[发明专利]一种改进型单斜率串行模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种改进型单斜率串行模数转换器。

背景技术

模数转换器在数据获取系统中起着重要的作用。在电源管理领域，由于数字控制器具有稳定性好，可编程和低功耗等优点，越来越多的系统采用数字电路进行控制。为了得到数字电路的输入，需要模数转换器把电压、温度等模拟信号转换为便于数字控制器处理的数字信号。随着集成电路的集成度不断提高，便携式产品得到了快速的发展，并且保持强劲的增长势头。由于数字电源具有上述优点，在便携式产品中引入数字电源是一个趋势。在大多数便携式产品的应用中，功耗和面积是主要的考虑因素。在保证性能的前提下，一款低价和小巧的产品显然在同类产品中更具有竞争力。数字电源要引入便携式产品，作为数字电源的重要组成模块的模数转换器，也需要尽可能节约功耗和面积。

目前的模数转换器主要有以下几种类型：逐次逼近型、并行比较型、∑-Δ调制型、压频变换型、积分型。逐次逼近型模数转换器需要内置移位寄存器和数模转换器；并行比较型模数转换器需要使用大量的比较器，例如其中速度最快的快闪式模数转换器需要的比较器数量与转换精度成指数的关系；∑-Δ调制型模数转换器的结构包括积分器、比较器、数模转换器和数字滤波器，结构和分析都比较复杂；压频变换型模数转换器需要引入计数电路。上述类型的模数转换器或者电路规模比较大，或者设计时间比较长，对于追求成本和上市速度的便携式产品来说，不是理想的选择。

相对于前面介绍过的几种模数转换器来说，积分型模数转换器的电路结构和分析都比较简单，比较符合便携式产品的应用要求。积分型模数转换器可以分为单斜率和双斜率两种类型。单斜率积分型模数转换器的缺点是其性能受积分电容等电路参数的影响；双斜率积分型模数转换器改进了单斜率积分型模数转换器的这个缺点，但是其转换时间是单斜率积分型模数转换器的两倍。

发明内容

本发明提供一种适合应用于便携式产品数字电源的改进型串行模数转换器，具有和单斜率积分型模数转换器相同的转换时间，并且改进了单斜率积分型模数转换器的性能受参数的影响的缺点。

一种改进型单斜率模数转换器，由斜坡发生器、比较器、加法计数器和系统时钟模块经电路连接构成，斜坡发生器的输出连接到比较器的反相输入端，模拟信号连接到比较器的同相输入端，比较器的输出连接到加法计数器的输入端，系统时钟模块产生控制信号分别连接到斜坡发生器以及加法计数器的时钟控制端。

所述的斜坡发生器由相位反馈回路以及幅值反馈回路构成，相位反馈回路由鉴相/鉴频器，电荷泵，电阻R1、电容C1、C2构成的低通滤波器，运算放大器A1、N沟道MOS管M3、电阻R2构成的电压-电流转换电路，P沟道MOS管M1、M2构成的电流镜、积分电容C3、比较器CM1经电路连接形成；幅值反馈回路由积分电容C3、比较器CM1、N沟道晶体管M4经电路连接形成，其中积分电容C3、比较器CM1与相位反馈回路复用。

斜坡发生器依据时钟信号，产生一个定频和定幅值的斜坡电压，该斜坡电压被送到比较器的负输入端，与输入电压进行比较。斜坡发生器采用了锁相技术，产生的斜坡电压不受器件参数的影响。

所述的低通滤波器中，电阻R1和电容C1串联，再与电容C2并联。

所述的电压-电流转换电路中，运算放大器的输出端与MOS管M3的栅极连接，电阻R1连接在MOS管M3的源端和地之间，M3与R2连接的节点与运算放大器A1的反相端连接。

所述的电流镜中，MOS管M1与MOS管M2的源端与电容连接，M1的漏端与M1、M2的栅极连接。

所述的相位反馈回路中，鉴相/鉴频器的输出连接到电荷泵，电荷泵的输出连接到低通滤波器中电阻R1和电容C2的连接节点以及电压-电流转换电路中运算放大器A1的同相端，电压-电流转换电路中MOS管M3的漏端连接到电流镜中MOS管M1的漏端，电流镜中MOS管M2的漏端连接到积分电容C3的正端以及比较器CM1的同相端，积分电容的负端连接到地，比较器CM1的反相端连接到电平固定的直流参考电压，比较器CM1的输出连接到鉴相/鉴频器的输入端，鉴相/鉴频器的另一个输入端作为外部信号的输入端。

所述的幅值反馈回路中，积分电容C3的正端与比较器CM1的正端以及MOS管M4的漏端连接，比较器CM1的输出端与MOS管M4的栅极连接，MOS管M4的源极接地。

所述的比较器CM1，其正端连接输入电压，负端连接斜坡电压，输出一个频率与斜坡电压相同的脉冲信号，脉冲信号的占空比与输入电压的幅值成正比。