一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路制造技术

技术编号：41140863 阅读：10 留言：0更新日期：2024-04-30 18:10

本发明专利技术公开了一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路，属于整形电路技术领域，解决现有噪声整形结构存在噪声多、功耗高的技术问题，本发明专利技术包括第一CDAC模块、第二CDAC模块，还包括二阶噪声整形模块、比较器模块；二阶噪声整形模块包括余差采样单元、第一级积分单元、第二级积分单元，第二级积分单元包括第一子单元、第二子单元。第一CDAC模块接入第一输入电压Vip，第二CDAC模块接入第二输入电压Vin，CDAC模块的处理结果分别经过余差采样单元采集、经过第一级积分单元进行一次积分，经过第一子单元、第二子单元进行二次积分后输入比较器模块处理后输出结果。本发明专利技术保证了不同PVT条件下噪声整形能力的稳定，又不引入太多额外噪声和功耗。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及整形电路，更具体地说，它涉及一种应用于ns sar adc的二阶噪声整形电路。

技术介绍

1、当前adc（模拟数字转换器即a/d转换器）的设计中，速度、精度、功耗三者的权衡问题备受关注。为了满足未来应用场景对更高精度、更低功耗的adc的需求，结合不同架构优点的混合架构adc成为研究热点。ns sar adc（即噪声整形(noise shaping,ns)sar adc）是一种结合sar adc（successive approximation register，即逐次逼近寄存器型adc）与sigma-delta adc优点的混合架构adc。sar adc是一种具有高能效比的架构，但是随着精度的提高，cdac（电荷重分配型数模转换器）阵列的电容数量呈指数级增长，比较器噪声也会对性能产生极大影响，因此只适用于中精度领域。sigma-delta adc这种架构在高精度领域被广泛应用，因为其可以使用低分辨率的量化器和dac实现高分辨率的系统，但是由于系统中的高性能积分器的功耗较大，这种架构在功耗方面并无优势。ns sar adc具有sar adc低功耗的优点，又结合了sigma-delta adc中的过采样和噪声整形技术，具备高精度的优点，成为实现高精度、低功耗adc的一种不错选择。

2、现在的ns sar adc有两种主要的噪声整形结构，一种是级联积分前馈（ciff）结构，一种是误差反馈（ef）结构。

3、ciff结构可以由开关和电容构成的无源积分器进行积分，其噪声整形能力主要由电容大小的比值确定

4、ef结构通常先对余差电压进行放大，然后再通过电荷共享的方式实现输入信号与余差电压的求和，其噪声整形能力与余差电压放大倍数以及参与电荷共享的电容与cdac总电容的大小比值有关。为了减小功耗，通常使用开环动态放大器实现余差电压放大。但是开环动态放大器对余差电压的放大倍数在不同pvt(process、voltage、temperature，中文翻译分别对应为制程、电压、温度)条件下是不稳定的，也就是噪声整形能力不稳定，通常可以使用一些增益校准技术来解决这一问题。噪声整形阶数的提高，就需要更高增益，更低噪声的余差电压放大器，再加上增益校准技术，系统的功耗将会进一步提高。

技术实现思路

1、本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本专利技术的目的是提供一种低噪声、低功耗的应用于ns sar adc的二阶噪声整形电路。

2、本专利技术的技术方案是：一种应用于ns sar adc的二阶噪声整形电路，包括第一cdac模块、第二cdac模块，还包括二阶噪声整形模块、比较器模块；所述二阶噪声整形模块包括余差采样单元、第一级积分单元、第二级积分单元，所述第二级积分单元包括第一子单元、第二子单元；

3、所述第一cdac模块的输入端通过采样开关接入第一输入电压，所述第一cdac模块的输出端分别连接所述余差采样单元的第一输入端、第一级积分单元的第一输入端；

4、所述第二cdac模块的输入端通过采样开关接入第二输入电压，所述第二cdac模块的输出端分别连接所述余差采样单元的第二输入端、第一级积分单元的第二输入端；

5、所述余差采样单元的第一输出端分别连接所述第一级积分单元的第三输入端、第一子单元的第一输入端、第二子单元的第一输入端；所述余差采样单元的第二输出端分别连接所述第一级积分单元的第四输入端、第一子单元的第二输入端、第二子单元的第二输入端；

6、所述第一级积分单元的第一输出端连接所述第一子单元的第三输入端，所述第一级积分单元的第二输出端连接所述第二子单元的第三输入端；

7、所述第一子单元的输出端连接所述比较器模块的同相输入端，所述第二子单元的输出端连接所述比较器模块的反相输入端，所述比较器模块的控制端通过比较控制开关接入控制信号。

8、作为进一步地改进，所述余差采样单元包括第一采样电容、第二采样电容，所述第一采样电容的上极板、第二采样电容的上极板分别串接一个余差采样开关后作为余差采样单元的第一输入端，所述第一采样电容的下极板、第二采样电容的下极板分别串接一个余差采样开关后作为余差采样单元的第二输入端，所述第一采样电容的上极板、下极板分别串接一个复位开关后接地，所述第二采样电容的上极板、下极板分别串接一个复位开关后接地，所述第一采样电容的上极板通过余差控制开关连接所述第二采样电容的下极板，所述第一采样电容的下极板作为余差采样单元的第一输出端，所述第二采样电容的上极板作为余差采样单元的第二输出端。

9、进一步地，所述第一级积分单元包括第一积分电容、第二积分电容、第三积分电容、第四积分电容，所述第一积分电容的上极板、第二积分电容的上极板、第三积分电容的上极板、第四积分电容的上极板分别串接一个第一级积分开关后作为第一级积分单元的第四输入端，所述第一积分电容的下极板、第二积分电容的下极板、第三积分电容的下极板、第四积分电容的下极板分别串接一个第一级积分开关后作为第一级积分单元的第三输入端，所述第一积分电容的上极板通过一个增益开关连接第二积分电容的下极板，所述第一积分电容的下极板串接一个增益开关作为第一级积分单元的第一输入端，所述第二积分电容的上极板串接一个增益开关作为第一级积分单元的第一输出端，所述第三积分电容的下极板通过一个增益开关连接第四积分电容的上极板，所述第三积分电容的上极板串接一个增益开关作为第一级积分单元的第二输入端，所述第四积分电容的下极板串接一个增益开关作为第一级积分单元的第二输出端。

10、进一步地，所述第一子单元包括m个第一积分支路，所述第一积分支路包括第五积分电容，所述第五积分电容的上极板串接一个第二级积分开关后作为第一子单元的第二输入端，所述第五积分电容的下极板串接一个第二级积分开关后作为第一子单元的第一输入端，第i个第一积分支路的第五积分电容的上极板通过一个增益开关连接第i+1个第一积分支路的第五积分电容的下极板，第1个第一积分支路的第五积分电容的下极板串接一个增益开关后作为第一子单元的第三输入端，第m个第一积分支路的第五积分电容的上极板串接一个增益开关后作为第一子单元的输出端。

11、进一步地，所述第二子单元包括n个第二积分支路，所述第二积分支路包括第六积分电容，所述第六积分电容的上极板串接一个第二级积分开关后作为第二子单元的第二输入端，所述第六积分电容的下极板串接一个第二级积分开关后作为第二子单元的第一输入端，第j个第二积分支路的第六积分电容的下极板通过一个增益开关连接第j+1个第二积分支路的第六积分电容的上极板，第1个第二积分支路的第六积分电容的上极板串接一个增益开关后作为第二子单元的第三本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路，包括第一CDAC模块（1）、第二CDAC模块（2），其特征在于，还包括二阶噪声整形模块、比较器模块（3）；所述二阶噪声整形模块包括余差采样单元（4）、第一级积分单元（5）、第二级积分单元，所述第二级积分单元包括第一子单元（6）、第二子单元（7）；

2.根据权利要求1所述的一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路，其特征在于，所述余差采样单元（4）包括第一采样电容（）、第二采样电容（），所述第一采样电容（）的上极板、第二采样电容（）的上极板分别串接一个余差采样开关（）后作为余差采样单元（4）的第一输入端，所述第一采样电容（）的下极板、第二采样电容（）的下极板分别串接一个余差采样开关（）后作为余差采样单元（4）的第二输入端，所述第一采样电容（）的上极板、下极板分别串接一个复位开关（）后接地，所述第二采样电容（）的上极板、下极板分别串接一个复位开关（）后接地，所述第一采样电容（）的上极板通过余差控制开关（）连接所述第二采样电容（）的下极板，所述第一采样电容（）的下极板作为余差采样单元（4）的第一输出端，所述第二采

3.根据权利要求1所述的一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路，其特征在于，所述第一级积分单元（5）包括第一积分电容（）、第二积分电容（）、第三积分电容（）、第四积分电容（），所述第一积分电容（）的上极板、第二积分电容（）的上极板、第三积分电容（）的上极板、第四积分电容（）的上极板分别串接一个第一级积分开关（）后作为第一级积分单元（5）的第四输入端，所述第一积分电容（）的下极板、第二积分电容（）的下极板、第三积分电容（）的下极板、第四积分电容（）的下极板分别串接一个第一级积分开关（）后作为第一级积分单元（5）的第三输入端，所述第一积分电容（）的上极板通过一个增益开关（）连接第二积分电容（）的下极板，所述第一积分电容（）的下极板串接一个增益开关（）作为第一级积分单元（5）的第一输入端，所述第二积分电容（）的上极板串接一个增益开关（）作为第一级积分单元（5）的第一输出端，所述第三积分电容（）的下极板通过一个增益开关（）连接第四积分电容（）的上极板，所述第三积分电容（）的上极板串接一个增益开关（）作为第一级积分单元（5）的第二输入端，所述第四积分电容（）的下极板串接一个增益开关（）作为第一级积分单元（5）的第二输出端。

4.根据权利要求1所述的一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路，其特征在于，所述第一子单元（6）包括M个第一积分支路（8），所述第一积分支路（8）包括第五积分电容（），所述第五积分电容（）的上极板串接一个第二级积分开关（）后作为第一子单元（6）的第二输入端，所述第五积分电容（）的下极板串接一个第二级积分开关（）后作为第一子单元（6）的第一输入端，第i个第一积分支路（8）的第五积分电容（）的上极板通过一个增益开关（）连接第i+1个第一积分支路（8）的第五积分电容（）的下极板，第1个第一积分支路（8）的第五积分电容（）的下极板串接一个增益开关（）后作为第一子单元（6）的第三输入端，第M个第一积分支路（8）的第五积分电容（）的上极板串接一个增益开关（）后作为第一子单元（6）的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种应用于NS SAR ADC的二阶噪声整形电路，其特征在于，所述第二子单元（7）包括N个第二积分支路（9），所述第二积分支路（9）包括第六积分电容（），所述第六积分电容（）的上极板串接一个第二级积分开关（）后作为第二子单元（7）的第二输入端，所述第六积分电容（）的下极板串接一个第二级积分开关（）后作为第二子单元（7）的第一输入端，第j个第二积分支路（9）的第六积分电容（）的下极板通过一个增益开关（）连接第j+1个第二积分支路（9）的第六积分电容（）的上极板，第1个第二积分支路（9）的第六积分电容（）的上极板串接一个增益开关（）后作为第二子单元（7）的第三输入端，第N个第二积分支路（9）的第六积分电容（）的下极板串接一个增益开关（）后作为第二子单元（7）的输出端。

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【技术特征摘要】

1.一种应用于ns sar adc的二阶噪声整形电路，包括第一cdac模块（1）、第二cdac模块（2），其特征在于，还包括二阶噪声整形模块、比较器模块（3）；所述二阶噪声整形模块包括余差采样单元（4）、第一级积分单元（5）、第二级积分单元，所述第二级积分单元包括第一子单元（6）、第二子单元（7）；

2.根据权利要求1所述的一种应用于ns sar adc的二阶噪声整形电路，其特征在于，所述余差采样单元（4）包括第一采样电容（）、第二采样电容（），所述第一采样电容（）的上极板、第二采样电容（）的上极板分别串接一个余差采样开关（）后作为余差采样单元（4）的第一输入端，所述第一采样电容（）的下极板、第二采样电容（）的下极板分别串接一个余差采样开关（）后作为余差采样单元（4）的第二输入端，所述第一采样电容（）的上极板、下极板分别串接一个复位开关（）后接地，所述第二采样电容（）的上极板、下极板分别串接一个复位开关（）后接地，所述第一采样电容（）的上极板通过余差控制开关（）连接所述第二采样电容（）的下极板，所述第一采样电容（）的下极板作为余差采样单元（4）的第一输出端，所述第二采样电容（）的上极板作为余差采样单元（4）的第二输出端。

3.根据权利要求1所述的一种应用于ns sar adc的二阶噪声整形电路，其特征在于，所述第一级积分单元（5）包括第一积分电容（）、第二积分电容（）、第三积分电容（）、第四积分电容（），所述第一积分电容（）的上极板、第二积分电容（）的上极板、第三积分电容（）的上极板、第四积分电容（）的上极板分别串接一个第一级积分开关（）后作为第一级积分单元（5）的第四输入端，所述第一积分电容（）的下极板、第二积分电容（）的下极板、第三积分电容（）的下极板、第四积分电容（）的下极板分别串接一个第一级积分开关（）后作为第一级积分单元（5）的第三输入端，所述第一积分电容（）的上极板通过一个增益开关（）连接第二积分电容（）的下极板，所述第一积分电容（）的下极板串接一个增益开关（）作为第一级积分单元（5）的第一输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钧，李志坚，吴朝晖，李斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人