一种过采样式Pipeline SAR‑ADC系统技术方案

本发明专利技术公开了一种过采样式Pipeline SAR‑ADC系统，包括顺次连接的过采样开关、模数转换系统及数字扩位系统，其中，模数转换系统包括逐次逼近型模数转换模块和寄存器，逐次逼近型模数转换模块的数量为N块，N为大于或等于2的正整数，N块逐次逼近型模数转换模块顺次连接形成N阶，每块逐次逼近型模数转换模块的阶数与其在所有逐次逼近型模数转换模块中输入信号的次序对应，每块逐次逼近型模数转换模块的数字输出端均与寄存器的输入端连接。数字扩位系统包括数字位增加模块和时钟控制模块，数字位增加模块包括级联积分梳状滤波器及与级联积分梳状滤波器连接的移动平均滤波器。本发明专利技术使用元器件少，便于实现，成本低，应用时能提升输出速率和分辨率。

A Pipeline SAR ADC sampling system

The invention discloses a sampling Pipeline SAR ADC system, including the sequential connection switch, oversampling analog-to-digital conversion system and digital expansion system, wherein the analog-to-digital conversion successive approximation analog-to-digital conversion module and register system, the number of successive approximation type analog-to-digital conversion module for the N block, N is greater than or is equal to the integer 2, N block successive approximation analog-to-digital conversion module are connected sequentially to form N order, each successive approximation order type analog-to-digital conversion module with all successive approximation analog-to-digital conversion module in the input signal sequence corresponding to each block, successive approximation analog-to-digital conversion module digital output terminal and the input of the register connection. The digital expansion system includes digital bit increment module and clock control module. The digit bit increasing module includes cascaded integral comb filter and moving average filter connected with cascade integral comb filter. The invention uses less components, is easy to realize, has low cost, and can improve the output rate and resolution in application.

【技术实现步骤摘要】
一种过采样式PipelineSAR-ADC系统
本专利技术涉及集成电路
，具体是一种过采样式PipelineSAR-ADC系统。
技术介绍
模数转换器(ADC)作为将模拟信号转换成数字信号的关键器件，在航空航天与防务、汽车应用、软件无线电、消费电子、视频监控与图像采集、雷达通信等领域发挥着至关重要的作用。随着现代技术的不断发展，这些领域对速度和分辨率的要求不断提升，对模数转换器的要求也越来越高。传统的模数转换器常常采用Pipeline-ADC和SAR-ADC两种结构，其中，Pipeline-ADC结构应用时存在以下缺点：第一、Pipeline-ADC受电容失配的影响较大，这导致Pipeline-ADC分辨率受到很大的限制；第二，Pipeline-ADC需要配备误差修正模块，这会增加ADC的功耗和面积，限制其在工业控制等领域的应用。SAR-ADC结构应用时存在以下缺点：因SAR-ADC采用逐渐逼近式的电压比较方法，导致其无法运用在高速的环境中，即SAR-ADC的采样速率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决传统模数转换器存在的分辨率低和采样速率低的问题，提供了一种过采样式PipelineSAR-ADC系统，其具有Pipeline和SAR-ADC结构结合的优点，能提升输出速率和分辨率。本专利技术解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种过采样式PipelineSAR-ADC系统，包括顺次连接的过采样开关、模数转换系统及数字扩位系统，所述模数转换系统包括逐次逼近型模数转换模块和寄存器，所述逐次逼近型模数转换模块的数量为N块，N为大于或等于2的正整数，N块所述的逐次逼近型模数转换模块顺次连接形成N阶，每块逐次逼近型模数转换模块的阶数与其在所有逐次逼近型模数转换模块中输入信号的次序对应，每块逐次逼近型模数转换模块的数字输出端均与寄存器的输入端连接；所述数字扩位系统包括数字位增加模块和时钟控制模块，所述数字位增加模块包括级联积分梳状滤波器及与级联积分梳状滤波器连接的移动平均滤波器；其中，过采样开关，用于输入模拟信号并采样后输出；逐次逼近型模数转换模块，用于将输入其内的模拟信号转换成数字信号，并发送至寄存器，其中，第一阶逐次逼近型模数转换模块输入的信号为过采样开关输出的信号；寄存器，用于接收逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号，并将N阶逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号组合成流水线形式输出；时钟控制模块，用于向级联积分梳状滤波器和移动平均滤波器提供时钟信号；级联积分梳状滤波器，用于接收时钟控制模块发出的时钟信号，并在接收到触发启动时钟信号时接收寄存器输出的数字码，然后进行积分和降频，且在积分过程中实现位数的递增；移动平均滤波器，用于接收时钟控制模块发出的时钟信号，并在接收到触发启动时钟信号时去除时钟抖动和级联积分梳状滤波器输出数字码的固有噪声，以实现平滑输出。本专利技术应用时，由数字位增加模块和时钟控制模块来完成高精度的输出。在具体实施时，将数字码通过级联积分梳状滤波器进行累加的过程实现位数的增加，而不需要很多的存储元件。进一步的，所述逐次逼近型模数转换模块包括采样开关、电容阵列、比较器、逻辑控制模块及输出缓冲模块，所述采样开关和电容阵列的数量均为两个，两个所述的采样开关与两个电容阵列的输入端一一对应连接，两个所述的电容阵列的输出端分别连接比较器的同相输入端和反相输入端；所述比较器的输出端与逻辑控制模块的输入端连接，所述逻辑控制模块的数字控制输出端与电容阵列的数字位控制输入端连接，逻辑控制模块的输出端与输出缓冲模块的输入端连接。进一步的，任意相邻两块逐次逼近型模数转换模块之间的线路上均设有信号放大电路。进一步的，所述级联积分梳状滤波器由多个单级CIC滤波器级联构成。进一步的，所述CIC滤波器包括积分器、抽取器及微分器，所述积分器、抽取器及微分器顺次连接。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术整体结构简单，使用元器件少，便于实现，成本低，本专利技术采用SAR-ADC电路结构和Pipeline运作方式相结合，可有效的提高ADC的输出速率。(2)本专利技术采用全差分式的结构和数字扩位技术，能降低噪声和电容失配的干扰。(3)本专利技术应用时进行逐步量程划分，能把全量程从最大的(第一级)到最小的(N级)进行划分，每级都进行SAR-ADC的转换，然后组成Pipeline(流水线)形式重组输出，使得最终输出的分辨率大大的提升。(4)本专利技术在提升分辨率的同时不受电源电压变化的影响，最终实现高分辨率、高线性度的输出，进而有利于本专利技术的推广应用。(5)本专利技术应用时能适用于多种不同输入的位宽，使得本专利技术应用时更便于推广应用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术一个具体实施例的结构示意图；图2为本专利技术一个具体实施例中模数转换系统的框图；图3为图2中逐次逼近型模数转换模块的框图；图4为图1中数字扩位系统的框图；图5为图4中级联积分梳状滤波器的结构示意图；图6为单级CIC滤波器的框图；图7为本专利技术一个具体实施例的应用框图；图8为本专利技术一个具体实施例的仿真图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1：如图1及图2所示，一种过采样式PipelineSAR-ADC系统，包括顺次连接的过采样开关、模数转换系统及数字扩位系统，其中，模数转换系统包括逐次逼近型模数转换模块和寄存器，其中，逐次逼近型模数转换模块的数量为N块，N为大于或等于2的正整数，N块逐次逼近型模数转换模块顺次连接形成N阶。本实施例中每块逐次逼近型模数转换模块的阶数与其在所有逐次逼近型模数转换模块中输入信号的次序对应，N阶逐次逼近型模数转换模块输入信号的次序为：第一阶逐次逼近型模数转换模块、第二阶逐次逼近型模数转换模块、……、第N阶逐次逼近型模数转换模块。本实施例在具体设置时，任意相邻两块逐次逼近型模数转换模块之间的线路上均设有信号放大电路。本实施例的过采样开关用于输入模拟信号并采样后输出，第一阶逐次逼近型模数转换模块输入的信号为过采样开关输出的信号。PipelineSAR-ADC系统，包括逐次逼近型模数转换模块和寄存器，所述逐次逼近型模数转换模块的数量为N块，N为大于或等于2的正整数，N块所述的逐次逼近型模数转换模块顺次连接形成N阶，每块逐次逼近型模数转换模块的阶数与其在所有逐次逼近型模数转换模块中输入信号的次序对应，每块逐次逼近型模数转换模块的数字输出端均与寄存器的输入端连接；其中，逐次逼近型模数转换模块，用于将输入其内的模拟信号转换成数字信号，并发送至寄存器；寄存器，用于接收逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号，并将N阶逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号组合成流水线形式输出。本实施例的每块逐次逼近型模数转换模块的数字输出端均与寄存器的输入端连接，逐次逼近型模数转换模块，用于将输入其内的模拟信号转换成数字信号，并发送至寄存器；寄存器用于接收逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号，并将N阶逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号组合成流水线形式输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过采样式Pipeline SAR‑ADC系统，其特征在于，包括顺次连接的过采样开关、模数转换系统及数字扩位系统，所述模数转换系统包括逐次逼近型模数转换模块和寄存器，所述逐次逼近型模数转换模块的数量为N块，N为大于或等于2的正整数，N块所述的逐次逼近型模数转换模块顺次连接形成N阶，每块逐次逼近型模数转换模块的阶数与其在所有逐次逼近型模数转换模块中输入信号的次序对应，每块逐次逼近型模数转换模块的数字输出端均与寄存器的输入端连接；所述数字扩位系统包括数字位增加模块和时钟控制模块，所述数字位增加模块包括级联积分梳状滤波器及与级联积分梳状滤波器连接的移动平均滤波器；其中，过采样开关，用于输入模拟信号并采样后输出；逐次逼近型模数转换模块，用于将输入其内的模拟信号转换成数字信号，并发送至寄存器，其中，第一阶逐次逼近型模数转换模块输入的信号为过采样开关输出的信号；寄存器，用于接收逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号，并将N阶逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号组合成流水线形式输出；时钟控制模块，用于向级联积分梳状滤波器和移动平均滤波器提供时钟信号；级联积分梳状滤波器，用于接收时钟控制模块发出的时钟信号，并在接收到触发启动时钟信号时接收寄存器输出的数字码，然后进行积分和降频，且在积分过程中实现位数的递增；移动平均滤波器，用于接收时钟控制模块发出的时钟信号，并在接收到触发启动时钟信号时去除时钟抖动和级联积分梳状滤波器输出数字码的固有噪声，以实现平滑输出。...

【技术特征摘要】
1.一种过采样式PipelineSAR-ADC系统，其特征在于，包括顺次连接的过采样开关、模数转换系统及数字扩位系统，所述模数转换系统包括逐次逼近型模数转换模块和寄存器，所述逐次逼近型模数转换模块的数量为N块，N为大于或等于2的正整数，N块所述的逐次逼近型模数转换模块顺次连接形成N阶，每块逐次逼近型模数转换模块的阶数与其在所有逐次逼近型模数转换模块中输入信号的次序对应，每块逐次逼近型模数转换模块的数字输出端均与寄存器的输入端连接；所述数字扩位系统包括数字位增加模块和时钟控制模块，所述数字位增加模块包括级联积分梳状滤波器及与级联积分梳状滤波器连接的移动平均滤波器；其中，过采样开关，用于输入模拟信号并采样后输出；逐次逼近型模数转换模块，用于将输入其内的模拟信号转换成数字信号，并发送至寄存器，其中，第一阶逐次逼近型模数转换模块输入的信号为过采样开关输出的信号；寄存器，用于接收逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号，并将N阶逐次逼近型模数转换模块输出的数字信号组合成流水线形式输出；时钟控制模块，用于向级联积分梳状滤波器和移动平均滤波器提供时钟信号；级联积分梳状滤波器，用于接收时钟控制模块发出的时钟信号，并在接收到触发启动时钟信号时接收寄存器输出的数字码，然后进行积分和降频，且在积分过程中实现位数的递...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣宽，周骏，沈泓翔，
申请(专利权)人：四川知微传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51