[發明專利]低功耗自適應交替的逐次逼近型模數轉換器及控制方法

有效

• 申請號: 201810731411.6
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108880553B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 王浩;謝文明;陳知新;蔡思靜
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙) 35212
• 代理人: 林曉琴

本發明提供一種低功耗自適應交替的逐次逼近型模數轉換器，包括比較器、電容陣列以及控制邏輯電路；比較器的正輸入端與正向電容陣列相連接，比較器的負輸入端與反向電容陣列相連接；比較器的輸出端與控制邏輯電路相連接；正向電容陣列的上極板與正輸入電壓相連接，下極板通過一正向選擇開關陣列分別連接參考電壓和接地；反向電容陣列的上極板與負輸入電壓相連接，下極板通過一反向選擇開關陣列分別連接參考電壓和接地；正向選擇開關陣列和反向選擇開關陣列均與控制邏輯電路相連接。本發明還提供一種對應的控制方法。本發明優點：可實現降低數字邏輯電路的設計難度和降低整體功耗。

技術領域

本發明涉及一種模數轉換器，特別涉及一種低功耗自適應交替的逐次逼近型模數轉換器及控制方法。

背景技術

生物醫學電信號、傳感器檢測信號等模擬信號往往在很長一段時間內幅度波動都較小。在對模擬信號進行轉換時，傳統逐次逼近型模數轉換器都是采用二分法來進行試測，即先預測出輸入信號所在的區間，然后再不斷縮小區間范圍，最終得到數字碼。而這種做法的缺點是：即使大部分時間輸入信號的幅值很小，但每次轉換都依然要從最大區間開始進行預測，再逐漸縮小所在區間的范圍，這必然會產生大量不必要的開關切換功耗、比較功耗以及數字控制部分的功耗。針對以上問題，現有技術中提出了采用窗口函數來解決這個問題，并且能夠避免不必要的開關切換能耗。但是，窗口函數需要額外的輔助比較器和參考電壓來確定輸入信號范圍，這使得需要模擬電路模塊，會導致功耗和設計難度大幅度增加，同時這種開關算法會涉及冗余開關步驟，這也會增加整體功耗。

現有技術中也提出了先進行最小區間預測，再不斷增加區間范圍，直至得到正確的區間范圍；接下來再進行更高精度的量化，得到最終數字碼。對于大部分時間幅值接近于零的輸入信號，這種開關算法雖然能夠大幅度降低量化的次數；但是采樣信號中會夾雜著很多噪聲，并且輸入信號很少會在大部分時間幅值接近于零，這會大幅度增加量化的次數，其整體功耗也會大幅度增加。

同時，現有技術中還提出了先采樣前后2個采樣值的差值進行量化，然后采用窗口函數，最后對前一個采樣點的數字碼和差值數字碼進行疊加得到最終的數字碼。但是，這種算法存在如下缺陷：1、需要使用更多的寄存器來存儲上次得到的數字碼，這會增加面積和功耗；2、增加了判斷這一量化步驟，等于增加了功耗；3、必須要求前后2個采樣點的幅值變化很小，反之功耗會增加。

發明內容

本發明要解決的技術問題之一，在于提供一種低功耗自適應交替的逐次逼近型模數轉換器，通過該模數轉換器可實現降低數字邏輯電路的設計難度和降低整體功耗。

本發明是這樣實現技術問題之一的：低功耗自適應交替的逐次逼近型模數轉換器，所述逐次逼近型模數轉換器包括一比較器、一電容陣列以及一控制邏輯電路；所述電容陣列包括一正向電容陣列以及一與所述正向電容陣列完全相同的反向電容陣列；

所述比較器的正輸入端與所述正向電容陣列相連接，所述比較器的負輸入端與所述反向電容陣列相連接；所述比較器的輸出端與所述控制邏輯電路相連接；

所述正向電容陣列的上極板通過一正極采樣開關與正輸入電壓V_INP相連接，下極板通過一正向選擇開關陣列分別連接參考電壓V_REF和接地gnd；所述反向電容陣列的上極板通過一負極采樣開關與負輸入電壓V_INN相連接，下極板通過一反向選擇開關陣列分別連接參考電壓V_REF和接地gnd；所述正向選擇開關陣列和反向選擇開關陣列均與所述控制邏輯電路相連接。

進一步地，對于N位精度模數轉換器，所述電容陣列包含有(2^N-1+6)個單位電容，其中，N為正整數，且N≥4。

進一步地，在所述正向電容陣列和反向電容陣列中，MSB電容均進行等額拆分；其余電容均由二進制權重電容陣列構成，其中，參考電容均由C-2C結構實現。