[发明专利]带有数字可编程选通窗的模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种带有数字可编程选通窗的模数转换器。

背景技术

近年来，医用神经电子学器件发展迅猛，人类由最初的通过大型设备对身体各项指标进行监控、治疗，逐渐发展到通过便携设备对生命体征进行实时监控与数据传输。为了更长时间地使用便携式设备，降低设备使用芯片的功耗就成为便携式神经信号采集系统的必然趋势。在不同的神经信号采集系统中，MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)感应器与前端放大电路都不尽相同，需要根据实际信号情况进行设计。而模数转换器是所有神经信号采集系统都必需的组件之一，它负责着将采集到的信号数字化输出的重要任务。因此，模数转换器功耗的降低对各种神经信号采集系统总体功耗的降低都具有积极的意义。

由于极低功耗的限制要求，应用于神经信号采集系统的模数转换器必须满足苛刻的功耗限制。逐次逼近型模数转换构架以其较低的功率消耗成为面向神经信号采集应用模数转换器的首选架构。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

由于逐次逼近型模数转换器每次数字化模拟信号，需要遍历所有位电容，在电容翻转上消耗的电流过大，而神经信号具有小幅度噪声持续时间长、信息脉冲间隔出现的特性，因此对大部分时间而言，模数转换器高位电容在噪声转化时的翻转造成功耗的浪费。

发明内容

本发明提供的带有数字可编程选通窗的模数转换器，能够降低神经信号采集系统中模数转换器的功耗。

本发明提供一种带有数字可编程选通窗的模数转换器，包括采样保持电路、比较器、数模转换电路、逐次逼近寄存器和逻辑控制器，所述采样保持电路和数模转换电路共用电容阵列，所述电容阵列的上极板为输出端，与所述比较器的输入相连；

所述电容阵列，用于采集模拟信号，并在逐次逼近时将差分电压按规律变化以实现每个比较位输出，所述电容阵列的数字编程开关控制选通窗幅度大小；

所述比较器，用于比较双侧电容阵列上极板电压大小，供给逻辑控制器进行后续逻辑控制及输出该位数字编码；

所述逻辑控制器，用于提供给系统逐次逼近算法的控制信号，根据转换信号与选通窗大小的比较来确定是依序切换电容，还是跳过选通位以上高位电容的翻转，直接进行低位电容比较。

本发明提供的带有数字可编程选通窗的模数转换器，由数字编程控制选通窗选通位，即可改变选通窗大小；逻辑控制器能够自动跳过选通窗编程位以上高控制位的电容翻转过程，从而缩短了数字化时间，降低了电容翻转的功耗。选通窗的数字编程选择设计以及与电容阵列的复用技术，使得选通窗幅度的选择便捷、准确而简单，使模数转换器更具实用性与广泛的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的带有数字可编程选通窗的模数转换器的构架；

图2为本发明实施例提供的带有数字可编程选通窗的模数转换器的算法逻辑流程图；

图3为本发明实施例提供的神经信号展示图；

图4为本发明实施例提供的带有数字可编程选通窗的模数转换器与不带数字可编程选通窗的模数转换器的差分电容阵列上电压变化的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种带有数字可编程选通窗的模数转换器，如图1所示，为所述带有数字可编程选通窗的模数转换器的构架，包括采样保持电路、比较器、数模转换电路、逐次逼近寄存器和逻辑控制器，所述采样保持电路和数模转换电路共用电容阵列，且电容阵列中的权重按照二进制分配，整个电容阵列的上极板为输出端，与所述比较器的输入相连；

所述电容阵列，用于采集模拟信号，并在逐次逼近时将差分电压按规律变化以实现每个比较位输出，所述电容阵列的数字编程开关控制选通窗幅度大小；