一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路，由一个数字校准电路、一个开关阵列、一个分段电容阵列以及一个跟随器组成。分段电容阵列的输出端有恒定的寄生电容，在电容阵列输入端加数字校准电路，通过此电路将输入12位数字信号转换成另一12位数字信号，从而将寄生电容对输出电压的影响补偿到输入端；分段电容阵列包括带有冗余电容的低6位电容阵列以及不带冗余电容的高6位电容阵列两部分，利用一个桥结电容将该两部分隔开；跟随器由一个闭环工作的轨到轨运算放大器构成，其输出电压与输入电压值相等。本发明专利技术可实现将12位数字信号转换为与之对应的模拟电压值，同时在保证精度的前提下缩小芯片面积，一定程度上降低成本及功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数模转换器，尤其是涉及一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路。
技术介绍
数模转换器(DAC)是一种将输入的数字信号转换成模拟信号输出的器件，数模转换器从出现开始，经历了分立器件搭建、通用集成电路模块与分立器件搭建、单片系统集成等几个发展阶段。在速度、精度的提高以及成本的降低上都取得了长足进步，但传统的电荷标定型数模转换器依然存在明显的不足。传统的电荷标定型数模转换器结构如附图说明图1所示，通常由一个开关阵列，一个二进制加权电容阵列，一个运算放大器组成。其工作原理如下模数转换器将输入的数字信号转换成模拟电压信号需要经历两个阶段第一阶段在时钟相位Φ I时，所有用作二进制的电容都由参考电压(VREF)充电，输出保持为前一时钟相位所获得的电压值。第二阶段在时钟相位Φ 2时，开关与地相接，电容上存储的电荷转移到输出电容212C上。通过电荷再分配，输出电压是参考电压(VREF)的二进制部分值之和。传统的电荷标定型数模转换器虽然其结构简单，并且能实现较高的精度。但仍存在以下不足之处(I)为了实现12位的 精度，电容阵列的总电容值将达到212C，导致电容数量极多，面积很大且不容易实现版图匹配；(2)其量化范围固定为O到参考电压(VREF)，无法实现可调节，不利于满足多应用的需要。(3)在实现输入数字信号到模拟电压信号的转换需要经历两个阶段，因此，需要两相时钟，复杂度增大，且容易在输出端引入较大的毛刺。(4)通过电容上电荷再分配实现输入数字量到模拟电压量的转换，因此，电容阵列输出端的寄生电容对其精度影响较大。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路。在芯片正常工作过程中，可以实现将12位输入数字信号转换为与之对应的模拟电压值，同时在保证精度的前提下缩小所需的芯片面积，一定程度上降低成本及功耗。本专利技术可广泛应用于信号采集和处理，通信系统和多媒体等
为了解决上述技术问题，本专利技术一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路，由一个数字校准电路、一个开关阵列、一个分段电容阵列以及一个跟随器组成；所述分段电容阵列的输出端有容值恒定的寄生电容，所述数字校准电路设置在所述分段电容阵列的输入端，通过所述数字核准电路将输入12位数字信号转换成另一 12位数字信号，从而将寄生电容对输出电压的影响补偿到输入端；所述分段电容阵列包括带有冗余电容的低6位电容阵列以及不带冗余电容的高6位电容阵列两部分；利用一个容值为64/63C的桥结电容将该两部分电容阵列分隔开，所述桥结电容与低6位电容阵列串联后的对地等效电容值与所述高6位电容阵列中最低位电容值相等；对于一个12位的输入数字信号，此分段电容阵列的输出电压值为 ·本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路，其特征在于：由一个数字校准电路、一个开关阵列、一个分段电容阵列以及一个跟随器组成；所述分段电容阵列的输出端有容值恒定的寄生电容，所述数字校准电路设置在所述分段电容阵列的输入端，通过所述数字核准电路将输入12位数字信号转换成另一12位数字信号，从而将寄生电容对输出电压的影响补偿到输入端；所述分段电容阵列包括带有冗余电容的低6位电容阵列以及不带冗余电容的高6位电容阵列两部分；利用一个容值为64/63C的桥结电容将该两部分电容阵列分隔开，所述桥结电容与低6位电容阵列串联后的对地等效电容值与所述高6位电容阵列中最低位电容值相等；对于一个12位的输入数字信号，此分段电容阵列的输出电压值为：Vout=(VREF-VCM)·Σi=1122i-1bi212其中：bi数字校准电路第i位的输出码值,bi=0或1；VREF为参考电压，VCM为共模电平；量化范围通过改变共模电平VCM与参考电压VREF的值进行调节；所述开关阵列中的一对CMOS开关的一端均接到所述分段电容阵列中电容的下级板上，所述开关阵列中的一对CMOS开关的另一端分别接共模电平和参考电压；经过数字校准电路处理之后的数字信号经过一级反相器，与该数字信号本身形成一对互补的信号，并控制所述一对CMOS开关的闭合与关断；所述跟随器由一个接成闭环形式的轨到轨运算放大器构成，其内部结构包括并联的两组折叠共源共栅放大器；所述跟随器输入电压从0到电源电压变化的范围内至少有一个共源共栅放大器正常工作，所述跟随器在闭环应用时输出电压与输入电压值相等。...

【技术特征摘要】
1.一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路，其特征在于由一个数字校准电路、一个开关阵列、一个分段电容阵列以及一个跟随器组成； 所述分段电容阵列的输出端有容值恒定的寄生电容，所述数字校准电路设置在所述分段电容阵列的输入端，通过所述数字核准电路将输入12位数字信号转换成另一 12位数字信号，从而将寄生电容对输出电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅强，夏璠，张杨，赵公元，庞瑞龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：