號和第二激勵信號輸入至信號預處理模塊，以使得所述第一激勵信號經由所述信號預處理模塊輸出至所述高速 動態(tài)比較器的第一輸入端，并且所述第二激勵信號經由所述信號預處理模塊輸出至所述高速動態(tài)比較器的第二輸入端；

利用邏輯分析儀采集所述高速動態(tài)比較器的輸出信號，以基于所采集的信號進行分析。

示例性地，所述信號預處理模塊包括由多個電阻構成的分壓電路，所述第一激勵信號經由所述分壓電路輸出至所述高速動態(tài)比較器的第一輸入端。

示例性地，所述分壓電路由第一電阻和第二電阻串聯(lián)構成。

示例性地，所述信號預處理模塊包括第一低通濾波電路和第二低通濾波電路，所述第一激勵信號經由所述第一低通濾波電路輸出至所述高速動態(tài)比較器的第一輸入端；所述第二激勵信號經由所述第二低通濾波電路輸出至所述高速動態(tài)比較器的第二輸入端。

示例性地，所述第一低通濾波電路由第一電阻、第二電阻和第一電容構成；所述第二低通濾波電路由第三電阻和第二電容構成。

示例性地，基于所采集的信號進行分析進一步包括，基于所述高速動態(tài)比較器所輸出的高電平和低電平的比例進行分析。

示例性地，基于所采集的信號進行分析進一步包括，對所述高速動態(tài)比較器所輸出的高低電平占總輸出的比例值進行分析。

示例性地，對所述高速動態(tài)比較器所輸出的高低電平占總輸出的比例值進行分析包括，進一步統(tǒng)計所述高速動態(tài)比較器所輸出的高電平占所述總輸出的比例和激勵信號之間的關系。

綜上所述，本發(fā)明的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)和方法電路結構簡單并易于操作，利用濾波電路濾除測試信號本身引入的噪聲，從而提高了測試結果的準確性。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的示意圖；

圖2示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的電路圖；

圖3示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100中，高速動態(tài)比較器輸出的高電平所占比例和輸入信號之間的曲線圖；

圖4示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200的流程圖；

圖5示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200的，高速動態(tài)比較器輸出的高電平所占比例和輸入信號之間的仿真結果圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。

應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為“在…上”、“與…相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在…上”、“與…直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，盡管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、 區(qū)、層或部分。

空間關系術語例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關系。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關系術語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術語“在…下面”和“在…下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的結構以及步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。

如上所述，對于高速動態(tài)比較器的熱噪聲，一般的通用型噪聲測量儀器無法直接測量。目前提出了將測試信號直接輸入至高速動態(tài)比較器的輸入端，然后在比較器的輸出處測量比較器輸出平均頻率的技術方案。然而，針對高速動態(tài)比較器輸出頻率的測量和分析相對復雜。

鑒于上述問題的存在，本發(fā)明提供一種用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)及方法，下面結合圖1-圖5對本發(fā)明的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)及方法進行詳細說明。

實施例一

參考圖1對本發(fā)明的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)進 行說明。圖1示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的示意圖。

如圖1所示，用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100可以包括信號預處理模塊101、高速動態(tài)比較器102和邏輯分析儀103。

其中，信號預處理模塊101接收測量用第一激勵信號vi和第二激勵信號vcm，隨后第一激勵信號vi經由信號預處理模塊101輸出至高速動態(tài)比較器102的輸入端a，并且第二激勵信號vcm經由信號預處理模塊101輸出至高速動態(tài)比較器102的輸入端b。

如圖1所示，測量用于激勵信號vi和vcm不是直接輸入至高速動態(tài)比較器102的輸入端a和輸入端b，而是經過了的信號預處理模塊101輸出至高速動態(tài)比較器102。示例性地，信號預處理模塊101可以包括電阻和電容的網絡。信號預處理模塊101可以濾除信號源本身引入的噪聲，從而提高最終測試結果的準確性。

高速動態(tài)比較器102接收信號預處理模塊101的輸出信號，并且將輸入端a和輸入端b的信號進行比較以輸出比較結果。

邏輯分析儀103采集高速動態(tài)比較器102的輸出信號，以隨后基于所采集的信號進行分析。示例性地，邏輯分析儀103可以記錄高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平和低電平信號。隨后可以基于邏輯分析儀103所記錄的高電平和低電平信號進行統(tǒng)計分析。示例性地，可以將邏輯分析儀103所記錄的數據輸出至諸如服務器、臺式電腦、筆記本電腦等計算機設備以進行統(tǒng)計分析。

根據本發(fā)明實施例，高速動態(tài)比較器102輸出信號的采集直接使用邏輯分析儀103，而不需要額外的頻率分析電路等其他復雜電路結構。使用邏輯分析儀103簡化了電路并且使得測試分析更加便捷而高效。

根據本發(fā)明的另一個實施例，信號預處理模塊101可以包括由多個電阻構成的分壓電路，第一激勵信號vi經由分壓電路輸出至高速動態(tài)比較器102的第一輸入端a。

信號預處理模塊101中包括多個電阻構成的分壓電路可以降低對信號源的精度要求，從而降低測試的難度。

下面結合圖2說明根據本發(fā)明一個實施例的、用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100中各個模塊的具體結構。圖2示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的電路圖。

如圖2所示，用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的信號預處理模塊101包括由多個電阻和多個電容的構成的無源網絡。

根據本發(fā)明的實施例，信號預處理模塊101可以包括第一低通濾波電路和第二低通濾波電路。第一激勵信號vi經由第一低通濾波電路輸出至高速動態(tài)比較器102的第一輸入端a；第二激勵信號vcm經由第二低通濾波電路輸出至高速動態(tài)比較器102的第二輸入端b。

根據本發(fā)明的實施例，第一低通濾波電路可以由第一電阻r1、第二電阻r2和第一電容c1構成。其中第一電阻r1的一端連接至第一激勵信號vi，另一端連接至第一電容c1和第二電阻r2；并且，第一電阻r1、第二電阻r2和第一電容c1的共同連接點連接至高速動態(tài)比較器102的第一輸入端a。

第二低通濾波電路由第三電阻r3和第二電容c2構成。其中第三電阻r3的一端連接至第二激勵信號vcm，并且另一端連接至第二電容c2和高速動態(tài)比較器102的第二輸入端b。

示例性地，第一低通濾波電路中的第一電阻r1和第二電阻r2構成的電路可以實際上起到分壓的作用，第一激勵信號vi輸入至該分壓電路，可以降低對信號源的精度要求。

高速動態(tài)比較器102接收信號預處理模塊101的輸出信號，并且隨后可以將輸入端a和輸入端b的輸入信號進行比較以輸出比較結果。

邏輯分析儀103接收高速動態(tài)比較器102的輸出信號，并隨后基于所采集的信號進行分析。邏輯分析儀103可以為本領域通用的邏輯分析儀。另外，本領域技術人員應該理解，可以采用任何本領域技術上可行的邏輯分析儀來實現(xiàn)本發(fā)明。

根據本發(fā)明實施例，邏輯分析儀103可以記錄高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平和低電平信號。隨后可以基于邏輯分析儀103所記錄的高電平和低電平信號進行統(tǒng)計分析。示例性地，諸如服務器、臺式電腦、筆記本電腦等計算機設備可以基于邏輯分析儀103的記錄 數據來對高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平占總輸出的比例值進行分析。

可知，根據本發(fā)明實施例，統(tǒng)計高速動態(tài)比較器102的輸出信號時，并非采用頻率分析的方式，而是直接分析其輸出信號的高電平的占比。

示例性地，可以統(tǒng)計輸出高電平占總輸出的比例值。如本領域已知的，當高速動態(tài)比較器102的輸入信號vi遠低于vcm時，其輸出信號恒定為低；當輸入信號vi與vcm接近時，其輸出高電平與低電平的比例相當；當輸入信號vi遠高于vcm時，其輸出全部為高電平。

綜上，高速動態(tài)比較器102輸出信號的采集直接使用邏輯分析儀103可以簡化電路并且使得分析更加方便，而不需要額外的頻率分析電路等其他復雜電路結構。

進一步，根據本發(fā)明實施例，基于所采集的信號進行分析可以進一步包括，諸如服務器、臺式電腦、筆記本電腦等計算機設備基于邏輯分析儀103的記錄數據來統(tǒng)計高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平占總輸出的比例與激勵信號vi和vcm之間的關系。

示例性地，可以利用諸如服務器、臺式電腦、筆記本電腦等計算機設備，對高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平占總輸出的比例和第一激勵信號vi與第二激勵信號vcm的差vdiff之間的關系進行統(tǒng)計。

圖3示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100中，高速動態(tài)比較器102輸出的高電平所占比例和輸入信號之間的曲線圖。

如本領域技術人員所知，比較器的熱噪聲電壓并不是一個固定的值，每次比較時的都不一樣，因此不能簡單的用一個電壓值來表示，但其基本滿足正態(tài)分布(也稱為高斯分布)的規(guī)律。服從正態(tài)分布是因為比較器的熱噪聲電壓是由大量小的隨機事件產生的。

正態(tài)分布是描述振幅分布的概率密度函數，其具有兩個參數，即均數μ和標準差σ，可記作n(μ，σ)。正態(tài)分布圍繞均數u左右分布，并且左右對稱。并且，在正態(tài)分布曲線下，橫軸區(qū)間(μ-σ，μ+σ) 內的面積大約為68.4％。

示例性地，如果將圖2中的高速動態(tài)比較器102的輸入端a和輸入端b短接起來(相當于此時輸入信號vdiff為零，但是比較器自身還有offset電壓和熱噪聲電壓)，經高速動態(tài)比較器102比較100萬次，那么輸入端的熱噪聲電壓統(tǒng)計結果為符合正態(tài)分布。

根據正態(tài)分布特征，熱噪聲電壓的中心值大概在u值附近，并且100萬次中有99.8萬次的輸入熱噪聲電壓都在u±3σ以內；有68.4萬次的熱噪聲輸入在u±σ以內。熱噪聲電壓超過u±3σ以外的情況就非常少。

因此，根據正態(tài)分布的特征，如果將高速動態(tài)比較器102的輸入加上一個小的電壓vdiff，則當vdiff＝u時，輸出高電平和低電平的數目將會一樣多，即高電平占總輸出的50％。此時可以反推出u值就等于此時輸入端的vdiff值(即u＝vdiff)，也為電壓熱噪聲分布的中心值，同時也就是比較器輸入端的固定偏差offset(即offset＝u＝vdiff)。并且，當輸入高電平占比為34.2％+50％＝84.2％時，vdiff值對應(u+σ)值(即vdiff＝(offset+σ))；當輸入高電平占比為50％-34.2％＝15.8％時，vdiff值對應(u-σ)值，(即vdiff＝(offset-σ))。由此，根據vdiff值可得到表征熱噪聲的兩個參數，offset值和σ值。

如圖3所示，高電平占比為50％時所對應的高速動態(tài)比較器102輸入端電壓差vdiff為高速動態(tài)比較器102的電壓偏移offset；而高電平占比為84.2％和15.8％時對應的vdiff值分別為(offset+σ)和(offset-σ)。因此，根據高速動態(tài)比較器102輸出的高電平所占比例和輸入信號之間的曲線，可以直接得到高速動態(tài)比較器102的電壓偏移offset值和熱噪聲的σ值。

可以理解的是，本實施方式中，處于簡潔的目的，僅表示出本發(fā)明相對現(xiàn)有技術改進的部分，并未完全示出用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的完整結構，事實上，本實施方式的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100同樣可以包括諸如邏輯分析儀的具體 電路以及其他相關結構。

本發(fā)明的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的系統(tǒng)100的電路結構簡單并易于操作，并且利用濾波電路濾除測試信號本身引入的噪聲，從而提高了測試結果的準確性。

實施例二

根據本發(fā)明的另一方面還提供一種用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法。

圖4示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200的流程圖。根據本發(fā)明的實施例，用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200可以包括以下步驟：

s201：將測量用第一激勵信號vi和第二激勵信號vcm輸入至信號預處理模塊，以使得第一激勵信號vi經由信號預處理模塊101輸出至高速動態(tài)比較器102的輸入端a，并且第二激勵信號vcm經由信號預處理模塊101輸出至高速動態(tài)比較器102的輸入端b。

根據本發(fā)明實施例，信號預處理模塊101可以包括第一低通濾波電路和第二低通濾波電路，第一激勵信號vi經由第一低通濾波電路輸出至高速動態(tài)比較器102的第一輸入端a；第二激勵信號vcm經由第二低通濾波電路輸出至高速動態(tài)比較器102的第二輸入端b。

示例性地，第一低通濾波電路可以由第一電阻r1、第二電阻r2和第一電容c1構成；第二低通濾波電路可以由第三電阻r3和第二電容c2構成。

根據本發(fā)明實施例，用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200可以進一步包括步驟：利用多個電阻構成的分壓電路對第一激勵信號vi進行分壓，以降低對信號源精度的要求。

示例性地，分壓電路可以由第一電阻r1和第二電阻r2串聯(lián)構成。

s202：利用邏輯分析儀103采集高速動態(tài)比較器102的輸出信號，以基于所采集的信號進行分析。

根據本發(fā)明實施例，邏輯分析儀103可以基于高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平和低電平的比例進行分析。示例性地，邏輯分析儀103基于所采集的信號進行分析可以包括，對高速動態(tài)比較器102所輸出的高低電平占總輸出的比例值進行分析。

根據本發(fā)明實施例，邏輯分析儀103基于所采集的信號進行分析可以進一步包括步驟，統(tǒng)計高速動態(tài)比較器102所輸出的高電平占總輸出的比例和第一激勵信號vi之間的關系。示例性地，可以具體對高電平占總輸出的比例和第一激勵信號vi與第二激勵信號vcm的電壓差vdiff之間的關系進行分析。

圖5示出了根據本發(fā)明實施例的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200的，高速動態(tài)比較器輸出的高電平所占比例和輸入信號之間的仿真結果圖。

示例性地，利用matlab模型級仿真：

將高速動態(tài)比較器102加上一定的電壓偏移offset和隨機噪聲，在輸入端a加上直流信號vi，然后統(tǒng)計輸出高電平占所有輸出的比例，并記下此時的vdiff值。并且，以此改變vi再重復多次，得到圖5的仿真結果。從圖5中讀取高電平占比為50％時對應的點c處vdiff的值為高速動態(tài)比較器102的電壓偏移offset的值；而高電平占比為84.2％時所對應的點b處的vdiff值，即(offset+σ)，減去高電平占比為15.8％處所對應的點a處的vdiff值，即(offset-σ)，除以2為熱噪聲的σ值。

本發(fā)明的用于測量高速動態(tài)比較器熱噪聲的方法200使用邏輯分析儀而易于測試操作，并且利用濾波電路濾除測試信號本身引入的噪聲，從而提高了測試結果的準確性。

本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修 改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。