异步时钟SAR模数转换器及模数转换方法技术

本发明专利技术提供了一种异步时钟SAR模数转换器及模数转换方法，异步时钟SAR模数转换器包括：采样保持电路、数模转换阵列、电压比较器、SAR控制器、亚稳态检测模块、亚稳态纠正模块；亚稳态检测模块，与所述SAR控制器相连，接收所述异步数字信号和同步数字信号并进行比较，产生亚稳态标志；亚稳态纠正模块，与所述亚稳态检测模块相连，接收所述同步数字信号和所述亚稳态标志，根据所述亚稳态标志对所述同步数字信号进行纠正，产生最终的数字信号输出。本发明专利技术异步时钟SAR模数转换器及模数转换方法，通过亚稳态检测模块可以在电压比较器比较过程中实现对电压比较器的亚稳态进行检测定位，并通过亚稳态纠正模块对转换结果进行纠正，提升了转换结果的准确性。换结果的准确性。换结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
异步时钟SAR模数转换器及模数转换方法


[0001]本专利技术涉及电路设计
，尤其涉及一种异步时钟SAR 模数转换器及模数转换方法。

技术介绍

[0002]逐次逼近(SAR，Successive Approximation Register)模数转换器以其模拟结构简单，中等转换精度和速度，低功耗等优势受到了广泛的关注。其主要结构包括：采样保持电路（S/H）、数模转换阵列（DAC）、比较器、SAR 控制器、以及时钟控制器。按照二分法（天平称物）的原理，将采样保持后的模拟信号与数模转换阵列输出的不同电压进行多次比较，每次比较的结果决定了下一次参与比较的数模转换阵列输出电压，使其逐渐逼近输入模拟信号。比较由比较器完成，SAR 控制器负责接收记录（触发器或锁存器）当前比较结果并产生下次比较的数模转换阵列输出电压对应的数字信号。时钟控制器用以控制采样和转换比较过程。当所有比较完成，SAR 控制器所记录的比较器输出就是最终的数字输出。
[0003]同步时钟SAR模数转换器每次比较的时间一致，一般为一个比较时钟周期， 用以满足数模转换阵列建立时间、比较器建立时间以及相关逻辑延时。由于不同比较阶段所需延时不同，同步时钟SAR 模数转换器却给了固定比较时间因而引入了不必要的延时也即限制了转换器的速率。异步时钟SAR模数转换器通过异步控制逻辑（通常为监测比较器是否已经完成比较）可以在不同比较阶段配置不同的满足需求的延时，而非固定一个比较时钟周期，大大的提高了转换速率。比较器输入的大小会影响比较器的建立时间，比较器的输入越小，比较器的建立时间越长，当比较器的输入非常小的时候，比较器需要较长时间来建立有效的逻辑输出也即比较器出现了亚稳态。
[0004]对于同步时钟SAR模数转换器，比较器的亚稳态可能会造成SAR 控制器中的触发器处于亚稳态从而导致当前转换结果出错（往往并不会引起最终的转换结果出错，亚稳态时的比较结果是0或1并不重要，最终结果会在接下来的比较过程中重新逼近回来），甚至导致更新的数模转换阵列数字输入信号出现亚稳态从而压缩下次比较的比较时间（会引起最终的转换结果出错，但概率较小）。对于异步时钟SAR模数转换器，比较器的亚稳态会加长当前比较阶段的时间从而进一步的压缩了剩下比较阶段的时间，导致最终不能在规定的转换周期内完成所有的比较结果，从而引起最终的转换结果出错。相比于同步时钟SAR模数转换器，比较器的亚稳态对高速异步时钟SAR模数转换器的影响更大。

技术实现思路

[0005]基于前述的现有技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种转换结果较准确的异步时钟SAR 模数转换器及模数转换方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种异步时钟SAR 模数转换器，包括：采样保持电路，对模拟输入信号进行采样和保持，并提供模拟电压；数模转换阵列，提供参考电压；
电压比较器，与所述采样保持电路和所述数模转换阵列均连接，接收所述采样保持电路提供的模拟电压和所述数模转换阵列提供的参考电压，对所述模拟电压和所述参考电压进行比较，输出互为相反的正相比较信号和反相比较信号；SAR控制器，与所述电压比较器和所述数模转换阵列均相连，接收所述电压比较器输出的正相比较信号，产生异步数字信号和同步数字信号并保存，并将所述异步数字信号发送给所述数模转换阵列以产生所述参考电压；亚稳态检测模块，与所述SAR控制器相连，接收所述异步数字信号和同步数字信号并进行比较，产生亚稳态标志；亚稳态纠正模块，与所述亚稳态检测模块相连，接收所述同步数字信号和所述亚稳态标志，根据所述亚稳态标志对所述同步数字信号进行纠正，产生最终的数字信号输出。
[0007]在一实施例中，所述模数转换器还包括：有效检测模块，与所述电压比较器相连，接收所述正相比较信号和反相比较信号，判断所述电压比较器的输出是否建立到有效电平，产生电压比较有效信号；时钟控制器，与所述有效检测模块和所述SAR控制器相连，接收所述电压比较有效信号，产生SAR控制异步时钟和SAR控制同步时钟，发送给所述SAR控制器，所述SAR控制器分别在所述SAR控制异步时钟和SAR控制同步时钟下更新所述异步数字信号和同步数字信号。
[0008]在一实施例中，所述SAR控制器包括数据锁存器、第一数据触发器和与所述数据锁存器、所述第一数据触发器均相连的SAR逻辑模块；所述SAR逻辑模块与所述电压比较器和所述时钟控制器均相连，接收所述电压比较器输出的正相比较信号和所述时钟控制器提供的所述SAR控制同步时钟，在所述SAR控制同步时钟下产生数字信号；所述第一数据触发器与所述时钟控制器相连，接收所述时钟控制器提供的SAR控制同步时钟，在所述SAR控制同步时钟下将所述数字信号保存为同步数字信号；所述锁存器与所述时钟控制器和所述数模转换阵列均相连，接收所述时钟控制器提供的SAR控制异步时钟，在所述SAR控制同步时钟下将所述数字信号保存为所述异步数字信号，并发送给所述数模转换阵列。
[0009]在一实施例中，所述亚稳态检测模块包括：第二数据触发器、第三数据触发器和与所述第二数据触发器、所述第三数据触发器均相连的数据比较器；所述第二数据触发器与所述数据锁存器相连，接收所述异步数字信号；所述第三数据触发器与所述第一数据触发器和所述亚稳态纠正模块相连，接收所述同步数字信号并向所述亚稳态纠正模块输出所述同步数字信号；所述数据比较器比较所述异步数字信号与所述同步数字信号是否一致，不一致则输出所述亚稳态标志。
[0010]在一实施例中，所述时钟控制器与所述采样保持电路、所述电压比较器、所述亚稳态检测模块、所述亚稳态纠正模块均相连；所述时钟控制器接收系统时钟输入，产生采样时钟发送给所述采样保持电路，产生电压比较使能信号和电压比较时钟发送给所述电压比较器，产生亚稳态检测时钟发送给所述亚稳态检测模块，也发送所述SAR控制同步时钟给所述亚稳态纠正模块；所述亚稳态检测时钟与所述SAR控制器同步时钟反相， 所述SAR控制同步时钟与所述系统时钟同步，且晚于所述SAR控制异步时钟，所述SAR控制异步时钟根据所述电压比较有效信号与所述电压比较时钟进行与门逻辑而产生。
[0011]本专利技术还提供一种异步时钟SAR 模数转换方法，所述模数转换方法包括：通过采样保持电路，对模拟输入信号进行采样和保持，并提供模拟电压；
通过数模转换阵列，提供参考电压；通过电压比较器，接收所述采样保持电路提供的模拟电压和所述数模转换阵列提供的参考电压，对所述模拟电压和所述参考电压进行比较，输出互为相反的正相比较信号和反相比较信号；通过SAR控制器，接收所述电压比较器输出的正相比较信号，产生异步数字信号和同步数字信号并保存，并将所述异步数字信号发送给所述数模转换阵列以产生所述参考电压；通过亚稳态检测模块，接收所述异步数字信号和同步数字信号并进行比较，产生亚稳态标志；通过亚稳态纠正模块，接收所述同步数字信号和所述亚稳态标志，根据所述亚稳态标志对所述同步数字信号进行纠正，产生最终的数字信号输出。
[0012]在一实施例中，所述模数转换方法还包括：通过有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异步时钟SAR 模数转换器，其特征在于，所述模数转换器包括：采样保持电路，对模拟输入信号进行采样和保持，并提供模拟电压；数模转换阵列，提供参考电压；电压比较器，与所述采样保持电路和所述数模转换阵列均连接，接收所述采样保持电路提供的模拟电压和所述数模转换阵列提供的参考电压，对所述模拟电压和所述参考电压进行比较，输出互为相反的正相比较信号和反相比较信号；SAR控制器，与所述电压比较器和所述数模转换阵列均相连，接收所述电压比较器输出的正相比较信号，产生异步数字信号和同步数字信号并保存，并将所述异步数字信号发送给所述数模转换阵列以产生所述参考电压；亚稳态检测模块，与所述SAR控制器相连，接收所述异步数字信号和同步数字信号并进行比较，产生亚稳态标志；亚稳态纠正模块，与所述亚稳态检测模块相连，接收所述同步数字信号和所述亚稳态标志，根据所述亚稳态标志对所述同步数字信号进行纠正，产生最终的数字信号输出。2.如权利要求1所述的异步时钟SAR 模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括：有效检测模块，与所述电压比较器相连，接收所述正相比较信号和反相比较信号，判断所述电压比较器的输出是否建立到有效电平，产生电压比较有效信号；时钟控制器，与所述有效检测模块和所述SAR控制器相连，接收所述电压比较有效信号，产生SAR控制异步时钟和SAR控制同步时钟，发送给所述SAR控制器，所述SAR控制器分别在所述SAR控制异步时钟和SAR控制同步时钟下更新所述异步数字信号和同步数字信号。3.如权利要求2所述的异步时钟SAR 模数转换器，其特征在于，所述SAR控制器包括数据锁存器、第一数据触发器和与所述数据锁存器、所述第一数据触发器均相连的SAR逻辑模块；所述SAR逻辑模块与所述电压比较器和所述时钟控制器均相连，接收所述电压比较器输出的正相比较信号和所述时钟控制器提供的所述SAR控制同步时钟，在所述SAR控制同步时钟下产生数字信号；所述第一数据触发器与所述时钟控制器相连，接收所述时钟控制器提供的SAR控制同步时钟，在所述SAR控制同步时钟下将所述数字信号保存为同步数字信号；所述锁存器与所述时钟控制器和所述数模转换阵列均相连，接收所述时钟控制器提供的SAR控制异步时钟，在所述SAR控制同步时钟下将所述数字信号保存为所述异步数字信号，并发送给所述数模转换阵列。4.如权利要求3所述的异步时钟SAR 模数转换器，其特征在于，所述亚稳态检测模块包括：第二数据触发器、第三数据触发器和与所述第二数据触发器、所述第三数据触发器均相连的数据比较器；所述第二数据触发器与所述数据锁存器相连，接收所述异步数字信号；所述第三数据触发器与所述第一数据触发器和所述亚稳态纠正模块相连，接收所述同步数字信号并向所述亚稳态纠正模块输出所述同步数字信号；所述数据比较器比较所述异步数字信号与所述同步数字信号是否一致，不一致则输出所述亚稳态标志。5.如权利要求4所述的异步时钟SAR 模数转换器，其特征在于，所述时钟控制器与所述采样保持电路、所述电压比较器、所述亚稳态检测模块、所述亚稳态纠正模块均相连；所述时钟控制器接收系统时钟输入，产生采样时钟发送给所述采样保持电路，产生电压比较使能信号和电压比较时钟发送给所述电压比较器，产生亚稳态检测时钟发送给所述亚稳态检
测模块，也发送所述SAR控制同步时钟给所述亚稳态纠正模块；所述亚稳态检测时钟与所述SAR控制器同步时钟反相， 所述SAR控制同步时钟与所述系统时钟同步，且晚于所述SAR控制异步时钟，所述SAR控制异步时钟根据所述电压比较有效信号与所述电压比较时钟进行与门逻辑而产生。6.一种异步时钟SAR 模数转换方法，其特征在于，所述模数转换方法包括：通过采样保持电路，对模拟输入信号进行采样和保持，并提供模拟电压；通过数模转换阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛斌，王洋，
申请(专利权)人：苏州旗芯微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：