[發明專利]一種兩級多位量化器及模數轉換器

有效

• 申請號: 201710333862.X
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107171671B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 汪輝;侯鵬;汪寧;田犁;章琦;封松林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種兩級多位量化器及模數轉換器，所述兩級多位量化器包括第一級量化電路，用于對VDD進行分壓形成多個第一級參考電壓，并將Vin依次與多個第一級參考電壓進行比較，形成多個比較結果，再對多個比較結果及VDD依次兩兩進行異或運算，形成多個運算結果，并根據多個運算結果，輸出2個相鄰的第一級參考電壓；與第一級量化電路連接的第二級量化電路，用于對第一級量化電路輸出的第二級分壓值進行分壓，形成多個第二級參考電壓，并將Vin依次與多個第二級參考電壓進行比較，形成多個比較結果，再將第一、二級量化電路輸出的多個比較結果進行合并，得到最終的量化結果；解決了現有量化器面積、功耗大，線性差，電路結構復雜的問題。

技術領域

本發明屬于電路設計領域，特別是涉及一種兩級多位量化器及模數轉換器。

背景技術

與Nyquist ADC(奈奎斯特模數轉換器)相比，Sigma-Delta ADC(∑-Δ模數轉換器)在精度上具有明顯的優勢。例如，Nyquist ADC中，精度最高的SAR ADC(逐次逼近型模數轉換器)僅能達到18位分辨率。但是，Sigma Delta ADC通過過采樣、噪聲整形和低通濾波器濾波，能夠輕易達到18位以上的分辨率。因此，Sigma Delta ADC在音頻、微流控芯片等領域具有非常廣泛的應用。

在Sigma Delta ADC設計中，實現高精度轉換的方式有三種：1)提高調制器的階數；2)提高量化器的位數；3)增大過采樣率。然而，一味提升這三方面的指標，也會帶來相應的后果：a)當調制器的階數大于3時，系統就會出現穩定性問題，一般需要通過降低積分器的增益系數來維持系統的穩定。b)增大量化器位數，會使A/D轉換的實現變得更加復雜，而且多位量化器會因為工藝原因產生非線性問題，這又需要額外的電路進行調節。c)過采樣率過高，會導致總的時鐘頻率過高；而且在信號帶寬一定的情況下，增大過采樣率，會使采樣頻率增加，從而使系統的功耗增加。由于上述三種實現高精度的方式均存在缺點，現有技術人員在權衡利弊的情況下，一般通過增加量化器的位數實現高精度。因為這種方式可以避免通過提高調制器階數實現所導致的系統穩定性問題，也可以降低因為過采樣率過高導致的總的時鐘頻率過高的問題。

現有的提高量化器位數的設計一般采用如圖1所示的電路結構，當實現n位量化精度時，圖1所示的量化器采用的電阻和比較器的數量均為2ⁿ，通過2ⁿ個電阻將電源電壓VDD到電源負極VSS的電壓分成2ⁿ等份，然后將輸入電壓Vin與每個節點電壓進行比較，如果輸入電壓Vin小于該節點電壓，比較器輸出0，如果輸入電壓Vin大于該節點電壓，比較器輸出1，因此，在2ⁿ個比較器的輸出端得到2ⁿ位溫度計碼，然后再通過后續電路將溫度計碼編碼成二進制碼，即可得到輸入信號所對應的數字編碼。

正如前面所提及，n位量化器需要2ⁿ個比較器，即量化器位數越多，比較器的數量將會呈指數形式增加，這不僅會造成量化器的面積和功耗的指數增加，而且量化器位數過多會產生非線性問題，需要在后續電路，即Sigma Delta調制器反饋回路中增加額外的DEM(動態元素平均)電路，使得電路的設計復雜度急劇提升。

鑒于此，有必要設計一種新的兩級多位量化器及模數轉換器用以解決上述技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種兩級多位量化器及模數轉換器，用于解決現有量化器在實現高精度時，存在量化器面積和功耗呈指數增加的問題，及為解決量化器位數過多產生非線性的問題，需在后續電路中增加DEM電路，導致電路復雜度提升的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種兩級多位量化器，所述兩級多位量化器包括：