System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC及模数转换方法技术_技高网

一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC及模数转换方法技术

技术编号:41327212 阅读:11 留言:0更新日期:2024-05-13 15:04
本发明专利技术涉及噪声整形逐次逼近型模数转换器,具体涉及一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS‑SAR ADC及模数转换方法,用于解决现有NS‑SAR ADC为了满足信噪比要求,通常通过增加输入电容尺寸来抑制采样噪声,而大的输入电容使得ADC输入驱动器和参考缓冲器的设计成本非常高,并增加了ADC输入驱动器和参考缓冲器的设计复杂性的不足之处。该基于采样噪声抑制技术的一阶NS‑SAR ADC包括电源模块、电容阵列、采样噪声抑制结构、一阶无源噪声整形结构、比较器和数字逻辑,本发明专利技术使用采样噪声抑制技术降低电容阵列的面积和功耗,降低输入参考电平的设计难度,使用过采样和噪声整形技术提高了模数转换器精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及噪声整形逐次逼近型模数转换器,具体涉及一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc及模数转换方法。


技术介绍

1、随着集成电路制造工艺按照摩尔定律不断提升,工艺逐渐向更低的节点迈进,工艺特征尺寸等比例缩小改善了数字集成电路的速度、功耗和集成度。正是由于sar adc(逐次逼近型模数转换器)以数字电路为主的优势,使其能更好的兼容先进工艺,非常适合片上系统集成。但对于高分辨率应用,由于对比较器噪声的严格要求和呈指数增长的电容器dac(数模转换器)阵列,其功率效率会下降。△-∑adc(delta-sigma模数转换器)是高分辨率应用广泛使用的架构。利用过采样和噪声整形的优势,它可以通过低分辨率量化器和dac达到高分辨率。但是,△-∑adc通常需要基于运算放大器的高性能有源积分器,功耗大且与先进工艺兼容性差。

2、ns-sar adc(噪声整形逐次逼近型模数转换器)结合了sar adc结构简单、功耗低、数字化程度高与△-∑adc中噪声整形实现高精度的优点,只需要较少的转换位数就能实现高精度,允许更大的转换误差,因此降低了对比较器噪声的要求,能够同时达到低功耗和高精度。因此,ns-sar adc非常适合于对功率效率要求很高的低速高精度应用。

3、与此同时,现有的噪声整形解决方案在推动更高分辨率时仍面临主要挑战:采样噪声。为了满足信噪比要求,通常通过增加输入电容尺寸来抑制采样噪声,大的输入电容使得adc输入驱动器和参考缓冲器的设计成本非常高,它们的功率、面积和设计复杂性通常比adc本身高得多。p>

技术实现思路

1、本专利技术的目的是解决现有ns-sar adc为了满足信噪比要求,通常通过增加输入电容尺寸来抑制采样噪声,而大的输入电容使得adc输入驱动器和参考缓冲器的设计成本非常高,并增加了adc输入驱动器和参考缓冲器的设计复杂性的不足之处,而提供一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc及模数转换方法。

2、为了解决上述现有技术所存在的不足之处,本专利技术提供了如下技术解决方案:

3、一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc,包括电源模块、电容阵列、一阶无源噪声整形结构、比较器和数字逻辑,其特殊之处在于:还包括采样噪声抑制结构;

4、所述电容阵列的输入端连接电源模块的输出端或模拟输入信号vin,输出端连接采样噪声抑制结构的输入端;

5、所述采样噪声抑制结构用于采集模拟输入信号vin与噪声信息,采样噪声抑制结构包括开关φs1、开关φs2、放大器a和采样电容c2;采样噪声抑制结构的输入端用于通过开关φs1连接外接的公共模电压vcm1,输出端用于通过开关φs2连接外接的公共模电压vcm2,并连接比较器的第一输入端,所述放大器a和采样电容c2依次连接在采样噪声抑制结构的输入端与输出端之间;

6、所述一阶无源噪声整形结构用于采集本周期sar adc转换阶段结束后电容阵列上的余量电压在下一个周期作为前馈积分信号参与新的模拟输入信号的量化过程;一阶无源噪声整形结构包括积分电容c1和开关φ1;开关φ1的一端连接电容阵列顶级板,开关φ1的另一端连接所述积分电容c1的一端和比较器的第二输入端,积分电容c1的另一端接地;

7、所述比较器的输出端连接数字逻辑的输入端,用于对比较器的第一输入端与比较器的第二输入端的输入求和得到比较结果,并将比较结果输出至数字逻辑;

8、所述数字逻辑的一个输出端连接电源模块的输入端,用于根据所述比较结果控制电容阵列底极板的开关和电源模块(1)的输出以完成逐次逼近的过程,数字逻辑的另一个输出端用于输出数字输出信号dout。

9、进一步地,所述电容阵列包括多个并联的电容电路,每个电容电路包括串联的开关φs3和电容;所述开关φs3的第一静触点连接电源模块的输出端,第二静触点连接模拟输入信号vin,动触点连接电容的一端。

10、进一步地,所述电源模块包括公共模电压vcm、负参考电压vrefn和正参考电压vrefp,公共模电压vcm、负参考电压vrefn和正参考电压vrefp分别通过对应开关连接电源模块的输出端,电源模块的输出为公共模电压vcm、负参考电压vrefn和正参考电压vrefp中的一个所述公共模电压vcm用于设置电容阵列的中点电压;所述负参考电压vrefn和正参考电压vrefp用于定义电容阵列的量化范围。

11、进一步地,所述比较器通过开关φc控制,比较器的第一输入端与比较器的第二输入端的增益为1:g。

12、进一步地,所述采样电容c2的大小为c,积分电容c1的大小为3c,比较器的增益为1:g为1:3。

13、进一步地,所述数字输出信号dout与模拟输入信号vin经过z变换后分别为数字输出信号dout(z)和模拟输入信号vin(z),数字输出信号dout(z)和模拟输入信号vin(z)之间满足如下关系式:

14、dout(z)=vin(z)+0.75z-1·ns(z)+3z-1n1,φ1(z)+(1-0.75z-1)

15、·(q(z)+n4(z)+n5(z))

16、式中,ns(z)表示采样噪声,n1,φ1(z)表示积分热噪声,q(z)表示量化噪声,n4(z)表示比较器噪声,n5(z)表示dac热噪声。

17、同时,本专利技术还提供一种一阶ns-sar adc的模数转换方法,其特殊之处,包括如下步骤:

18、步骤1、构建权利要求1所述的基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc;

19、步骤2、控制开关φs1、开关φs2闭合,开关φ1断开,以及由数字逻辑控制电容阵列的输入端连接模拟输入信号vin;

20、然后控制开关φs1断开,使用放大器a和采样电容c2对模拟输入信号vin与噪声信息采样,结束后控制开关φs2断开,以及由数字逻辑控制电容阵列的输入端连接电源模块的输出端;

21、步骤3、将模拟输入信号vin和前馈积分信号vint通过比较器按增益1:g的比例相加,然后由数字逻辑根据比较器的比较结果控制电源模块的输出,完成逐次逼近的过程;

22、步骤4、控制开关φ1闭合,通过积分电容c1采集步骤3结束后电容阵列上的余量电压vres,用于在下一个周期作为前馈积分信号vint参与新的模拟输入信号vin的量化过程;

23、步骤5、重复步骤2至4,并采集每个周期数字逻辑输出的数字输出信号dout,直至到达预设周期,结束流程。

24、与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:

25、(1)本专利技术一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc,通过直接积分的结构(一阶无源噪声整形结构)相比于现有技术1降低了噪声整形阶段的积分热噪声,将多路输入端口的比较器所需支路增益降低;在实现与现有技术1相同的ntf,应用本专利技术提出的一阶无源噪声技术,多路输入端口的比较器的支路增益相比于1:4(现有技术1)减小为1:3本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC,包括电源模块(1)、电容阵列(2)、一阶无源噪声整形结构(3)、比较器(5)和数字逻辑(6),其特征在于:还包括采样噪声抑制结构(4);

2.根据权利要求1所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC,其特征在于:所述电容阵列(2)包括多个并联的电容电路,每个电容电路包括串联的开关ΦS3和电容;所述开关ΦS3的第一静触点连接电源模块(1)的输出端,第二静触点连接模拟输入信号Vin,动触点连接电容的一端。

3.根据权利要求1所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC,其特征在于:所述电源模块(1)包括公共模电压Vcm、负参考电压Vrefn和正参考电压Vrefp,公共模电压Vcm、负参考电压Vrefn和正参考电压Vrefp分别通过对应开关连接电源模块(1)的输出端,电源模块(1)的输出为公共模电压Vcm、负参考电压Vrefn和正参考电压Vrefp中的一个;所述公共模电压Vcm用于设置电容阵列(2)的中点电压;所述负参考电压Vrefn和正参考电压Vrefp用于定义电容阵列(2)的量化范围。

4.根据权利要求1所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC,其特征在于:所述比较器(5)通过开关Φc控制,比较器(5)的第一输入端与比较器(5)的第二输入端的增益为1∶g。

5.根据权利要求4所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC,其特征在于:所述采样电容C2的大小为C,积分电容C1的大小为3C,比较器(5)的增益为1∶g为1∶3。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶NS-SAR ADC,其特征在于:所述数字输出信号Dout与模拟输入信号Vin经过z变换后分别为数字输出信号Dout(z)和模拟输入信号Vin(z),数字输出信号Dout(z)和模拟输入信号Vin(z)之间满足如下关系式:

7.一种一阶NS-SAR ADC的模数转换方法,其特征在于,包括如下步骤:

...

【技术特征摘要】

1.一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc,包括电源模块(1)、电容阵列(2)、一阶无源噪声整形结构(3)、比较器(5)和数字逻辑(6),其特征在于:还包括采样噪声抑制结构(4);

2.根据权利要求1所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc,其特征在于:所述电容阵列(2)包括多个并联的电容电路,每个电容电路包括串联的开关φs3和电容;所述开关φs3的第一静触点连接电源模块(1)的输出端,第二静触点连接模拟输入信号vin,动触点连接电容的一端。

3.根据权利要求1所述的一种基于采样噪声抑制技术的一阶ns-sar adc,其特征在于:所述电源模块(1)包括公共模电压vcm、负参考电压vrefn和正参考电压vrefp,公共模电压vcm、负参考电压vrefn和正参考电压vrefp分别通过对应开关连接电源模块(1)的输出端,电源模块(1)的输出为公共模电压vcm、负参考电压vrefn和正参考电压vrefp中的一个;所述公共模电压vcm用于...

【专利技术属性】
技术研发人员:辛昕李雨晨佟星元李琴琴陈东
申请(专利权)人:西安邮电大学
类型:发明
国别省市:

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