[发明专利]模数转换器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种模数转换器及其工作方法。

背景技术

模数转换器（Analog to Digital Converter，简称：ADC）通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的ADC是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，ADC的精度与参考电压的精度休戚相关，参考电压是将模拟电压值转换为数字值的电压基准。

如图1所示，为现有技术中ADC的结构框图，该ADC可以包括模数转换模块11和参考电压生成模块12，参考电压生成模块12给模数转换模块11提供参考电压信号，模数转换模块11根据参考电压信号将输入电压信号转换为数字信号。为了优化整体性能，在图1中，模数转换模块11的差分输入端接收差分输入电压信号，差分输出端输出差分数字电压信号，其中，差分输入电压信号为+Vin和-Vin，差分数字电压信号为+Vout和-Vout；参考电压生成模块12输出差分参考电压信号Vrefp_O和Vrefn_O。如图2A所示，为现有技术图1中的参考电压生成模块的结构示意图，差分基准电压信号Vrefp和Vrefn经过单位增益缓冲器1211的驱动后，输出差分参考电压信号Vrefp_O和Vrefn_O，其中，单位增益缓冲器121的内阻为r0，单位增益缓冲器1211两个输出端之间的电容为C_L。如图2B所示，为现有技术图1中模数转换模块的结构示意图，模数转换模块11可以包括余量增益放大器（Multiplied Digital to Analog Convertor，简称：MDAC）111和比较器112，其中，比较器112将输入电压信号Vin与预定阈值进行比较，输出比较结果，MDAC111根据比较结果和参考电压信号，将差分输入电压信号+Vin和-Vin转换为差分数字电压信号+Vout和-Vout。

如图3A所示，为现有技术中施加在ADC上的时钟信号的波形示意图，施加在ADC上的时钟信号有两个：采样时钟信号和建立时钟信号，在采样时钟信号为高电平（称为：时钟采样相，用相位1表示）时为ADC的采样时间，在建立时钟信号为高电平（称为：时钟建立相，用相位2表示）时为ADC的建立时间，相位1和相位2之间的空闲时间为非交叠时间。

MDAC111通常有两种实现方式，下面分别结合这两种实现方式，说明图1所示ADC的工作原理。

如图3B所示，为现有技术中MDAC处于相位1的一种电路示意图，如图3C所示，为现有技术中MDAC处于相位2的一种电路示意图，参见图3B，在相位1时，开关sw7和开关sw8闭合，正输入电压信号+Vin对MDAC111的正输入端的采样电容C2和反馈电容C1充电，充电后的采样电容C2和反馈电容C1上的电荷量分别为+Vin*C1和+Vin*C2，负输入电压信号-Vin对MDAC的负输入端的采样电容C3和反馈电容C4充电，充电后的采样电容C3和反馈电容C4上的电荷量分别为-Vin*C3和-Vin*C4。如表1所示，为现有技术中图3B所示MDAC处于相位2的工作过程参考表，其中，Vref＝（Vrefp-Vrefn），根据输入电压信号Vin的值，将ADC的工作过程分为3个区域：

区域1：当输入电压信号Vin的值处于（-1*Vref，-0.25*Vref）之间时，比较器112输出逻辑信号“1”，在比较器112输出的逻辑信号的控制下，开关sw1位于负参考电压信号输入端Refn，开关sw2位于正参考电压信号输入端Refp，MDAC111的负参考电压信号输入端Refn需要负参考电压信号Vrefn_O提供的电荷为（Vrefn_O-Vin）*C2，MDAC111的共模电压端vcm需要的电荷为0，MDAC111的正参考电压信号输入端Refp需要正参考电压信号Vrefp_O提供的电荷为（Vrefp_O+Vin）*C3。

区域2：当输入电压信号Vin的值处于（-0.25*Vref，0.25*Vref））之间时，比较器112输出逻辑信号“0”，在比较器112输出的逻辑信号的控制下，开关sw1和sw2位于共模电压端vcm，MDAC111的负参考电压信号输入端Refn和正参考电压信号输入端Refp需要负参考电压信号Vrefn_O和正参考电压信号Vrefp_O的电荷为0，共模电压端vcm需要的电荷为2*vcm*C2。