[發明專利]一種增量逐次逼近模數轉換器

有效

• 申請號: 202010399521.4
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111490791B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 胡偉波;崔海濤;燕翔;國千菘;馮景彬;肖知明
• 申請（專利權）人: 深圳芥子科技有限公司;南開大學深圳研究院
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 天津盈佳知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12224
• 代理人: 孫寶蕓

本發明屬于集成電路中數據量化處理技術領域，公開了一種增量逐次逼近模數轉換器，主要包括數模轉換器、比較器、數字邏輯控制部分和動態電容匹配決策模塊四個部分，其中：所述數模轉換器包括2M個增量型電容陣列，且每個增量型電容陣列均由2supgt;N/supgt;?1個大小相同的電容組成；所述動態電容匹配決策模塊用于調整增量型電容陣列中下級板的翻動順序；綜上，在本發明中，利用增量型電容陣列代替傳統的單調二進制型電容陣列，有效減少每次采樣時所需要翻動的電容數量，從而降低比較器的驅動壓力，并降低整體轉換器的功耗；而動態電容匹配決策模塊則使整體轉換器構成動態結構，由此在整體轉換器執行數據量化處理中，能解決高位電容失配的問題。

技術領域

本發明屬于集成電路中數據量化處理技術領域，具體涉及一種增量逐次逼近模數轉換器。

背景技術

數據量化是數據處理全流程中的必備一環，決定了整個數據流通的數量和數據。數據量化就是如何將模擬信號精準的轉換成數字信號，具體實現模擬信號到數字信號轉換的電路，稱為模擬數字轉換器。目前，逐次逼近型模數轉換器由于其性能較好、實現簡單而應用廣泛。

在現有技術中，逐次逼近模數轉換器主要由數模轉換器(ADC)、比較器、數字邏輯控制部分組成，其具體結構形式如圖1所示，且對應的數模轉換器大多采用圖2所示的單調型電容陣列(數模轉換器的總體精度為N)。現有逐次逼近模數轉換器的工作過程如下：

步驟一：采樣時，圖1中采樣開關接通101、102電容陣列的上極板，電容陣列下極板接高參考電壓；

步驟二：開始比較后采樣開關斷開，根據103比較器的輸出及104數字控制電路的控制，正端或負端電容陣列的電容下極板電位依次從高參考電壓翻到低參考電壓，使比較器P端和N端電位趨同；

步驟三：模數轉換器中的數字輸出部分對電容下極板電位進行取數，并輸出。

綜上，由上述工作過程可知，現有逐次逼近模數轉換器具有如下缺陷：

(1)翻轉電容多：103比較器的比較過程是對所有電容依次執行從高參考電壓翻到低參考電壓的過程，需要歷經整體轉換器中的所有電容。

(2)諧波誤差大：傳統單調型電容陣列中，每一位電容均采用逐位減半的結構，使得高位電容大小占總電容的一半，此時由于高位電容的失配所引起的誤差最大，進而產生諧波誤差，降低了ADC的精度。

(3)功耗大：其一為：翻轉電容多導致電容驅動電路和電容本身功耗都很大；其二為：翻轉電容時存在電容陣列輸出電壓超出采樣電壓的現象，而每次電壓超出時，電容都會向反方向翻轉，來抵消超出的電壓，從而產生不必要的功耗。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種增量逐次逼近模數轉換器，以有效解決上述背景技術中提出的現有逐次逼近型模擬數字轉換器存在動態功耗高，受電容失配影響大，以及比較器驅動壓力大的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種增量逐次逼近模數轉換器，主要包括數模轉換器、比較器、數字邏輯控制部分和動態電容匹配決策模塊四個部分，其中：

所述數模轉換器包括增量型電容陣列，用于在數據量化處理中執行采樣；且在采樣時，增量型電容陣列的上級板與采樣開關接通，增量型電容陣列的下級板與高參考電壓接通；

所述比較器的正端和負端均與增量型電容陣列配合，并用于比較正端和負端電位是否趨同；且在比較時，增量型電容陣列的上級板與采樣開關斷開，增量型電容陣列的下級板依序由高參考電壓翻動至低參考電壓；

所述數字邏輯控制部分連接于比較器的輸出端，并根據比較器的輸出結構執行相應操作；所述比較器的正端和負端電位趨同時，控制所述數模轉換器對電容下極板電位進行取數，并輸出；所述比較器的正端和負端電位不趨同時，反饋至比較器，重新比較；