基于分段電容陣列的模數轉換器性能的重構電路及方法技術

本發明專利技術提供了一種基于分段電容陣列的模數轉換器性能的重構電路及方法，重構電路包括高精度比較器、中精度比較器以及三段式電容陣列，通過連接不同的比較器以及切換開關來改變電容陣列結構和輸入信號的輸入方式，使得模數轉換器在高精度工作模式與中精度工作模式之間切換，從而實現對輸入信號的采樣以及量化輸出。本發明專利技術高精度工作模式使用較大的高位電容陣列采樣并且使用高精度的比較器，具有更高的功耗更低的速度；中精度工作模式通過高位電容接地方式進行中精度重構，同時使用中精度高速比較器以及部分模數轉換器邏輯，整體上提高速度降低功耗。本發明專利技術簡化了重構操作，節省了重構開關，避免開關的非理想效應對模數轉換器量化過程的影響。化過程的影響。化過程的影響。

【技術實現步驟摘要】
基于分段電容陣列的模數轉換器性能的重構電路及方法


[0001]本專利技術屬于混合信號集成電路
，具體涉及一種基于分段電容陣列的模數轉換器性能的重構電路及方法。

技術介紹

[0002]隨著集成電路技術高速發展，模數轉換器的應用領域不斷拓寬，性能要求不斷提高，已經成為便攜電子設備、生物醫療、無線通信和智能雷達等應用領域的核心器件。終端用戶尋找具有不同精度和速度的模數轉換器(ADC)來支持多種多樣的應用。因此，可重構模數轉換器應運而生，它通過提供更加靈活的精度、速度和功耗來滿足不同場景下的應用需求。
[0003]傳統的模數轉換器的重構方法是使用重構開關將電容陣列直接斷開，從而分離出所需要的模數轉換器，實現模數轉換器的重構，但在信號通路上的重構開關會產生電荷注入等非理想效應，對整個模數轉換器的量化過程產生影響。

技術實現思路

[0004]為了解決現有技術中存在的上述問題，本專利技術提供了一種基于分段電容陣列的模數轉換器性能的重構電路及方法。本專利技術要解決的技術問題通過以下技術方案實現：
[0005]本專利技術提供了一種基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路包括：高精度低速比較器、中精度高速比較器以及三段式電容陣列；
[0006]其中，高精度低速比較器的負輸入端連接第一段電容陣列的上級板，中精度高速比較器的負輸入端連接第二段電容陣列的上級板；每一段電容陣列的下級板均連接對應的切換開關；高精度低速比較器和中精度高速比較器的正輸入端連接共模信號VCM；切換開關在輸入信號VIN、地GND以及參考電壓VREF之間切換。
[0007]本專利技術提供了一種基于分段電容陣列的模數轉換器的重構方法，應用基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路，所述重構方法包括：
[0008]通過第一段電容陣列連接高精度比較器，并將第一段電容陣列對應的切換開關切換至輸入信號VIN，以使基于分段電容陣列的模數轉換器進入高精度工作模式，輸出M+K+L位數字碼；
[0009]通過第二段電容陣列連接中精度比較器，并將第二段電容陣列對應的切換開關切換至輸入信號VIN，且將第一段電容陣列的下極板均接地GND，以使基于分段電容陣列的模數轉換器進入中精度工作模式，輸出K+L位數字碼。
[0010]本專利技術提供了一種基于分段電容陣列的模數轉換器性能的重構電路及方法，重構電路包括高精度比較器、中精度比較器以及三段式電容陣列，并通過連接不同的比較器以及切換開關來改變電容陣列結構和輸入信號的輸入方式，使得模數轉換器在高精度工作模式與中精度工作模式之間切換，從而實現對輸入信號的采樣以及量化輸出。本專利技術可以實現高精度低速度高功耗與中精度高速度低功耗兩種不同應用場景下的模數轉換器的相互
重構。本專利技術由于采樣噪聲的限制，高精度工作模式使用較大的高位電容陣列作為采樣電容，并且使用高精度的比較器，因此具有更高的功耗更低的速度；中精度工作模式將高位電容陣列全部接地，由剩余電容陣列完成量化實現電容陣列高精度到中精度的重構，同時使用中精度的高速比較器以及部分模數轉換器邏輯，整體上提高速度，降低功耗最終重構為中精度高速度低功耗的模數轉換器。本專利技術簡化了重構操作，節省了重構開關，避免開關的非理想效應對模數轉換器量化過程的影響。
[0011]以下將結合附圖及實施例對本專利技術做進一步詳細說明。
附圖說明
[0012]圖1為本專利技術提出的基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路的示意圖；
[0013]圖2為本專利技術示例的高精度工作模式的模數轉換器電容陣列；
[0014]圖3為本專利技術重構的中精度工作模式的模數轉換器電容陣列。
具體實施方式
[0015]下面結合具體實施例對本專利技術做進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。
[0016]結合圖1至圖3所示，本專利技術提供了一種基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路包括：高精度低速比較器、中精度高速比較器以及三段式電容陣列；
[0017]其中，高精度低速比較器的負輸入端連接第一段電容陣列的上級板，中精度高速比較器的負輸入端連接第二段電容陣列的上級板；每一段電容陣列的下級板均連接對應的切換開關；高精度低速比較器和中精度高速比較器的正輸入端連接共模信號VCM；切換開關在輸入信號VIN、地GND以及參考電壓VREF之間切換。三段式電容陣列為M+K+L分段結構，三段包含的量化位數分別為M、K、L，每一段電容陣列均包含一個接地GND電容。所述重構電路存在兩種工作模式，分別為高精度工作模式以及中精度工作模式。
[0018]高精度工作模式時輸入信號VIN使用第一段電容陣列下極板進行采樣，并且使用接在第一段電容陣列上級板的高精度低速比較器進行比較，在第一段電容陣列采樣完成后進行量化，輸出M+K+L位數字碼。中精度工作模式時第一段電容陣列下極板全部接GND，并且使用接在第二段電容陣列上級板的中精度高速比較器進行比較，在第二段電容陣列采樣完成后進行量化，量化邏輯僅使用高精度工作模式的部分邏輯，輸出K+L位數字碼。
[0019]如圖2所示為本專利技術示例的三段式高精度電容陣列，采用M+K+L分段結構實現的模數轉換器，使用第一段電容陣列上的M個二進制電容下極板進行采樣。切換為高精度工作模式：高精度低速比較器的負輸入端連接第一段電容陣列的上級板，第一段電容陣列對應的切換開關連接輸入信號VIN，且在輸入信號VIN、地GND以及參考電壓VREF之間切換；第二段電容陣列以及第三段電容陣列的切換開關在地GND以及參考電壓VREF之間切換。
[0020]其中，參考電壓VREF為模數轉換器ADC的參考電壓。
[0021]如圖3所示為本專利技術示例的由三段式高精度電容陣列重構的兩段式中精度電容陣列，采用重構后的K+L分段電容陣列實現中精度模數轉換器。切換為中精度工作模式：中精度高速比較器的負輸入端連接第二段電容陣列的上級板，第二段電容陣列對應的切換開關連接輸入信號VIN，且在輸入信號VIN、地GND以及參考電壓VREF之間切換；第一段電容陣列
對應的切換開關連接地GND，第三段電容陣列對應的切換開關在地GND以及參考電壓VREF之間切換。
[0022]中精度工作模式時，電容陣列進行重構，比較器換為中精度高速度比較器，并且使用部分模數轉換器邏輯。第一段電容陣列下極板上的開關全部接地，與第一段和第二段電容陣列之間的橋接電容Cb1串聯，相當與在第二段電容陣列上增加了一個小的接地電容，對整體模數轉換器的量化不會產生影響。重構完成后整體電路變為K+L兩段式中精度模數轉換器。
[0023]在高精度工作模式以及中精度工作模式下的采樣量化工作均分為采樣階段、保持階段以及電荷重新分配階段。
[0024]在高精度工作模式的采樣階段下，第一段電容陣列上級板接共模信號VCM，第一段電容陣列的對應的切換開關連接輸入信號VIN，第二、三段電容陣列對應的切換開關全部連接GND，之后開始對輸入信號VIN進行采樣；
[0025]在高精度工作模式下的保持階段，第一段電容陣列上級板斷開共本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路，其特征在于，包括：高精度低速比較器、中精度高速比較器以及三段式電容陣列；其中，高精度低速比較器的負輸入端連接第一段電容陣列的上級板，中精度高速比較器的負輸入端連接第二段電容陣列的上級板；每一段電容陣列的下級板均連接對應的切換開關；高精度低速比較器和中精度高速比較器的正輸入端連接共模信號(VCM)；切換開關在輸入信號(VIN)、地(GND)以及參考電壓(VREF)之間切換。2.根據權利要求1所述的基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路，其特征在于，三段式電容陣列為M+K+L分段結構，三段包括的電容個數為M、K、L。3.根據權利要求2所述的基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路，其特征在于，每一段電容陣列均包含一個接地(GND)電容。4.根據權利要求3所述的模數轉換器的重構電路，其特征在于，所述重構電路存在兩種工作模式，分別為高精度工作模式以及中精度工作模式；切換為高精度工作模式：高精度低速比較器的負輸入端連接第一段電容陣列的上級板，第一段電容陣列對應的切換開關連接輸入信號(VIN)，且在輸入信號(VIN)、地(GND)以及參考電壓(VREF)之間切換；第二段電容陣列以及第三段電容陣列的切換開關在地(GND)以及參考電壓(VREF)之間切換；切換為中精度工作模式：中精度高速比較器的負輸入端連接第二段電容陣列的上級板，第二段電容陣列對應的切換開關連接輸入信號(VIN)，且在輸入信號(VIN)、地(GND)以及參考電壓(VREF)之間切換；第一段電容陣列對應的切換開關連接地(GND)，第三段電容陣列對應的切換開關在地(GND)以及參考電壓(VREF)之間切換。5.根據權利要求4所述的基于分段電容陣列的模數轉換器的重構電路，其特征在于，在高精度工作模式以及中精度工作模式下的采樣量化工作均分為采樣階段、保持階段以及電荷重新分配階段。6.根據權利要求5所述的分段電容陣列的模數轉換器，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈易，馬彥明，曾舸峰，楊博文，劉術彬，丁瑞雪，朱樟明，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：