逐次逼近模数转换器制造技术

公开了一种逐次逼近模数转换器，通过增加校准数据源，并使得开关电容数模转换网络基于校准数据源输出的数字校准信号进行数模转换，可以提高校准输入信号的稳定性，从而提高系统稳定性，节省校准时间。

【技术实现步骤摘要】

本技术设及模数转换技术，具体设及一种逐次逼近模数转换器。
技术介绍
模数转换器（AnalogDigitalConverter,ADC)是一种将输入的模拟信号转换成 数字信号的电子元件，广泛用于各种MEMS传感器信号处理电路中。电荷再分配型的逐次逼 近型模数转换器（SuccessiveApproximationADC，SARADC)具有低功耗、小尺寸、结构简 单等特点，适于对采样速率要求不高的应用领域。 但是由于电容失配的影响，电荷再分配型逐次逼近模数转换器的转换精度受到限 审IJ，在不采用校准的情况下精度只能达到10~12比特，而且所需的电容面积很大，因为电 容越小则失配越严重，从而做出的转换器精度也越差。大的电容面积不仅导致制造成本增 加，而且严重降低转换速度。现有校准技术在校准过程中需要一个不断变化的模拟输入信 号Vin，且对输入信号Vin的幅度有一定要求，振幅太小或者太大都会导致校准失败，最终 导致SARADC不能正常工作。而在一般情况下，整个系统刚刚上电后，Vin是不确定的，其 幅度是无法预料的，必须等整个系统能提供一个稳定的Vin幅度后才能开始ADC的校准，该 不仅会增加系统复杂度、浪费时间、而且会增加系统风险。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提出了一种逐次逼近模数转换器，在系统上电后马上就可 W开始校准，节省了时间，而且校准过程不需要系统中其它模块的参与，降低了系统复杂度 和风险。所述逐次逼近模数转换器，包括： 校准数据源，用于在校准模式输出校准信号，所述校准信号为表征N位二进制数 的数字信号； N位精度的开关电容数模转换电路，用于在校准模式输出表征所述二进制数与逐 次逼近信号差值的模拟信号，并在所述模拟信号中加入扰动信号；[000引比较器，用于比较加入扰动信号的模拟信号与共模电平输出比较结果； 控制电路，用于根据所述比较结果调整所述逐次逼近信号，并在比较结果符合预 定条件时输出当前逐次逼近信号作为原始数字信号； 校准模块，用于在校准模式下W迭代方式调整输出权值直至校准误差小于预定阔 值，所述校准误差根据对应于不同的扰动信号的所述原始数字信号、当前输出权值W及扰 动信号获得。 优选地，所述校准数据源为计数器。 优选地，所述校准数据源为伪随机数发生器。 优选地，所述校准数据源为存储器。 优选地，所述N位二进制数为14位二进制数，所述14位二进制数转换成十进制后 大于0小于16383。 优选地，所述14位二进制数转换成十进制后大于1638小于14745。 优选地，所述N位精度的开关电容数模转换电路包括： N个电容，具有第一端和第二端，所述第一端连接到所述开关电容数模转换电路的 输出端；[001引 N个开关，与所述电容一一对应设置，每个所述开关与对应的电容的第二端连接， 使得电容的第二端在第一电平、第二电平和输入电平之间切换； 扰动电容，具有第一端和第二端，所述第一端连接到所述开关电容数模转换电路 的输出端； 扰动开关，与所述扰动电容的第二端连接，使得扰动电容的第二端在第一电平、第 二电平和共模电平之间切换； 采样开关，连接在所述输出端和共模电平之间。 优选地，在校准模式采样阶段，当所述校准信号的第i位为1时，第i选择开关连 接至所述第一电平，当所述校准信号的第i位为0时，第i选择开关连接至所述第二电平， 其中，1《i《N;所述采样开关闭合。 优选地，在校准模式的逐步逼近阶段，所述采样开关断开，所述第一至第N开关根 据所述逐步逼近信号的控制闭合或断开。 优选地，第一电容的大小为C。，第i电容的大小为1.86h*C。，其中1《i《N，第 化1电容的大小为C。，扰动电容的大小为50C。。 优选地，所述校准模块还用于在工作模式将所述原始数字信号加权后输出。 优选地，所述校准模块包括： 第一寄存器，用于寄存加入第一扰动信号的模拟信号对应的第一原始数字信号； [002引第二寄存器，用于寄存加入第二扰动信号的模拟信号对应的第二原始数字信号； 第一输出开关，连接在所述控制电路和所述第一寄存器之间，在所述N位精度的 开关电容数模转换电路加入第一扰动信号时闭合，加入第二扰动信号时断开； 第二输出开关，连接在控制电路和所述第二寄存器之间，在所述N位精度的开关 电容数模转换电路加入第一扰动信号时断开，加入第二扰动信号时闭合； 第一乘法器，用于根据当前输出权值对所述第一原始数字信号加权输出第一输出 信号； 第二乘法器，用于根据当前输出权值对所述第二原始数字信号加权输出第二输出 信号； 加法器，用于根据第一输出信号、第二输出信号和当前扰动信号计算校准误差； 输出权值迭代模块，用于根据所述校准误差W迭代方式调整输出权值直至所述校 准误差小于预定阔值； 第S寄存器，用于寄存所述当前输出权值。 优选地，所述第一扰动信号和第二扰动信号幅值相同，极性相反。 通过增加校准数据源，并使得开关电容数模转换网络基于校准数据源输出的数字 校准信号进行数模转换，可W提高校准输入信号的稳定性，从而提高系统稳定性，节省校准 时间。【附图说明】[003引通过W下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述W及其它目 的、特征和优点将更为清楚，在附图中： 图1是现有技术的逐次逼近模数转换器的结构示意图； 图2是本技术实施例的逐次逼近模数转换器的结构示意图； 图3是图2中的开关电容数模转换电路的电路图； 图4是图2中的校准模块的结构示意图； 图5是本技术实施例的逐次逼近模数转换器的校准方法的流程图。【具体实施方式】 W下将参照附图更详细地描述本技术的各种实施例。在各个附图中，相同的 元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘 制。 图1示出了现有技术的逐次逼近模数转换器的结构图。一个14位精度的电荷再 分配型的逐次逼近模数转换器SARADC包括；开关电容数模转换电路DAC、比较器COMP、控 制电路100W及校准模块200。 控制电路100通过控制开关电容数模转换电路DAC中的开关的闭合和断开，逐次 逼近输入SARADC的模拟信号，得到所述模拟信号对应的14位二进制数化aw，其 中，Draw为最高有效位，Draw为最低有效位。校准模块200将化aw与权值 w点乘后得到经过校准的数值Dout，其中，权值w = (wl3，wl2，"w0)为一个 长度为14的实数数组，权值w在校准模式下通过校准得到。在校准时需要一个不 断变化的模拟输入信号Vin，且对输入信号Vin的幅度有一定要求，振幅太小或者太大都会 导致校准失败，最终导致SARADC不能正常工作。而在一般情况下，整个系统刚刚上电后， Vin是不确定的，其幅度是无法预料的，必须等整个系统能提供一个稳定的Vin幅度后才能 开始ADC的校准，该不仅会增加系统复杂度、浪费时间、而且会增加系统风险。 图2示出了本技术实施例的逐次逼近模数转换器的结构图，本技术实施 例的14位逐次逼近模数转换器包括开关电容数模转换电路DAC、比较器COMP、控制电路 100、校准模块200W及校准数据源300。 校准数据源300用于产生校准信号，其为数字信号。在本实施例中，校准信号可W 为供校准使用的一个14位的二进制数化。容易本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逐次逼近模数转换器，其特征在于，包括：校准数据源，用于在校准模式输出校准信号，所述校准信号为表征N位二进制数的数字信号；N位精度的开关电容数模转换电路，用于在校准模式输出表征所述二进制数与逐次逼近信号差值的模拟信号，并在所述模拟信号中加入扰动信号；比较器，用于比较加入扰动信号的模拟信号与共模电平输出比较结果；控制电路，用于根据所述比较结果调整所述逐次逼近信号，并在比较结果符合预定条件时输出当前逐次逼近信号作为原始数字信号；校准模块，用于在校准模式下以迭代方式调整输出权值直至校准误差小于预定阈值，所述校准误差根据对应于不同的扰动信号的所述原始数字信号、当前输出权值以及扰动信号获得。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，胡铁刚，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33