[發明專利]一種可配置多通道逐次逼近結構的模數轉換器

有效

• 申請號: 201210574879.1
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103023505A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉珂;邵莉;杜占坤;馬驍;畢見鵬;傅健;龐曉敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及CMOS集成電路設計技術領域，具體涉及一種基于標準CMOS工藝的可配置多通道逐次逼近結構的模數轉換器。

背景技術

隨著便攜電子產品和無線通信技術的發展，作為電子系統中不可缺少的模數轉換電路(ADC)，面臨越來越嚴苛的功耗和成本要求，其原因在于：首先，采用電池供電的電子系統對功耗極為敏感，模數轉換功能不能消耗太多的功耗；其次，電子系統越來越多地表現為SoC形式，這一應用環境要求嵌入的模數轉換功能在不過多消耗芯片面積和功耗的前提下，盡可能地提高單位面積和單位功耗的效率。

從系統功耗管理的角度來說，降低功耗主要有以下措施：第一，采用多通道處理技術，多通道轉換通過時分復用的辦法提高單位芯片面積和單位功耗的轉換效率，能最大限度挖掘ADC的轉換潛力；第二，采用SPI對模數轉換器進行配置和控制，提供高速和低速兩種工作模式，在低速狀態下，通過分離指令接收周期和轉換工作周期，可削減低速狀態下的功耗；第三，加入電路休眠與喚醒功能，即對整個轉換過程中的局部無關電路及時關閉，在需要工作時及時喚醒，這樣可以大大減少靜態功耗；第四，提高轉換處理速度，對于單通道的模數轉換核心電路，逐次逼近的工作過程需要通過至少M+N個工作時鐘周期才能完成一次完整的模數轉換，其中M為初始化和電容采樣需要消耗的時鐘周期，N為比較器的工作時鐘周期，系統的靜態功耗主要由在這N個時鐘周期工作的比較器決定，N等于轉換器的分辨率，無法改變，因此，盡可能縮減M，可以提高系統轉換速度，提高了單位功耗的轉換效率。

除了功耗要求，可移植性成為ADC具備嵌入式應用潛力的另一標準。由于標準CMOS工藝下不同廠商的工藝庫中提供的電容單元不具備通用性，例如不是所有的工藝庫中都支持PIP電容或者MIM電容，而且普通電容單元為了滿足ADC的精度要求，很可能需要占用過大的面積，因此，在保證精度要求的前提下，需要模ADC的設計兼容于各種標準CMOS工藝要求，使用MOM電容是解決這一問題的主要手段。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的是針對低功耗、SoC應用要求，設計一種具有動態配置功能，可靈活選擇采樣通道，同時通過系統功耗管理技術和轉換周期的縮減，提高轉換效率，降低單位轉換過程平均功耗的可配置多通道逐次逼近結構的模數轉換器，并且保證電路具備可與多種標準CMOS工藝兼容的可移植性，以利于SoC應用。

(二)技術方案

為達到以上目的，本發明提供了一種可配置多通道逐次逼近結構的模數轉換器，該模數轉換器包括：

模擬輸入多路選通電路100，其輸入端輸入模擬信號，其輸出端連接至逐次逼近模數轉換電路500，用于根據控制信號配置全差分模式與單端模式；

SPI接口電路200，其輸入端輸入外部時鐘信號和串行數字輸入信號，其輸出端連接至控制邏輯電路，輸出串行數字輸出信號；

控制邏輯電路300，其輸入端輸入片選信號與重啟信號，其輸出端分別連接至SPI接口電路200、模擬輸入多路選通電路100、基準和偏置產生電路400及逐次逼近模數轉換電路500，通過SPI接口電路200與外部控制器進行通信，完成控制字的翻譯，動態調整該模數轉換器的工作狀態，并發出相應的控制信號，控制模擬輸入多路選通電路100完成通道的選擇，通過基準和偏置產生電路400控制基準選擇；

基準和偏置產生電路400，其輸入端輸入外部控制信號、基準選擇信號與外部基準信號，其輸出端連接至逐次逼近模數轉換電路500，用于根據外部控制信號決定內部基準和外部基準之間的切換；

逐次逼近模數轉換電路500，其輸入端分別連接至控制邏輯電路300、模擬輸入多路選通電路100及基準和偏置產生電路400，其輸出端輸出模數轉換后信號。

上述方案中，所述模擬輸入多路選通電路100，其輸入端直接與模擬輸入信號相連，可分成偶數通道CH0-CH(2K)與奇數通道CH1-CH(2K+1)，K為大于0的自然數，其中：偶數通道開關S0-S2k相互并聯，通過開關Sp1輸出第一選通信號；奇數通道開關S1～S2k+1相互并聯，通過開關Sn1輸出第二選通信號；偶數通道通過開關S與奇數通道串接；信號通路一與信號通路二之間加入串接的兩個開關Sp1與Sn1，并輸出共模電平。