一种多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器及其控制方法，其中的多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器包括：采样电容阵列，用于对输入电压进行采样，并在逻辑控制器的控制下逐次逼近输入电压；多阶滤波器，与采样电容阵列的输出端相连接，用于采集采样电容阵列输出的余差信号，并对余差信号进行多阶滤波；多输入比较器，其第一正输入端与采样电容阵列的输出端相连接，其他多个正输入端与多阶滤波器的多个输出端对应连接，用以接收余差信号和多个余差滤波值并进行比较；逻辑控制器，与多输入比较器的输出端相连接，用以根据采样电容阵列的逐次逼近结果和多输入比较器的输出结果，得到输入电压的数字输出

【技术实现步骤摘要】
一种多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及模拟集成电路
，尤其涉及到一种多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器及其控制方法
。

技术介绍

[0002]随着数字信号处理技术的不断发展，数字信号处理系统的应用越来越广泛
。
其中，模数转换器是数字信号处理系统中的重要组成部分
。SAR
型
ADC
电路相对简单，仅由一个电容式
DAC、
一个比较器和一个数字电路组成
。
因此，只要目标转换精度相对较低，它们的能耗效率就会随着技术的发展而提升
。
然而，当转换精度提高时，由于基础电容阵列的复杂程度的提高，也即由于热噪声和失配问题而需要增加的校准电容阵列，使得目前的
SAR
型
ADC
电路要达到具有比较高的能耗效率变得困难
。
[0003]因此，提供一种功耗较低
、
精度较高的模数转换器成为亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0004]因此，为了解决现有技术中出现的上述问题，本申请提供了一种基于多阶滤波器对噪声进行整形的功效较低的多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器，以及该模数转换器的控制方法
。
[0005]根据第一方面，本专利技术提供了一种多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器，包括：
[0006]采样电容阵列，用于对输入电压进行采样，并在逻辑控制器的控制下逐次逼近输入电压；
[0007]多阶滤波器，与采样电容阵列的输出端相连接，用于采集采样电容阵列逐次逼近结束后输出的余差信号，并对余差信号进行多阶滤波，得到多个余差滤波值；
[0008]多输入比较器，其第一正输入端与采样电容阵列的输出端相连接，其他多个正输入端与多阶滤波器的多个输出端一一对应相连接，用以接收余差信号和多个余差滤波值，并进行比较；
[0009]逻辑控制器，与采样电容阵列相连接，用于控制采样电容阵列中电容进行逐次逼近；与多阶滤波器相连接，用以控制多阶滤波器进行余差信号的采集并进行逐阶滤波；与多输入比较器的输出端相连接，用以根据采样电容阵列的逐次逼近结果和多输入比较器的输出结果，得到输入电压的数字输出
。
[0010]在可选的实施方式中，多阶滤波器包括：
[0011]第一电容，其第一极板通过第一开关与采样电容阵列的输出端相连接，通过第二开关与第一放大器的输出端相连接；其第二极板通过第三开关与其自身的第一极板相连接，且其第二极板接地；
[0012]第二电容，其第一极板通过第四开关与第一电容的第一极板相连接，通过第五开关连接至第一滤波输出端；其第二极板接地；
[0013]第三电容，其第一极板连接于第五开关和第一输出端之间；其第二极板通过第六
开关与其自身的第一极板相连接，且其第二极板接地；
[0014]第四电容，其第一极板通过第七开关与第二电容的第一极板相连接，通过第八开关连接至第二滤波输出端，且与第一放大器的输出端相连接；其第二极板接地；
[0015]第五电容，其第一极板连接于第八开关和第二输出端之间；其第二极板通过第九开关与其自身的第一极板相连接，且其第二极板接地；
[0016]第六电容，其第一极板通过第十开关与第五电容的第一极板相连接，且其第一极板连接至第三滤波输出端；其第二极板通过第十一开关与其第一极板相连接，且其第二极板接地
。
[0017]在可选的实施方式中，多阶滤波器还包括：
[0018]第七电容，其第一极板通过第十二开关与第六电容的第一极板相连接，且其第一极板连接至第四滤波输出端；其第二极板通过第十三开关与其第一极板相连接，且其第二极板接地
。
[0019]在可选的实施方式中，多输入比价器中与第一滤波输出端
、
第二滤波输出端
、
第三滤波输出端和第四滤波输出端连接的分别为第二正输入端
、
第三正输入端
、
第四正输入端和第五正输入端，第二正输入端
、
第三正输入端
、
第四正输入端和第五正输入端的增益依次为
a1、a2、a3、a4
，经过多输入比较器后的滤波函数为：
[0020][0021]其中，
a
1d
、a
2d
、a
3d
、a
4d
和
g
1d
分别为和其中，
k1是指第一电容
、
第二电容和第三电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
k2是指第一电容
、
第二电容
、
第四电容和第五电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
k3是指第一电容
、
第二电容
、
第四电容
、
第五电容和第六电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
k4是指第一电容
、
第二电容
、
第四电容
、
第五电容和第七电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
k5第一电容
、
第二电容和第三电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
g1是指第一放大器的放大系数
。
[0022]在可选的实施方式中，逐次逼近模数转换器还包括：
[0023]第二放大器，连接于采样电容阵列和多阶滤波器之间，用以放大采样电容阵列输出的余差信号，并将放大后的余差信号传输至多阶滤波器
。
[0024]根据第二方面，本专利技术还提供了一种控制上述第一方面任意一种实施方式中的多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器的方法，包括如下步骤：
[0025]逻辑控制器控制采样电容阵列对于采样得到的输入电压进行逐次逼近；
[0026]逻辑控制器控制多阶滤波器对采样电容阵列输出的余差信号进行采集；
[0027]逻辑控制器控制多阶滤波器对采样电容阵列输出的余差信号进行逐阶滤波；
[0028]逻辑控制器根据采样电容阵列的逐次逼近结果和多输入比较器的输出结果，得到输入电压的数字输出
。
[0029]在可选的实施方式中，逻辑控制器控制多阶滤波器对采样电容阵列输出的余差信号进行采集的步骤，具体包括如下步骤：
[0030]逻辑控制器在第一时钟周期向第三开关
、
第六开关施加第一电压，以使第三开关和第六开关导通；
[0031]逻辑控制器在第二时钟周期向第二开关施加第一电压，以使第二开关导通；
[0032]逻辑控制器在第三时钟周期向第十一开关施加第一电压，以使第十一开关导通；
[0033]逻辑控制器在第三时钟周期和第四时钟周期向第一开关施加第一电压，以使第一开关导通；余差信号被采集至第一电容
。
[0034]在可选的实施方式中，逻辑控制器控制多阶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器，其特征在于，包括：采样电容阵列，用于对输入电压进行采样，并在逻辑控制器的控制下逐次逼近所述输入电压；多阶滤波器，与所述采样电容阵列的输出端相连接，用于采集所述采样电容阵列逐次逼近结束后输出的余差信号，并对所述余差信号进行多阶滤波，得到多个余差滤波值；多输入比较器，其第一正输入端与所述采样电容阵列的输出端相连接，其他多个正输入端与所述多阶滤波器的多个输出端一一对应相连接，用以接收所述余差信号和多个所述余差滤波值，并进行比较；逻辑控制器，与所述采样电容阵列相连接，用于控制所述采样电容阵列中电容进行逐次逼近；与所述多阶滤波器相连接，用以控制所述多阶滤波器进行所述余差信号的采集并进行逐阶滤波；与所述多输入比较器的输出端相连接，用以根据所述采样电容阵列的逐次逼近结果和所述多输入比较器的输出结果，得到所述输入电压的数字输出
。2.
根据权利要求1所述的多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述多阶滤波器包括：第一电容，其第一极板通过第一开关与所述采样电容阵列的输出端相连接，通过第二开关与第一放大器的输出端相连接；其第二极板通过第三开关与其自身的第一极板相连接，且其第二极板接地；第二电容，其第一极板通过第四开关与所述第一电容的第一极板相连接，通过第五开关连接至第一滤波输出端；其第二极板接地；第三电容，其第一极板连接于所述第五开关和所述第一输出端之间；其第二极板通过第六开关与其自身的第一极板相连接，且其第二极板接地；第四电容，其第一极板通过第七开关与所述第二电容的第一极板相连接，通过第八开关连接至第二滤波输出端，且与所述第一放大器的输出端相连接；其第二极板接地；第五电容，其第一极板连接于所述第八开关和所述第二输出端之间；其第二极板通过第九开关与其自身的第一极板相连接，且其第二极板接地；第六电容，其第一极板通过第十开关与所述第五电容的第一极板相连接，且其第一极板连接至第三滤波输出端；其第二极板通过第十一开关与其第一极板相连接，且其第二极板接地
。3.
根据权利要求2所述的多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述多阶滤波器还包括：第七电容，其第一极板通过第十二开关与所述第六电容的第一极板相连接，且其第一极板连接至第四滤波输出端；其第二极板通过第十三开关与其第一极板相连接，且其第二极板接地
。4.
根据权利要求3所述的多阶噪声整形的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述多输入比价器中与所述第一滤波输出端
、
所述第二滤波输出端
、
所述第三滤波输出端和所述第四滤波输出端连接的分别为第二正输入端
、
第三正输入端
、
第四正输入端和第五正输入端，所述第二正输入端
、
所述第三正输入端
、
所述第四正输入端和所述第五正输入端的增益依次为
a1、a2、a3、a4，经过所述多输入比较器后的滤波函数为：
其中，
a
1d
、a
2d
、a
3d
、a
4d
和
g
1d
分别为和其中，
k1是指所述第一电容
、
所述第二电容和所述第三电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
k2是指所述第一电容
、
所述第二电容
、
所述第四电容和所述第五电容滤波处理余差信号后对应的损耗系数，
k3是指所述第一电容
、
所述第二电容
、
所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙力，陈志鹏，翟世奇，宋子奇，吴勇，王东，何滇，李晴，王文强，查梦凡，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：