[发明专利]一种两级多位量化器及模数转换器

说明书

本发明提供一种两级多位量化器及模数转换器，所述两级多位量化器包括第一级量化电路，用于对VDD进行分压形成多个第一级参考电压，并将Vin依次与多个第一级参考电压进行比较，形成多个比较结果，再对多个比较结果及VDD依次两两进行异或运算，形成多个运算结果，并根据多个运算结果，输出2个相邻的第一级参考电压；与第一级量化电路连接的第二级量化电路，用于对第一级量化电路输出的第二级分压值进行分压，形成多个第二级参考电压，并将Vin依次与多个第二级参考电压进行比较，形成多个比较结果，再将第一、二级量化电路输出的多个比较结果进行合并，得到最终的量化结果；解决了现有量化器面积、功耗大，线性差，电路结构复杂的问题。

技术领域

本发明属于电路设计领域，特别是涉及一种两级多位量化器及模数转换器。

背景技术

与Nyquist ADC(奈奎斯特模数转换器)相比，Sigma-Delta ADC(∑-Δ模数转换器)在精度上具有明显的优势。例如，Nyquist ADC中，精度最高的SAR ADC(逐次逼近型模数转换器)仅能达到18位分辨率。但是，Sigma Delta ADC通过过采样、噪声整形和低通滤波器滤波，能够轻易达到18位以上的分辨率。因此，Sigma Delta ADC在音频、微流控芯片等领域具有非常广泛的应用。

在Sigma Delta ADC设计中，实现高精度转换的方式有三种：1)提高调制器的阶数；2)提高量化器的位数；3)增大过采样率。然而，一味提升这三方面的指标，也会带来相应的后果：a)当调制器的阶数大于3时，系统就会出现稳定性问题，一般需要通过降低积分器的增益系数来维持系统的稳定。b)增大量化器位数，会使A/D转换的实现变得更加复杂，而且多位量化器会因为工艺原因产生非线性问题，这又需要额外的电路进行调节。c)过采样率过高，会导致总的时钟频率过高；而且在信号带宽一定的情况下，增大过采样率，会使采样频率增加，从而使系统的功耗增加。由于上述三种实现高精度的方式均存在缺点，现有技术人员在权衡利弊的情况下，一般通过增加量化器的位数实现高精度。因为这种方式可以避免通过提高调制器阶数实现所导致的系统稳定性问题，也可以降低因为过采样率过高导致的总的时钟频率过高的问题。

现有的提高量化器位数的设计一般采用如图1所示的电路结构，当实现n位量化精度时，图1所示的量化器采用的电阻和比较器的数量均为2ⁿ，通过2ⁿ个电阻将电源电压VDD到电源负极VSS的电压分成2ⁿ等份，然后将输入电压Vin与每个节点电压进行比较，如果输入电压Vin小于该节点电压，比较器输出0，如果输入电压Vin大于该节点电压，比较器输出1，因此，在2ⁿ个比较器的输出端得到2ⁿ位温度计码，然后再通过后续电路将温度计码编码成二进制码，即可得到输入信号所对应的数字编码。

正如前面所提及，n位量化器需要2ⁿ个比较器，即量化器位数越多，比较器的数量将会呈指数形式增加，这不仅会造成量化器的面积和功耗的指数增加，而且量化器位数过多会产生非线性问题，需要在后续电路，即Sigma Delta调制器反馈回路中增加额外的DEM(动态元素平均)电路，使得电路的设计复杂度急剧提升。

鉴于此，有必要设计一种新的两级多位量化器及模数转换器用以解决上述技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种两级多位量化器及模数转换器，用于解决现有量化器在实现高精度时，存在量化器面积和功耗呈指数增加的问题，及为解决量化器位数过多产生非线性的问题，需在后续电路中增加DEM电路，导致电路复杂度提升的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种两级多位量化器，所述两级多位量化器包括：