[发明专利]一种噪声整形逐次逼近型模数转换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种噪声整形逐次逼近型模数转换器，属于集成电路技术领域，包括采样保持电路、比较器、逻辑控制电路、数模转换器、环路滤波器；采样保持电路的输入端连接模拟输入Vsubgt;in/subgt;；采样保持电路的输出端与数模转换器的输出端均与环路滤波器的输入端相连；环路滤波器的输出端与比较器的输入端相连，比较器有M个输入端；比较器的输出端与逻辑控制电路的输入端相连；逻辑控制电路的输出端与数模转换器的输入端相连，用于输出N位数字码并将输出的N位数字码通过数模转换器转换成模拟电压反馈至环路滤波器进行下一步骤的操作。本发明将电容型电荷泵与无源积分相结合，实现无源无损积分的环路滤波器，具有无源积分优点同时，具有较强的噪声整形效果。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种噪声整形逐次逼近型模数转换器及控制方法。

背景技术

模数转换器作为模拟域与数字域的通道，其性能要求越来越高，特别是在高精度传感器、音频解码器与可穿戴式医疗应用程序中，对高精度模数转换器的需求更大。

传统架构中，逐次逼近型架构的模数转换器能效高，功耗小，工艺兼容性好，但其具有串行转换，采样速率小的缺点，由于它对比较器噪声的要求随着位数的增加呈指数增长，限制了其高精度方面的发展；∑-△架构的模数转换器精度很高，但采样速率和能效低，功耗大，并且与先进工艺的兼容性很差，限制了其在低功耗方面的发展。

噪声整形逐次逼近型模数转换器结合了逐次逼近型模数转换器与∑-△模数转换器的优点，同时具有低功耗与高精度的性能，表现出良好的高效率与低成本的潜力。对于采用级联积分反馈架构的噪声整形逐次逼近型模数转换器，要想实现良好的噪声整形效果，最重要的是环路滤波阶段中环路滤波器的设计，在选用积分器作环路滤波器时，可分为有源积分与无源积分两种，其中，无源积分环路滤波器简单，功耗低，鲁棒性强，但噪声传输函数平滑，噪声整形效果较弱；有源积分环路滤波器可以实现清晰的噪声传输函数，具有良好的噪声整形效果，但其功耗高，对工艺变化较为敏感，电路复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的无源积分环路滤波器简单，功耗低，鲁棒性强，但噪声传输函数平滑，噪声整形效果较弱；有源积分环路滤波器可以实现清晰的噪声传输函数，具有良好的噪声整形效果，但其功耗高，对工艺变化较为敏感，电路复杂等一系列的问题，本发明提供了一种噪声整形逐次逼近型模数转换器及控制方法，本发明将电容型电荷泵与无源积分相结合，实现无源无损积分的环路滤波器，使其具有无源积分优点的同时(功耗低、鲁棒性强)，具有较强的噪声整形效果(实现清晰的噪声传输函数)。同时电容型电荷泵具有一定的增益，可以补偿余量电压的部分信号损失，为后续电路的设计减小难度。

本发明通过如下技术方案实现：

一种噪声整形逐次逼近型模数转换器，包括采样保持电路、比较器、逻辑控制电路、数模转换器、环路滤波器；采样保持电路的输入端连接模拟输入V_in，用于对模拟输入V_in进行采样保持操作；采样保持电路的输出端与数模转换器的输出端均与环路滤波器的输入端相连；环路滤波器的输出端与比较器的输入端相连，比较器有M个输入端，用于比较积分余量电压与余量电压；比较器的输出端与逻辑控制电路的输入端相连，用于将比较器结果送入逻辑控制电路进行逻辑运算；逻辑控制电路的输出端与数模转换器的输入端相连，用于输出N位数字码并将输出的N位数字码通过数模转换器转换成模拟电压反馈至环路滤波器进行下一步骤的操作。

进一步地，所述噪声整形逐次逼近型模数转换器的每一周期依次包括采样保持阶段、逐次逼近转换阶段及环路滤波阶段；所述采样保持阶段用于对模拟输入电压V_in进行采样保持，所述逐次逼近转换阶段用于对数模转换器进行开关切换，产生逐次逼近阶段所需的电压，送入比较器中，利用比较器的比较结果完成逐次逼近操作，所述环路滤波阶段用于实现噪声整形，对余量电压利用环路滤波器进行噪声整形操作，将积分后的余量电压送入到比较器中。