一种运放共享的流水型模数转换器制造技术

本发明专利技术提供了一种运放共享的流水型模数转换器，属于流水线数模转换器技术领域。它解决了现有技术中运算放大器数量多，资源浪费严重的问题。本运放共享的流水型模数转换器，包括时序产生模块和若干级依次连接的级电路，每个级电路均包括模数转换器subADC、数模转换器subDAC和采样电路，相邻两个级电路之间设有运算放大器OP，前一级采样电路和当前级采样电路分别在时序产生模块产生的相反的时序相位与运算放大器OP连接并工作，前一级级电路和运算放大器OP连接形成前一级采样保持电路，当前级级电路和运算放大器OP连接形成当前级采样保持电路。本运放共享的流水型模数转换器结构简单，设计合理，运算放大器被充分运用，资源浪费少，散热少。

【技术实现步骤摘要】
一种运放共享的流水型模数转换器
本专利技术属于流水线数模转换器
，特别是一种运放共享的流水型模数转换器。
技术介绍
模数转换模块，又称A/D转换器或Analog-to-digitalConverter，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。受数字系统中流水工作方式启发，有人提出了流水线ADC的概念，在该概念中，多个ADC采用流水工作方式，这种方式在整体上看类似于串行，单对于每一步转换来看，有属于并行，其转换速度快，可以实现很高的转换频率，是一种既能实现高速又能实现相当分辨率的结构，在电子系统中应用广泛，同时对性能的要求也越来越高。传统流水线ADC结构如图1所示，其包括前端的采样保持电路、若干级功能相似的级电路、以为寄存器电路、数字矫正电路、电压基准产生电路、时序产生电路，其中每个级电路的电路结构如图2所示，包括采样保持模块、子ADC、子DAC、减法模块、增益模块。每个级电路的工作原理：首先采样保持电路采样输入的模拟信号，接着输入信号被一个子ADC量化为ki位数据输出，此转换结果构成了这一级的量化输出，然后由子DAC将其转换成模拟信号，再与保持的输入信号相减得到余量信号。为了使下一级可以使用相同的参考电平，余量信号需要精确放大2ki倍后才能作为下一级的输入信号。其中子DAC、减法模块和增益模块构成余量增益电路，该电路具有：1、减法功能。用前一级的模拟输出值减去该值经子ADC量化再进经子DAC变换后的模拟值以求出余量。2、增益功能。为了使每级能使用同样的参考电压源要对每级的余量乘以一个合适的因子。3、采样保持功能。级电路的工作时余量增益电路的时序如图3所示，φ1和φ2分别控制余量增益电路工作在采样以及放大两种状态。当电路工作在采样状态时，电路中的运放处于闲置状态；当电路处于放大状态时，电路中的运放处于工作状态。由上述分析可知，流水线ADC的级电路工作在采样模式时，运放闲置；工作在保持模式时，运放工作；而流水线结构中，相邻的两级级电路分别工作在采样和保持这两种不同的工作状态下，这样导致电路中的运放有一半时间处于闲置状态，运放利用率低、资源浪费严重。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种运放共享的流水型模数转换器，该运放共享的流水型模数转换器能够减少流水线ADC中运放的数量，大幅提高运放的利用率。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种运放共享的流水型模数转换器，包括时序产生模块和若干级依次连接的级电路，其特征在于，每个级电路均包括模数转换器subADC、数模转换器subDAC和采样电路，相邻两个级电路之间设有运算放大器OP，所述的前一级采样电路和当前级采样电路分别在时序产生模块产生的相反的时序相位与运算放大器OP连接并工作，所述的前一级级电路和运算放大器OP连接形成前一级采样保持电路，所述的当前级级电路和运算放大器OP连接形成当前级采样保持电路。在上述的一种运放共享的流水型模数转换器中，所述的前一级采样保持电路包括前一级输入信号Vk-1、开关S11、开关S12、开关S13、开关S14、开关S15、电容Cfk-1和电容CSk-1；所述的当前级采样保持电路包括开关S21、开关S22、开关S23、开关S24、开关S25、电容Cfk和电容CSk；时序产生模块产生时序信号φ1和与时序信号φ1相位相反的时序信号φ2；所述的前一级采样保持电路在时序信号φ1为高电平时与前一级模数转换器SubADCk-1、前一级模数转换器SubADCk-1以及运算放大器OP连接进入采样工作状态，同时当前级采样保持电路进入保持工作状态；所述的当前级采样保持电路在时序信号φ2为高电平时与当前级模数转换器SubADCk、当前级模数转换器SubADC以及运算放大器OP连接进入采样工作状态，同时前一级采样保持电路进入保持工作状态。在上述的一种运放共享的流水型模数转换器中，所述的前一级输入信号Vk-1分别连接前一级模数转换器SubADCk-1的第一端、开关S11的第一端和开关S12的第一端；所述的前一级模数转换器SubADCk-1的第二端连接前一级数模转换器SubDACk-1的第一端；开关S11的第二端分别连接开关S22第一端、电容Cfk-1的第一端；开关S12的第二端分别连接开关S21的第一端和电容Csk-1的第一端；所述的开关S21的第二端连接前一级数模转换器SubDACk-1的第二端；所述的电容Csk-1的第二端分别连接开关S13的第一端和开关S23的第一端；所述的开关S13的第二端接地；所述的开关S23的第二端分别接运算放大器OP的反向输入端和开关S14的第一端；所述的开关S14的第二端分别接开关S25的第一端、电容Cfk的第一端和电容Csk的第一端；所述的开关S25的第二端接地；所述的运算放大器OP的输出端分别接开关S22的第二端、开关S24的第一端、当前级模数转换器SubADCk的第一端和电容Cfk的第二端；所述的当前级模数转换器SubADCk的第二端接当前级数模转换器SubDACk的第一端；所述的开关S24的第二端分别接电容Csk的第二端、开关S15的第一端；所述的开关S15的第二端接当前级数模转换器SubDACk的第二端。在上述的一种运放共享的流水型模数转换器中，所述的时序信号φ1控制开关S11、开关S12、开关S13、开关S14和开关S15的断开/闭合，所述的时序信号φ2控制开关S21、开关S22、开关S23、开关S24和开关S25的断开/闭合；在φ1置高时，开关S11、开关S12、开关S13、开关S14和开关S15闭合，开关S21、开关S22、开关S23、开关S24和开关S25断开，电容Cfk-1和电容Csk-1完成前一级输入信号Vk-1的采样；在φ2置高时，开关S11、开关S12、开关S13、开关S14和开关S15断开，开关S21、开关S22、开关S23、开关S24和开关S25闭合，电容Cfk和电容Csk完成当前级输入信号Vk的采样。在上述的一种运放共享的流水型模数转换器中，所述的当前级数模转换器SubDACk在φ2置高的同时对当前级输入信号Vk进行转换并输出数字信号Dk。与现有技术相比，本专利技术通过重新设计电路结果将前一级级电路和后级级电路进行有机结合，通过时序信号控制不同的开关实现对相邻两级级电路之间的运算放大器OP进行共享，使电路中运算放大器的总数目减少一半，从而大大减少了电路的功耗和面积。附图说明图1是本专利技术相邻两级级电路共享运算放大器OP的电路原理图。图2是在时序信号φ1置高时的等效电路图。图3使在时序信号φ2置高时的等效电路图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。如图1所示，本专利技术实施例中定义当前级级电路的序号为k，前一级级电路序号相应的为k-1，后一级级电路相应的序号为k+1，相应的各元器件的编号如下：前一级模数转换器SubADCk-1、当前级模数转换器SubADCk、后一级模数转换器SubADCk+1、前一级数模转换器SubDACk-1、当前级数模转换器SubDACk、后一级数模转换器SubDACk+1、前一级级电路中的电容Cfk-1和电容Csk-1；后一级级电路中的电容Cfk和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运放共享的流水型模数转换器，包括时序产生模块和若干级依次连接的级电路，其特征在于，每个级电路均包括模数转换器subADC、数模转换器subDAC和采样电路，相邻两个级电路之间设有运算放大器OP，所述的前一级采样电路和当前级采样电路分别在时序产生模块产生的相反的时序相位与运算放大器OP连接并工作，所述的前一级级电路和运算放大器OP连接形成前一级采样保持电路，所述的当前级级电路和运算放大器OP连接形成当前级采样保持电路。

【技术特征摘要】
1.一种运放共享的流水型模数转换器，包括时序产生模块和若干级依次连接的级电路，其特征在于，每个级电路均包括模数转换器subADC、数模转换器subDAC和采样电路，相邻两个级电路之间设有运算放大器OP，所述的前一级采样电路和当前级采样电路分别在时序产生模块产生的相反的时序相位与运算放大器OP连接并工作，所述的前一级级电路和运算放大器OP连接形成前一级采样保持电路，所述的当前级级电路和运算放大器OP连接形成当前级采样保持电路。2.根据权利要求1所述的一种运放共享的流水型模数转换器，其特征在于，所述的前一级采样保持电路包括前一级输入信号Vk-1、开关S11、开关S12、开关S13、开关S14、开关S15、电容Cfk-1和电容CSk-1；所述的当前级采样保持电路包括开关S21、开关S22、开关S23、开关S24、开关S25、电容Cfk和电容CSk；时序产生模块产生时序信号φ1和与时序信号φ1相位相反的时序信号φ2；所述的前一级采样保持电路在时序信号φ1为高电平时与前一级模数转换器SubADCk-1、前一级模数转换器SubADCk-1以及运算放大器OP连接进入采样工作状态，同时当前级采样保持电路进入保持工作状态；所述的当前级采样保持电路在时序信号φ2为高电平时与当前级模数转换器SubADCk、当前级模数转换器SubADCk以及运算放大器OP连接进入采样工作状态，同时前一级采样保持电路进入保持工作状态。3.根据权利要求2所述的一种运放共享的流水型模数转换器，其特征在于，所述的前一级输入信号Vk-1分别连接前一级模数转换器SubADCk-1的第一端、开关S11的第一端和开关S12的第一端；所述的前一级模数转换器SubADCk-1的第二端连接前一级数模转换器SubDACk-1的第一端；开关S11的第二端分别连接开关S22第一端、电容Cfk-1的第一端；开关S12的第二端分别连接开关S...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜浩华，
申请(专利权)人：海宁海微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33