[发明专利]双曲线积分模数转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种模数转换电路，尤其涉及一种双曲线积分模数转换电路。

背景技术

双曲线积分模数转换器（analog digital converter，简称ADC），其原理是对输入的模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压的平均值变换成与之成正比的时间间隔，再用用计数器对时间间隔进行计数，转换成相应的数字输出。由于该转换电路是对输入电压和参考电压的平均值进行转换，同时它们使用同一个积分电路，所以具有很强的抗干扰能力，在很多对速度要求不高的模拟电压采样电路中，双曲线积分电路时一个很好选择；常规的方法是利用电阻电容把输入电压转换积分输出。

图1为现有的双曲线积分模数转换电路的示意图，如图1所示，包括电压切换开关1，积分电路2，比较器3，n位计数器4。积分电路2包括：清零开关S2，积分电容C，电阻R，放大器AMP。电路开始工作前，清零开关S2 闭合，对积分电容C两端进行充分放电，然后清零开关S2断开，电压切换开关1把输入电压Vin连接积分电路101的输入端，利用积分电路2对输入电压Vin进行采样积分，并且n位计数器301开始计数，当n位计数器计301满N个周期时，此时积分电路101的输出：

                        （1）

其中

,,为为时钟周期；

同时电压切换开关1切换到参考电压Vref开始反向积分；此时n位计数器4开始反向计数；当积分电路2的输出电压Vint小于比较电压VR时，此时n位计数器4输出输入电压Vin对应的数字码N1，且积分电路的输出变化为：

                      （2）

其中

，为为时钟周期；

由于两次积分电路输出相等，由（1），（2）式，我们有：

        （3）

从而得到模数转换电路的输出的数字输出码N1，其中，T1为正向积分的时间，T2为反向积分的时间。

在这种方法中，一方面，由于每次积分电路的输出Vint都与τ=RC有关，而在CMOS工艺中RC乘积标称值都会随着工艺本身的变化而变化，而有最大可达到±40%的变化，这样一来，在积分电路运放的输出摆幅一定的情况下，RC乘积可能出现的最小值，限制了RC标称值的选择，由积分电路输出摆幅Vswing决定的RC输入值为：

     （4）

我们必须设计RC最小标称值是:

   （5）

从而由于为克服因RC随工艺的变化而大大地增加了芯片地面积；

同时由于积分和反向积分是在两个完全分开的时间段进行的，而且由于它与采样时间成正比的关系，为保证输入电压等于参考电压时积分电路输出电压不会超过Vswing所使用的RC值是很大的，甚至是不可接受的，如对于精度为10位，时钟周期为1uS的系统，RC≈2.5*10^-3；

另一方面，由于比较器的输入误差的存在，则由此就决定了我们能分辨的最小输入电压，由式（1），（5）我们有：

 （6）

其中，Voffset为补偿电容两端的电压，CMAX为电容最大值，CNOM为最小值。从而要么在原来增加的电阻电容芯片面积的基础上，再次增加电阻电容芯片的面积，要么为减小比较器的输入误差而增大芯片地面积，因为无论进行那种方式的处理，都会使得双曲线积分模数转换电路的面积增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双曲线积分模数转换电路，用以解决现有的双曲线积分模数转换电路中电阻电容芯片的工艺和电路输入误差，而双曲线模数转换电路的芯片的面积的较大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双曲线积分模数转换电路，包括，电压采样转换开关、积分电路、比较器以及计数电路，其中，所述计数电路为一分段计算电路，其最多记录M*N位的数字码，所述分段计数电路用于将所述积分电路的输入电压分成M次进行数字转换，且每次对N个时钟周期的所述输入电压进行数字转换，其中，M和N为大于1的整数。

如上所述的双曲线积分模数转换电路，其中，分段计数电路包括：一N位计数器，其置位端能够获得比较器输出的电压，并在所述积分电路完成一次正反向积分后置位；一M位计数器，其时钟输入端与所述N位计数器的进位输出端连接，所述M位计数器用于在对所述输入电压进行M次数字转换后，发出一停止计数信号；以及，一M*N位计数器，其用于在所述积分电路的反向积分过程中进行计数。