【技术实现步骤摘要】
本申请涉及集成电路,尤其涉及一种无源前馈式噪声整形sar adc结构及其量化方法。
技术介绍
1、逐次逼近寄存器模数转换器(sar adc)主要是将自然界连续的模拟信号转换成可以供电路系统处理的数字信号。但是,其精度很难达到10bit以上,即使能达到10bit以上,能量效率也会变得非常差。为了提高精度,研究人员在sigma-delta调制的基础上提出了噪声整形sar adc结构。所以,噪声整形sar adc(ns-sar adc)天生具有低功耗和高精度的优势。ns-sar adc主要分为基础sar adc模块和噪声整形模块。从噪声反馈的位置,噪声整形结构可以分为前馈式和反馈式两种;从噪声整形模块中是否有放大器结构,又可以分为有源噪声整形和无源噪声整形。相关技术为了提升量化精度以及噪声整形能力,通过引入一组积分电容,但是,大尺寸的输入对管不但会增加比较器的功耗,还会带来更大的寄生电容,这不仅会引入非线性降低adc精度,还会降低比较器的速度,因此,现有无源噪声整形模块的噪声抑制效果并不理想。
2、综上,相关技术中存在的技术问题有待得到改善。
技术实现思路
1、本申请实施例的主要目的在于提出一种无源前馈式噪声整形sar adc结构及其量化方法,能够减少sar adc结构的功耗以及提高sar adc结构的量化精度。
2、为实现上述目的,本申请实施例的一方面提出了一种无源前馈式噪声整形saradc结构,所述结构包括基于电荷泵的二阶噪声整形电路、采样开关电路、dac电容
3、所述采样开关电路用于根据采样控制信号将输入模拟信号采样至所述dac电容阵列的上极板;
4、所述dac电容阵列用于根据所述采样控制信号进行板间电容电压切换处理,输出逐次逼近电压信号;
5、所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路用于对所述dac电容阵列的上极板的余差电压进行二阶噪声整形滤波处理,输出一阶积分电压信号与二阶积分电压信号;
6、所述六输入比较器用于对所述逐次逼近电压信号、所述一阶积分电压信号与所述二阶积分电压信号进行比较处理,得到数字码;
7、所述逻辑控制电路用于根据所述数字码,控制所述dac电容阵列、所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路和所述六输入比较器的工作状态。
8、在一些实施例中,所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路包括第一电荷泵、一阶积分电容、第二电荷泵、第一噪声采样开关、第二噪声采样开关、第三噪声采样开关、第一二阶积分开关、第二二阶积分开关、第三二阶积分开关、第一电荷泵开关、一阶积分电容开关、清零开关和一阶积分开关,其中,所述第一噪声采样开关的第一端与所述采样开关电路、所述dac电容阵列连接,所述第一噪声采样开关的第二端、所述清零开关的第二端、所述第二噪声采样开关的第一端和所述第一电荷泵的第一输入端连接,所述第一电荷泵的第一输入端通过所述第一电荷泵开关与所述第一电荷泵的第二输出端连接,所述第一电荷泵的第一输出端通过所述第三噪声采样开关与所述第一电荷泵的第二输出端连接,所述第二噪声采样开关的第二端、所述一阶积分开关的第一端、所述第一二阶积分开关的第一端和所述第一电荷泵的第二输入端连接,所述一阶积分开关的第二端、所述一阶积分电容的第一端和所述六输入比较器连接,所述第一二阶积分开关的第二端、所述第二二阶积分开关的第一端与所述六输入比较器连接,所述第二二阶积分开关的第二端与所述第二电荷泵的第二输入端连接,所述第二电荷泵的第一输入端通过所述一阶积分电容开关与所述第二电荷泵的第二输出端连接,所述第二电荷泵的第一输出端通过所述第三二阶积分开关与所述第二电荷泵的第二输出端连接。
9、在一些实施例中,所述第一电荷泵与所述第二电荷泵均为二倍电荷泵。
10、在一些实施例中,所述第一电荷泵的电容值、所述一阶采样电容值与所述组成第二电荷泵的电容值的大小关系式具体如下所示:
11、2cres1=2cres2=cint1=2cint2a=2cint2b=1/4c
12、上式中,cres1、cres2表示第一电荷泵的电容值,cint1表示一阶采样电容值,cint2a、cint2b表示组成第二电荷泵的电容值,c表示dac电容阵列的电容值。
13、在一些实施例中,所述无源前馈式噪声整形sar adc结构的传递函数具体如下所示:
14、dout=vin+(1-0.8z-1)-2q
15、上式中,dout表示量化结果输出,vin表示模拟信号,z-1表示在z域中一个周期的延时,q表示系统中的非理想因素。
16、为实现上述目的,本申请实施例的另一方面提出了一种无源前馈式噪声整形saradc结构的量化方法,所述方法包括以下步骤:
17、根据采样控制信号将输入模拟信号采样至dac电容阵列的上极板;
18、根据控制信号进行板间电容电压切换处理,输出逐次逼近电压信号;
19、获取所述板间电容电压切换处理中的量化余差电压并进行二阶噪声整形滤波处理,输出一阶积分电压信号与二阶积分电压信号;
20、对所述逐次逼近电压信号、所述一阶积分电压信号与所述二阶积分电压信号进行比较处理,得到数字码;
21、根据所述数字码进行板间电容电压切换,得到量化结果。
22、在一些实施例中,所述根据采样控制信号将输入模拟信号采样至dac电容阵列的上极板,包括:
23、通过闭合采样开关电路将所述模拟信号采集至dac电容阵列的上极板,并将所述dac电容阵列的上极板与六输入比较器的第一正输入端进行连接;
24、将一阶积分电容与所述六输入比较器的第二正输入端进行连接,将所述一阶积分电容的上端电压采集至所述六输入比较器;
25、将第二电荷泵与所述六输入比较器的第三正输入端进行连接,将所述第二电荷泵的上端电压采集至所述六输入比较器,完成信号采样工作。
26、在一些实施例中,所述获取所述板间电容电压切换处理中的量化余差电压并进行二阶噪声整形滤波处理,输出一阶积分电压信号与二阶积分电压信号,包括:
27、获取所述板间电容电压切换处理中的量化余差电压;
28、对所述量化余差电压进行噪声采样处理,得到噪声采样信号;
29本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无源前馈式噪声整形SAR ADC结构,其特征在于,所述结构包括基于电荷泵的二阶噪声整形电路、采样开关电路、DAC电容阵列、六输入比较器和逻辑控制电路,所述采样开关电路的输出端与所述DAC电容阵列的第一输入端连接,所述DAC电容阵列的第一输出端与所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路的第一输入端连接,所述DAC电容阵列的第二输出端与所述六输入比较器的第一输入端连接,所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路的输出端与所述六输入比较器的第二输入端连接,所述六输入比较器的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接,所述逻辑控制电路的第一输出端与所述DAC电容阵列的第二输入端连接,所述逻辑控制电路的第二输出端与所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路的第二输入端连接,所述逻辑控制电路的第三输出端与所述六输入比较器的第三输入端连接,其中:
2.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路包括第一电荷泵、一阶积分电容、第二电荷泵、第一噪声采样开关、第二噪声采样开关、第三噪声采样开关、第一二阶积分开关、第二二阶积分开关、第三二阶积分开关、第一电荷泵开关、一阶积分电容开关、清零开
3.根据权利要求2所述的结构,其特征在于,所述第一电荷泵与所述第二电荷泵均为二倍电荷泵。
4.根据权利要求2所述的结构,其特征在于,所述第一电荷泵的电容值、所述一阶采样电容值与所述组成第二电荷泵的电容值的大小关系式具体如下所示:
5.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,所述无源前馈式噪声整形SAR ADC结构的传递函数具体如下所示:
6.一种无源前馈式噪声整形SAR ADC结构的量化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据采样控制信号将输入模拟信号采样至DAC电容阵列的上极板,包括:
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述获取所述板间电容电压切换处理中的量化余差电压并进行二阶噪声整形滤波处理,输出一阶积分电压信号与二阶积分电压信号,包括:
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述对所述逐次逼近电压信号、所述一阶积分电压信号与所述二阶积分电压信号进行比较处理,得到数字码,包括:
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,还包括第一控制时钟信号、第二控制时钟信号、第三控制时钟信号、第四控制时钟信号和第五控制时钟信号,所述第一控制时钟信号为所述六输入比较器的控制时钟,所述第二控制时钟信号为所述DAC电容阵列的采样时钟,所述第三控制时钟信号为所述第一电荷泵的控制时钟,所述第四控制时钟信号为所述一阶积分电容的控制时钟,所述第五控制时钟信号为所述第二电荷泵的控制时钟,其中:
...【技术特征摘要】
1.一种无源前馈式噪声整形sar adc结构,其特征在于,所述结构包括基于电荷泵的二阶噪声整形电路、采样开关电路、dac电容阵列、六输入比较器和逻辑控制电路,所述采样开关电路的输出端与所述dac电容阵列的第一输入端连接,所述dac电容阵列的第一输出端与所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路的第一输入端连接,所述dac电容阵列的第二输出端与所述六输入比较器的第一输入端连接,所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路的输出端与所述六输入比较器的第二输入端连接,所述六输入比较器的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接,所述逻辑控制电路的第一输出端与所述dac电容阵列的第二输入端连接,所述逻辑控制电路的第二输出端与所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路的第二输入端连接,所述逻辑控制电路的第三输出端与所述六输入比较器的第三输入端连接,其中:
2.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,所述基于电荷泵的二阶噪声整形电路包括第一电荷泵、一阶积分电容、第二电荷泵、第一噪声采样开关、第二噪声采样开关、第三噪声采样开关、第一二阶积分开关、第二二阶积分开关、第三二阶积分开关、第一电荷泵开关、一阶积分电容开关、清零开关和一阶积分开关,其中,所述第一噪声采样开关的第一端与所述采样开关电路、所述dac电容阵列连接,所述第一噪声采样开关的第二端、所述清零开关的第二端、所述第二噪声采样开关的第一端和所述第一电荷泵的第一输入端连接,所述第一电荷泵的第一输入端通过所述第一电荷泵开关与所述第一电荷泵的第二输出端连接,所述第一电荷泵的第一输出端通过所述第三噪声采样开关与所述第一电荷泵的第二输出端连接,所述第二噪声采样开关的第二端、所述一阶积分开关的第一端、所述第一二阶积分开关的第一端和所述第一电荷泵的第二输入端连接,所述一阶积分开关的第二端、所述一阶积分电容的第一端和所述六输入比较器连接,所述第一二阶积分开关的第二端、所述第二二阶积分开关...
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