[发明专利]一种高精度逐次逼近型模数转换器

说明书

本发明提出一种高精度逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)，包括概率值寄存器、采样保持电路、比较电路、逻辑控制电路以及数模转换电路；通过采样保持电路获得第一采样信号；数模转换电路的第二输出信号与所述第一采样信号作为比较电路的输入比较信号，比较电路基于输入比较信号输出第三比较信号；将第三比较信号存储至概率值寄存器后，概率值寄存器计算概率累加值；将概率累加值和第三比较信号作为逻辑控制电路的输入；逻辑控制电路连接数模转换电路，并基于所述概率累加值和所述第三比较信号调节所述数模转换电路的第二输出信号。本发明在提升了现有的SAR ADC的输出精度的同时保证了输出速度，并且结构简单，功耗较低。

技术领域

本发明属于数模转换电路技术领域，尤其涉及一种高精度逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）。

背景技术

自然界的信号绝大多数都是随时间连续变化的模拟信号，单纯的模拟电路可以很好的处理这些模拟信号，例如放大器和滤波器电路。但是现代高速处理器需要以数字电路形式对信号进行运算和储存。因为随着科技的进步，电子处理系统变得日益复杂，如果使用模拟电路完成当前人们对于信号处理的要求将会付出巨大代价，而数字电路可以在较低的成本下实现复杂的计算和大量的储存，并且拥有接近无限高的信噪比。所以当代信号处理系统中使用模数转换器（analog-to-digital converter, ADC）将外界模拟信号转换为数字信号传输给高速数字处理器，处理器输出数据由数模转换器（Digital to AnalogConvert，DAC）将数字码流还原为模拟信号输出到系统外部。

根据精度、速度和功耗不同方面的要求，实现ADC 的结构多种多样，包括快闪型（flash）、逐次逼近型（successive approximation register, SAR

）、流水线型（pipelined）和Σ-Δ ADC。其中，逐次逼近型依靠搜索的方法，通过使用数模转换器产生信号与输入信号进行比较，重复过程输出结果。

中国发明专利CN108270420B提出一种比较器及逐次逼近式模拟数字转换器，所述比较器包括：顺序连接的前置运放电路及锁存器电路，所述前置运放电路包括依次连接并适于对待比较信号放大的第一、第二前及第三前置运放单元；所述第三前置运放单元包括：第一及第二PMOS管；所述锁存器电路包括：第一CMOS反相器及第二CMOS反相器，设置有以反向器首尾连接成的双稳态结构，适于对所述信号进行比较，并根据比较结果输出相应的数字信号；所述第一及第二PMOS管的栅极与所述第二前置运放单元的输出端耦接；所述第一NMOS管的栅极及第二NMOS管的栅极与所述第二前置运放单元的输出端及所述第三前置运放单元的输入端耦接。可以提高比较器的速度。

然而，发明人发现，由于SAR DAC每次只输出一位比较结果，精度越大，所需时间越长。如果要缩短时间或者提升精度，则需要增加电路面积，又会进一步提高功耗或者提升转换周期，导致精度、功耗和速度不能适当兼顾。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种高精度逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）。

本发明提出的高精度逐次逼近型模数转换器，包括采样保持电路、比较电路、逻辑控制电路以及数模转换电路。

作为不同于现有技术的突出性改进，在本发明的模数转换器结构上，还包括概率值寄存器，所述概率值寄存器包含2^D位状态寄存器，每位状态寄存器存储一个概率状态值，因此，所述概率值寄存器可存储2^D个概率状态值。

所述采样保持电路接收模拟输入信号，并对所述模拟输入信号进行采样获得第一采样信号；

所述比较电路通过概率值寄存器连接至所述逻辑控制电路；

所述比较电路连接所述数模转换电路；