[發(fā)明專利]提高逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓穩(wěn)定性的電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011356870.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN112187274A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜翎;吳霜毅;李昌紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都銘科思微電子技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H03M1/46
• 分類號(hào): H03M1/46;H03M1/06
• 代理公司: 成都其高專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 賈波

本發(fā)明公開了提高逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓穩(wěn)定性的電路，包括P端DAC、N端DAC、比較器、SAR邏輯電路及參考電壓產(chǎn)生電路，還包括參考電壓補(bǔ)償電路，所述參考電壓補(bǔ)償電路設(shè)置編碼電路、補(bǔ)償電容控制電路及補(bǔ)償電容陣列，所述編碼電路接入SAR邏輯電路的輸出信號(hào)，編碼電路輸出的編碼信號(hào)作為補(bǔ)償電容控制電路的輸入信號(hào)，補(bǔ)償電容控制電路的輸出信號(hào)作為補(bǔ)償電容陣列的電容切換控制信號(hào)，參考電壓產(chǎn)生電路與補(bǔ)償電容陣列相連接；本發(fā)明利用參考電壓補(bǔ)償電路從參考電壓產(chǎn)生電路所生成的參考電壓中進(jìn)行額外的電荷抽取進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而使得整個(gè)電路結(jié)構(gòu)從參考電壓中抽取的電荷基本維持恒定，從而達(dá)到提高參考電壓穩(wěn)定性的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模擬集成電路技術(shù)等領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是提高逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓穩(wěn)定性的電路。

背景技術(shù)

SAR_ADC（逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）是ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的一種常見架構(gòu)。而采用電容陣列的電荷重分布型SAR_ADC由于良好的電容匹配和較低的靜態(tài)功耗而成為目前SAR_ADC的主流結(jié)構(gòu)。通常，N位SAR_ADC包含一個(gè)N位的二進(jìn)制電容陣列，即1C、2C、4C、…、2N-1C，其中C為單位電容，2N-1C對(duì)應(yīng)于MSB（最高位），1C對(duì)應(yīng)于LSB（最低位）。

在電力線檢測(cè)、繼電器保護(hù)、多相電機(jī)控制以及一些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用中，ADC的輸入通常是高壓信號(hào)，例如0~10V。為了對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，ADC前端可以采用電阻串分壓的結(jié)構(gòu)，將高壓信號(hào)變?yōu)?~V_REF（參考電壓）的低壓信號(hào)，再由后續(xù)的電路進(jìn)行采樣和量化。另一種方案是利用高壓采樣開關(guān)直接將輸入信號(hào)采樣到電荷重分配DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）的電容上，利用采樣電容與總電容的比例來(lái)等效地實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的衰減。

后一種設(shè)計(jì)方案無(wú)需讓輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載，模擬前端無(wú)靜態(tài)功耗，并且通過(guò)改變采樣電容的大小可以方便地調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的范圍，因此在高壓SAR_DAC的設(shè)計(jì)中更具有優(yōu)勢(shì)。

采樣電容可以與量化電容合并，以減小電路的面積。由于采樣電容需要參與采樣和量化，因此其下極板需要有三個(gè)開關(guān)分別接高壓輸入信號(hào)（V_IN）、參考電壓（V_REF）和參考地（REFGND），而這三個(gè)開關(guān)均必須為高壓開關(guān)以實(shí)現(xiàn)足夠的耐壓；同時(shí)，在開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)，相互之間必須留有足夠的非交疊時(shí)間。這些因素都會(huì)造成開關(guān)控制和驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜和開關(guān)速度的降低，不利于提高ADC的轉(zhuǎn)換速度。

為了避免以上問(wèn)題，采樣電容可以與量化電容相獨(dú)立，只在采樣時(shí)接高壓輸入信號(hào)，采樣結(jié)束后保持接參考地。而所有量化電容的下極板則只需要接參考電壓和參考地，無(wú)需高壓開關(guān)，從而簡(jiǎn)化開關(guān)控制和驅(qū)動(dòng)電路，提高ADC的轉(zhuǎn)換速度。

為了提高SAR_ADC的線性度，避免輸出頻譜上出現(xiàn)諧波，參考電壓必須要足夠穩(wěn)定，不能隨著輸入信號(hào)的變化而變化。而對(duì)于上述SAR_ADC而言，在每個(gè)量化周期內(nèi)，DAC電容從參考電壓上抽取的電荷量都與輸入信號(hào)相關(guān)。如果參考電壓源被抽取的電荷量少，則參考電壓趨向于增大；反之，參考電壓則趨向于減小。盡管參考電壓產(chǎn)生電路通常都有負(fù)反饋系統(tǒng)來(lái)將參考電壓穩(wěn)定在設(shè)計(jì)目標(biāo)值上，但上述因素所造成的參考電壓的波動(dòng)通常很小，僅毫伏甚至微伏量級(jí)，負(fù)反饋電路通常無(wú)法將這樣微弱的變化及時(shí)消除。對(duì)于14位或者16位的高精度SAR_DAC而言，最低位對(duì)應(yīng)的電壓值通常就僅有幾百甚至幾十微伏，因此上述參考電壓的波動(dòng)已經(jīng)足以造成ADC性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供提高逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓穩(wěn)定性的電路，解決現(xiàn)有ASR_ADC參考電壓穩(wěn)定性差的不足之處，根據(jù)DAC從參考電壓產(chǎn)生電路所生成的參考電壓抽取電荷的大小，利用參考電壓補(bǔ)償電路從參考電壓產(chǎn)生電路所生成的參考電壓中進(jìn)行額外的電荷抽取進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而使得整個(gè)電路結(jié)構(gòu)從參考電壓中抽取的電荷基本維持恒定，從而達(dá)到提高參考電壓穩(wěn)定性的目的。