三步式变焦ADC及模数转换方法技术

本发明专利技术揭示了一种三步式变焦ADC及模数转换方法，所述ADC包括：粗量化SAR ADC单元；细量化ΔΣADC单元，与粗量化SAR ADC单元相连；扩展量化SAR ADC单元，与细量化ΔΣADC单元相连；输出单元，与粗量化SAR ADC单元、细量化ΔΣADC单元及扩展量化SAR ADC单元分别相连。本发明专利技术的三步式变焦ADC可以在两步式量化的基础上，通过扩展量化SAR ADC单元对细量化ΔΣADC单元中积分器产生的电压信号V

【技术实现步骤摘要】
三步式变焦ADC及模数转换方法


[0001]本专利技术属于模数转换
，具体涉及一种三步式变焦ADC及模数转换方法。

技术介绍

[0002]参图1所示为现有技术中两步式变焦ADC(Analog
‑
to
‑
Digital Converter，模数转换器)的电路图，其包括粗量化SAR(逐次逼近型)ADC单元、细量化ΔΣ(Delta
‑
sigma)ADC单元及输出单元，其中：
[0003]粗量化SAR ADC单元包括电容阵列12、量化器11及第一加法器13，量化器的输入端与输入信号V
IN
相连，输出端与输出单元相连，第一加法器的第一输入端与输入信号V
IN
相连，第二输入端与电容阵列的第一端相连，电容阵列的第二端与量化器的输出端相连；第一加法器的第一输入端和第二输入端分别获取输入信号V
IN
和第一量化结果D
SAR
，输出端输出余差信号为V
RES
＝V
IN
‑
D
SAR
。
[0004]细量化ΔΣADC单元包括第二加法器23、积分器21、比较器22、数字滤波器24及第一乘法器25，第二加法器的第一输入端与余差信号V
RES
相连，第二输入端与比较器的输出端相连，输出端与积分器的输入端相连，积分器的输出端与比较器的输入端及数字滤波器的输入端相连，数字滤波器的输出端与第一乘法器的输入端相连，第一乘法器的输出端与输出单元相连；
[0005]输出单元包括第三加法器，第三加法器的输入端分别与粗量化SAR ADC单元、细量化ΔΣADC单元相连，输出端输出最终的转换结果。
[0006]现有技术中两步式变焦ADC的工作原理如下：
[0007]1、首先，粗量化SAR ADC单元对输入信号V
IN
进行一次粗量化，该步的数字输出结果为D
SAR
，模拟输出结果为余差信号V
RES
＝V
IN
‑
D
SAR
。
[0008]2、然后，细量化ΔΣADC单元对余差信号V
RES
进行N次量化，每次的量化结果为Y(i),i＝1,2...N，ΔΣADC中的数字滤波器对量化结果进行处理，得到最终细量化的数字输出结果D
ΔΣ
。
[0009]3、最后，输出单元将以上两步的数字输出结果组合起来，即得到最终的转换结果D
OUT
＝D
SAR
+D
ΔΣ
。
[0010]参图2所示为两步式变焦ADC的量化原理图，对于某一个输入信号V
IN
，首先通过SAR ADC量化，在满摆幅区间(0～1)内找到输入信号的近似数字表示D
SAR
；然后在(D
SAR
‑
k*LSB，D
SAR
+k*LSB)的信号范围内进行N次ΔΣADC量化，其中LSB为SAR ADC的一个最小量化区间，将以上两步的结果组合起来后，最终得到的ADC转换结果。
[0011]现有技术中的两步式变焦ADC虽然可在粗量化SAR ADC的基础上有效地增加ADC的位数，然而这种方式比较低效，主要体现在ΔΣADC转换次数过多，大大降低了整体ADC的工作速度。
[0012]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种三步式变焦ADC及模数转换方法。

技术实现思路

[0013]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三步式变焦ADC及模数转换方法，以提高ADC的转换速度，降低量化误差。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：
[0015]一种三步式变焦ADC，所述ADC包括：
[0016]粗量化SAR ADC单元；
[0017]细量化ΔΣADC单元，与粗量化SAR ADC单元相连；
[0018]扩展量化SAR ADC单元，与细量化ΔΣADC单元相连；
[0019]输出单元，与粗量化SAR ADC单元、细量化ΔΣADC单元及扩展量化SAR ADC单元分别相连。
[0020]一实施例中，所述粗量化SAR ADC单元包括电容阵列、量化器及第一加法器，所述量化器的输入端与输入信号V
IN
相连，输出端与输出单元相连，第一加法器的第一输入端与输入信号V
IN
相连，第二输入端与电容阵列的第一端相连，电容阵列的第二端与量化器的输出端相连。
[0021]一实施例中，所述细量化ΔΣADC单元包括第二加法器、积分器、比较器、数字滤波器及第一乘法器，所述第二加法器的第一输入端与余差信号V
RES
相连，第二输入端与比较器的输出端相连，输出端与积分器的输入端相连，积分器的输出端与比较器的输入端及数字滤波器的输入端相连，数字滤波器的输出端与第一乘法器的输入端相连，第一乘法器的输出端与输出单元相连。
[0022]一实施例中，所述扩展量化SAR ADC单元包括扩展电容阵列、第二比较器及第二乘法器，扩展电容阵列的第一端与电压信号V
INT
直接或间接相连，第二比较器的输入端与电压信号V
INT
相连，输出端与扩展电容阵列的第二端及第二乘法器的输入端相连，第二乘法器的输出端与输出单元相连。
[0023]一实施例中，所述扩展量化SAR ADC单元中的第二比较器复用细量化ΔΣADC单元中的第一比较器。
[0024]一实施例中，所述扩展电容阵列集成于细量化ΔΣADC单元中，扩展电容阵列的第一端与电压信号V
INT
直接相连。
[0025]一实施例中，所述扩展电容阵列集成于粗量化SAR ADC单元中，扩展电容阵列的第一端与余差信号V
RES
直接相连。
[0026]一实施例中，所述细量化ΔΣADC单元中的积分器为基于电容叠加与缓冲的积分器，包括第一电容、缓冲器及第二电容，所述第一电容的第一端与第二加法器的输出端相连，第二端与缓冲器的输入端相连，缓冲器的输出端与第一比较器的输入端相连，第二电容的第一端与缓冲器的输出端相连，第二端与地电位相连，所述积分器的输出端电压与输入端电压相同。
[0027]一实施例中，所述输出单元包括第三加法器，第三加法器的输入端分别与粗量化SAR ADC单元、细量化ΔΣADC单元、扩展量化SAR ADC单元相连。
[0028]本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：
[0029]一种模数转换方法，所述方法包括以下步骤：
[0030]对输入信号V
IN
进行粗量化，得到余差信号V
RES
和第一量化结果D
SAR
；
[0031]对余差信号V
RES
进行细量化，得到电压信号V
INT
和第二量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三步式变焦ADC，其特征在于，所述ADC包括：粗量化SAR ADC单元；细量化ΔΣADC单元，与粗量化SAR ADC单元相连；扩展量化SAR ADC单元，与细量化ΔΣADC单元相连；输出单元，与粗量化SAR ADC单元、细量化ΔΣADC单元及扩展量化SAR ADC单元分别相连。2.根据权利要求1所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述粗量化SAR ADC单元包括电容阵列、量化器及第一加法器，所述量化器的输入端与输入信号V
IN
相连，输出端与输出单元相连，第一加法器的第一输入端与输入信号V
IN
相连，第二输入端与电容阵列的第一端相连，电容阵列的第二端与量化器的输出端相连。3.根据权利要求1所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述细量化ΔΣADC单元包括第二加法器、积分器、比较器、数字滤波器及第一乘法器，所述第二加法器的第一输入端与余差信号V
RES
相连，第二输入端与比较器的输出端相连，输出端与积分器的输入端相连，积分器的输出端与比较器的输入端及数字滤波器的输入端相连，数字滤波器的输出端与第一乘法器的输入端相连，第一乘法器的输出端与输出单元相连。4.根据权利要求3所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述扩展量化SAR ADC单元包括扩展电容阵列、第二比较器及第二乘法器，扩展电容阵列的第一端与电压信号V
INT
直接或间接相连，第二比较器的输入端与电压信号V
INT
相连，输出端与扩展电容阵列的第二端及第二乘法器的输入端相连，第二乘法器的输出端与输出单元相连。5.根据权利要求4所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述扩展量化SAR ADC单元中的第二比较器复用细量化ΔΣADC单元中的第一比较器。6.根据权利要求5所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述扩展电容阵列集成于细量化ΔΣADC单元中，扩展电容阵列的第一端与电压信号V
INT
直接相连。7.根据权利要求5所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述扩展电容阵列集成于粗量化SAR ADC单元中，扩展电容阵列的第一端与余差信号V
RES
直接相连。8.根据权利要求7所述的三步式变焦ADC，其特征在于，所述细量化ΔΣADC单元中的积分器为基于电容叠加与缓冲的积分器，包括第一电容、缓冲器及第二电容，所述第一电容的第一端与第二加法器的输出端相连，第二端与缓冲器的输入端相连，缓冲器的输出端与第一比较器的输入端相连，第二电容的第一端与缓冲器的输出端相连，第二端与地电位相连，所述积分器的输出端电压与输入端电压相同。9.根据权利要求1所述的三步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，陈凯亮，
申请(专利权)人：思瑞浦微电子科技苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：