[发明专利]算法式模数转换器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，涉及模数转换器，尤其涉及一种用于神经记录模拟前端的算法式模数转换器。

技术背景

模数转换器将时间和幅度连续的模拟信号转换为时间和幅度都离散的数字信号，是神经记录专用集成电路中必不可少的部件。神经电生理信号或递质信号被神经电极感测，经过放大、滤波等预处理，必须从连续的模拟信号转换为离散信号，才能进入计算机或数字信号处理电路进行高级处理、存储以及进一步的应用。模数转换器对神经记录专用集成电路的面积、功耗、记录通道数、记录速度等指标有直接或间接的影响，是神经记录专用集成电路的研究热点之一。

在传统模数转换器中，参考电压产生电路的功耗与稳定性以及比较器的失调对模数转换器的功耗与转换精度有重要影响。其中产生参考电压需要设计专门的电压基准源，而多数电压基准容易受温度影响发生漂移，受工艺偏差影响发生变化，且增大了模数转换器的功耗。比较器的失调使模数转换器的输入输出特性曲线发生横向移位，导致转换结果发生错误，限制了模数转换器的转换精度。因此消除参考电压和比较器失调对模数转换器的影响，减小功耗、提高转换精度的技术方法需要被探索。

发明内容

本发明的目的在于，提供算法式模数转换器，其特征在于正(或负)参考电压由开关电容网络对系统电源电位(或地电位)采样实现，降低了模数转换器对高精度片上电压参考的依赖，消除了电压参考的非理想因素对系统转换精度的影响，提高了模数转换器的稳定性；另外，所提出的开关电容算法式模数转换器通过与乘二电路基本相同的开关电容放大器结构实现比较器功能，消除了比较器引入的失调误差，提高了模数转换器结构上的匹配度和转换精度。

本发明提供一种算法式模数转换器，包括：

一开关，用于控制模数转换器采样输入信号；

一开关，其一端与开关的一端相连，用于控制模数转换器采样反馈信号；

一采样保持与加法电路，其输入端与开关和开关的连接点相连，实现采样保持输入信号和反馈信号，及加上正参考电压或负参考电压的功能；

一乘二放大器，其输入端与采样保持与加法电路的输出端连接，输出端与开关的另一端相连，用于将采样保持与加法电路的输出信号精确放大两倍；

一开关电容放大器式比较器，其输入端与采样保持与加法电路的输出端连接，用于将采样保持与加法电路的输出信号与零电位比较形成一位数字信号。

本发明的有益效果是减小模数转换器的功耗，提高模数转换器的稳定性和转换精度。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的结构框图；

图2是图1中的采样保持加法电路结构示意图；

图3是图1中的乘二放大器结构示意图；

图4是图1中的开关电容放大器式比较器结构示意图；

图5是图1中算法式模数转换器的工作流程图；

图6是图4中开关电容放大器式比较器采样阶段电路原理图；

图7是图4中开关电容放大器式比较器比较阶段电路原理图。

具体实施方式

请参阅图1-图7所示，本发明本发明针对传统模数转换器中参考电压产生电路和比较器限制模数转换器功耗与转换精度的问题，提出了一种算法式模数转换器设计，包括：开关1，控制模数转换器采样输入信号；开关2，其一端与开关1的一端相连，用于控制模数转换器采样反馈信号；采样保持与加法电路3，其输入端与开关1和开关2的连接点相连，实现采样保持输入信号和反馈信号，及加上正参考电压或负参考电压的功能；乘二放大器4，其输入端与采样保持与加法电路1的输出端连接，输出端与开关2的另一端相连，用于将采样保持与加法电路的输出信号精确放大两倍；开关电容放大器式比较器5，其输入端与采样保持与加法电路1的输出端连接，用于将采样保持与加法电路的输出信号与零电位比较形成一位数字信号。

其中采样保持与加法电路3包括：开关电容网络31，用于采样系统电源电位，实现生成正参考电压的功能；开关电容网络32，一端与开关电容网络31的输出端相连，形成连接点A，用于采样系统地电位，生成负参考电压；开关电容网络33，一端与开关1和开关2的连接点相连，另一端与连接点A相连，采样模数转换器的输入信号或反馈信号；反馈电容网络34，一端与连接点A相连，用于保持采样信号，将开关电容网络31、开关电容网络32和开关电容网络33的采样信号相加；运算放大器35，负输入端与连接点A相连，正输入端接半电源电位，输出端与反馈电容网络34的另一端相连。