一种电压-电流结合的事件驱动型模数转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种电压

【技术实现步骤摘要】
一种电压
‑
电流结合的事件驱动型模数转换器


[0001]本专利技术涉及一种电压
‑
电流结合的事件驱动型模数转换器。

技术介绍

[0002]随着人们对自身健康水平的关注越来越高，可穿戴医疗检测设备市场正在以爆发式的速度扩张。可穿戴医疗检测设备通过感知生物电信号，将其转化为模拟信号，经过信号调理电路转换为数字信号，转换得到的数据通过DSP处理后输出。集成的信号调理电路一般由模拟数字转换器组建，可穿戴医疗检测设备通常为一个便携式或者独立的系统，一般由电池供电，这对模拟数字转换电路的功耗提出了更高的要求。
[0003]传统奈奎斯特采样模数转换器，以均匀采样模式对信号进行采样，由于生物电信号（以心电信号为例）具有“稀疏”特点，当信号处于“静息”状态时，奈奎斯特采样会产生大量的冗余数据，从而增加了系统功耗。而Level Crossing ADC在对信号进行采样时无需时钟参与，并能符合生物电信号“稀疏”采样要求，当信号处于“静息”状态时，事件驱动型模数转换器能够降低采样数据量，从而达到降低功耗的目的；当信号处于“突变”态时，事件驱动型模数转换器能够提高采样数据量从而保证采样精度。所以在对生物电信号采样时，事件驱动型模数转换器能够拥有足够精度的同时确保绝佳能效。两种采样方式对比如图1所示。
[0004]由于生物电信号的频率常常小于100Hz，甚至低于Hz，传统的事件驱动型模数转换器在电压域处理信号，使用电压型DAC作为反馈支路DAC，该结构在处理低频信号时存在电荷泄漏问题，降低了电路的低频性能。 电压
‑
电流结合模式的事件驱动型模数转换器，采用电流型DAC作为反馈支路DAC，在处理低频信号时不存在低频泄漏问题，保证了电路在低频应用的性能。电荷泄漏影响示意图如图2所示，其中长虚线为带泄漏影响的门限电压，短虚线为不受泄漏影响的门限电压。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决因采用电压型DAC而导致的电路低频性能下降的问题，提供一种电压
‑
电流结合的事件驱动型模数转换器。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种电压
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电流结合的事件驱动型模数转换器，包括电压
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电流转换器、两个相同的7bit电流舵DAC、电平交叉检测电路、LC逻辑电路、校准补偿电路，所述电平交叉检测电路由两个相同的电流电压转换器、两个相同的连续时钟比较器组成，所述校准补偿电路由两个相同的4bit电流舵DAC、振荡器组成。输入信号V
ip
、V
in
通过电压
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电流转换器输入，电压
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电流转换器的输出端、两个相同的7bit电流舵DAC的输出端、校准补偿电路的输出端共同连接至电平交叉检测电路的输入端；两个相同的电流电压转换器作为电平交叉检测电路的输入端，两个相同的电流电压转换器的输出端分别与两个相同的连续时钟比较器的输入端相连，两个相同的连续时钟比较器的输出端口作为电平交叉检测电路的输出端，并与LC逻辑电路相连，LC逻辑电路的输出端分别与两个相同的7bit电流舵DAC的输入端及校准补偿电路的输入端相连，同时LC逻辑电路也作为整个模数
转换器的信号输出。
[0007]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将传统电压域处理信号的过程转移至电流域上处理，避免了纯电压域结构存在的低频性能降低的问题，提高了电路在处理Hz及mHz信号时的精度。同时在电流域对信号进行处理，避免了电压域下电压值较难相加减的问题，降低了设计难度。该专利技术在生物电信号的采集处理系统中具有广大的应用前景，以无时钟参与的异步采样模式对生物电信号进行采样，由于生物电信号具有“稀疏”特点，当生物电信号处于“静息”状态时，时间驱动型模数转换器能够降低系统功耗；当生物电信号处于“突变”态时，该电路能够保证采样精度，从而使本专利技术在降低功耗的同时保证了采样精度。
附图说明
[0008]图1两种采样方式比较示意图，(a)传统奈奎斯特采样模数转换器，(b)事件驱动型模数转换器。
[0009]图2为电荷泄漏对门限电压的影响示意图。
[0010]图3为本专利技术电压
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电流结合的事件驱动型模数转换器的整体电路图。
[0011]图4为校准补偿电路在执行电路校准时工作时序。
[0012]图5为校准补偿电路对对节点A、B、C、D之间误差补偿示意图。
[0013]图6为本专利技术在对信号采样时的工作状态图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0015]本专利技术提出了用于生物电信号采集的电压
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电流结合模式事件驱动型模数转换器，解决了因采用电压型DAC而导致的电路低频性能下降的问题，同时采用事件驱动型模数转换器来替代传统奈奎斯特ADC电路，降低了整体电路功耗，增加了生物信号检测设备的使用时间。
[0016]本专利技术整体电路图如图3所示。该模数转换器由电压
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电流转换器1，两个相同的7bit电流舵DAC2和3，电平交叉检测电路4，LC逻辑5，校准补偿电路6，其中电平交叉检测电路4由两个相同的电流电压转换器7和9、两个相同连续时钟比较器8和10组成，而校准补偿电路6由两个相同的4bit电流舵DAC11和12、振荡器13组成。
[0017]在该系统中，输入信号（V
ip
、V
in
）通过电压
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电流转换器1输入，电压
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电流转换器1的输出端、7bit电流舵DAC3和4的输出端、校准补偿电路6的输出端共同连接至电平交叉检测电路4的输入端。电流电压转换器7和9作为电平交叉检测电路4的输入端，电流电压转换器7和9与连续时钟比较器8和10的输入端相连，连续时钟比较器8和10的输出端口作为电平交叉检测电路4的输出端与LC逻辑5相连，LC逻辑5的输出端分别与7bit电流舵DAC2和3及校准补偿电路6相连，同时LC逻辑5也作为电路的信号输出。
[0018]该模数转换器复位时校准补偿电路6的工作时序图，如图4所示。首先通过外置的RST信号对整个电路进行复位，此时7bit电流舵DAC2和3输出固定电流至节点A、B、C和D，并只有校准补偿电路6开始工作，由于实际电路在制造过程中受到工艺误差的影响，导致节点A与节点B、节点C与节点D之间存在较大误差，通过电平交叉检测电路4和LC逻辑5对差值及
差值方向进行判断，当差值大于正负2倍电流舵DAC输出电流的LSB时，LC逻辑5根据连续时钟比较器8和10的输出做出逻辑判断，将误差方向及对误差的采样信号传输至校准补偿电路6中，振荡器13向4bit电流舵DAC11和12提供振荡信号，从而使校准补偿电路6通过LC逻辑5提供的误差方向对A、B、C和D节点的电流进行补偿，当A与B节点，C与D节点之间的电流差值均小于等于2倍电流舵DAC的LSB电流时或补偿次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压
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电流结合的事件驱动型模数转换器，其特征在于，包括电压
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电流转换器、两个相同的7bit电流舵DAC、电平交叉检测电路、LC逻辑电路、校准补偿电路，所述电平交叉检测电路由两个相同的电流电压转换器、两个相同的连续时钟比较器组成，所述校准补偿电路由两个相同的4bit电流舵DAC、振荡器组成。2.根据权利要求1所述的一种电压
‑
电流结合的事件驱动型模数转换器，其特征在于，输入信号V
ip
、V
in
通过电压
‑
电流转换器输入，电压
‑
电流转换器的输出端、两个相同的7bit电流舵DAC的输出端、校准补偿电路的输出端共同连接至电平交叉检测电路的输入端；两个相同的电流电压转换器作为电平交叉检测电路的输入端，两个相同的电流电压转换器的输出端分别与两个相同的连续时钟比较器的输入端相连，两个相同的连续时钟比较器的输出端口作为电平交叉检测电路的输出端，并与LC逻辑电路相连，LC逻辑电路的输出端分别与两个相同的7bit电流舵DAC的输入端及校准补偿电路的输入端相连，同时LC逻辑电路也作为整个模数转换器的信号输出。3.根据权利要求1所述的一种电压
‑
电流结合的事件驱动型模数转换器，其特征在于，所述两个相同的4bit电流舵DAC的输入端作为校准补偿电路的输入端，两个相同的4bit电流舵DAC的输出端作为校准补偿电路的输出端，两个相同的4bit电流舵DAC还与振荡器相连。4.根据权利要求1所述的一种电压
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电流结合的事件驱动型模数转换器，其特征在于，校准补偿电路的复位过程为：首先通过外置的RST信号对整个模数转换器进行复位，此时两个相同的7bit电流舵DAC输出固定电流至节点A、B、C和D，并只有校准补偿电路开始工作，通过电平交叉检测电路和LC逻辑电路对节点A与节点B之间、节点C与节点D之间的差值及差值方向进行判断，当差值大于正负2倍7bit电流舵DAC输出电流的LSB时，LC逻辑电路根据两个相同的连续时钟比较器的输出做出逻辑判断，将差值方向及对差值的采样信号传输至校准补偿电路中，振荡器向两个相同的4bit电流舵DAC提供振荡信号，使校准补偿电路通过LC逻辑电路提供的差值方向对A、B、C和D节点的电流进行补偿；当节点A与节点B之间、节点C与节点D之间的电流差值均小于等于2倍7bit电流舵DAC的LSB电流时或补偿次数到达8次时，两个相同的4bit电流舵DAC向振荡器发出暂停信号，使振荡器停止振荡，完成补偿，校准补偿电路保持此刻的电流输出，直到下一次外部复位信号RST置位；此时节点A与节点B之间，节点C与节点D之间的电流差值均小于等于2倍7bit电流舵DAC的LSB电流，整个模数转换器等待输入信号进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，黄黎杰，林铖，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：