[发明专利]二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的预测量化方法

摘要

二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的预测量化方法，属于模拟数字转换技术领域。本发明基于共模电压复位结构电容阵列DAC，将上次量化结果高P位编码直接载入到本次高P位的量化结果，根据冗余电容切换前后两次的切换结果来判断预测结果，如果预测正确就可以进行低位剩余位数的比较，如果预测错误则将高P位下极板电容复位，重新进行传统式从最高位向最低位(MSB_First)量化。本发明最大限度地降低了数模转换器模块的切换频率及比较器的比较次数，大幅度衰减了信号的中低频部分的平均量化功耗，实现低功耗设计；本发明可以作为心电(ECG)、脑电(EEG)等生物医疗信号的特征参数提取手段，在极低的功耗下提取出目标信号的极值和频率特性。

主权项

二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的预测量化方法，其特征在于，基于一个二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器；该二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器包括：数字模拟转换器模块DAC、比较器模块、SAR逻辑控制电路模块和预测判断控制电路模块，数字模拟转换器模块DAC由至少一组基于共模电压Vcm复位的电容阵列组成，数字模拟转换器模块DAC的控制端接SAR逻辑控制电路模块和预测判断控制电路模块的输出端；对每组电容阵列中的所有量化电容进行编号，记为Ci，i为1至N‑1中任意整数，C1为最高位电容，其中N为该二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的位数，每组电容阵列中含有一冗余电容CR位于第P位与第P+1位之间，且1≤P≤N‑1，该冗余电容CR的电容值与第P位电容的电容值相等；比较器模块输出比较结果至SAR逻辑控制电路模块和预测判断控制电路模块，预测判断控制电路模块的输出端连接SAR逻辑控制电路模块，SAR逻辑控制电路模块输出该二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的数字信号；该预测量化方法包括以下步骤：步骤一：根据输入信号频谱分析确定预测区间的大小，从而确定冗余电容CR的位置，即确定P的值；步骤二：初始化量化的预测码字Dpre(C1:CP)＝0_0_……_0，其中0的位数为P；步骤三：整个二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器电路上电复位，所述数字模拟转换器模块DAC对输入信号进行采样，采样时数字模拟转换器模块DAC的所有电容下极板接输入信号，数字模拟转换器模块DAC的输出端接共模电压Vcm＝0.5Vref，其中Vref为该二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的参考电压；步骤四：采样结束后对输入信号进行量化，载入预测码字Dpre(C1:CP)控制数字模拟转换器模块DAC中电容的切换，Dpre(Cj)＝0时电容Cj的下极板接地，Dpre(Cj)＝1时电容Cj的下极板接参考电压Vref，j为1至P中任意整数，冗余电容CR和CP+1‑CN‑1电容的下极板接共模电平Vcm；步骤五：比较器模块将数字模拟转换器模块DAC输出到比较器模块正负输入端的输出电压进行比较，得到一个比较结果b0，规定比较器模块的正输入端信号大于负输入端信号时比较结果为0，反之为1；步骤六：根据比较结果b0切换冗余电容CR：若b0＝1则将冗余电容CR下极板从共模电压Vcm切换至参考电压Vref，若b0＝0则将冗余电容CR下极板从共模电压Vcm切换至地GND，得到切换冗余电容CR之后的比较结果b1；步骤七：预测判断控制电路模块将两次比较结果b1和b0进行异或运算，记预测判断信号为如果Pre_en＝1，说明切换冗余电容CR前后两次比较结果不一致，要量化的信号在预测区间内，预测正确，执行步骤八至步骤九；如果Pre_en＝0，说明切换冗余电容CR前后两次比较结果相同，要量化的信号不在预测区间内，预测错误，执行步骤十至步骤十一；步骤八：根据切换冗余电容CR之后的比较结果b1切换下一位电容，即第P+1位电容，切换方式同步骤六，然后用MSB‑first算法进行剩余位数的量化至电容CN‑1切换结束，预测码字Dpre(C1:CP)保持上一次的值不变；步骤九：预测码字Dpre(C1:CP)加上剩余N‑P+1次比较结果得到长度为N+1位的编码，将上述的N+1位冗余编码通过SAR逻辑控制电路模块的二进制补偿校正算法转化为N位二进制编码，即为此次量化中该二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的最终输出结果；步骤十：将数字模拟转换器模块DAC的电容C1‑CP的下极板切换至共模电平Vcm进行复位，然后根据MSB‑first算法直接从最高位C1开始量化至电容CN‑1切换结束；步骤十一：根据MSB‑first算法得到N+1位比较结果的编码，将上述的N+1位冗余编码通过SAR逻辑控制电路模块的二进制补偿校正算法转化为N位二进制编码，即为此次量化该二进制电荷重分配型逐次逼近模数转换器的最终输出结果；用最终输出结果的高P位编码更新预测码字Dpre(C1:CP)；步骤十二：完成一次量化后返回步骤三进行下一次量化。