[发明专利]一种新型结构的两步式单斜模数转换器

说明书

本发明属于模拟数字转换技术领域，特别涉及一种新型结构的两步式单斜模数转换器。本发明通过设置比较器201的负端输入为固定电平V_T，正端输入通过开关电容控制电路203的作用，使得正端输入包括了输入信号V_IN、固定电平V_T和斜坡电压(粗斜坡电压V_{Ramp_Coarse}和细斜坡电压V_{Ramp_Fine})，这样就使得在每次量化中，比较器201都在固定电平V_T附近进行比较，减小了比较器输入失调电压的影响，实现较好的性能指标。

技术领域

本发明属于模拟数字转换技术领域，特别涉及一种新型结构的两步式单斜模数转换器。

背景技术

模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)将自然界连续时间、连续幅度的模拟信号转换为离散时间、离散幅度的数字信号，供电子系统进行处理。ADC的各项性能指标，包括分辨率、采样速率以及功耗等，直接影响着整个系统的处理能力。ADC作为电子系统核心模块之一，是电子系统研究与设计的热点。但由于实际的电路存在器件的失配、寄生、耦合、噪声等非理想因素的影响，以及有限的电路面积，导致实际ADC的测试结果并不能达到预先仿真的性能。因此需要仔细的设计和合适的创新结构来满足需求。

一种两步式单斜模拟数字转换器电路结构如附图1所示，包括多级比较器101、开关电容电路102、数字控制逻辑103。像素信号V_{PIX_SF}作为多级比较器101的输入之一，比较器101的输出端接数字控制逻辑103的输入端，数字控制逻辑103的输出端接开关控制电路103中开关S_H的控制端，开关控制电路102的输出端V_C接多级比较器101的输入正端。斜坡电压V_R连接到开关电容控制电路102的输入端。

在上述的两步式单斜模拟数字转换器中，首先进行的是失调消除过程，多级比较器101中的C₁电容和S₁开关通过相关双采样操作，来消除像素信号V_{PIX_SF}和多级比较器101中第一级比较器CMP_1st的失调；多级比较器101中的C₂电容和S₂开关作为多级比较器101中第二级比较器Latch_1的输入失调存储，来消除第二级比较器Latch_1的失调。然后进行输入信号采样过程，VIN为输入电压V_{PIX_SF}。

随后进行的是粗量化过程，在开关电容控制电路102中^[1]，Φ_C和Φ_H控制开关S_C和S_H为导通状态，V_R此时为粗斜坡电压，从0开始，步进到粗斜坡电压的满摆幅电压V_FS，每一次的步进值为粗斜坡电压的一个台阶值ΔC。比较器101对正端输入信号V_C和负端输入信号V_IN进行比较，粗斜坡电压V_R每步进增加ΔC，比较器101便会比较一次，若经过m次步进，比较器101的输出V_O变为高电平，则表明输入信号在mΔCV_IN(m+1)ΔC这个粗量化区间内，就找到了V_IN所在的粗量化区间，此时关断102中的开关S_H，电容C_H就存储了此时的粗斜坡电压值(m+1)ΔC，电容C_H的上下极板电压差V_H为(m+1)ΔC–V_REF，V_REF为一固定电平。粗斜坡电压V_R步进到满摆幅电压VFS之后，102中开关S_C关断，粗量化过程结束。