[发明专利]一种零极点优化的无源噪声整形逐次逼近模数转换器

权利要求书

1.一种零极点优化的无源噪声整形逐次逼近模数转换器，其特征在于：包括两个无源增益的电容型数模转换器CDAC1和CDAC2，无源滤波器，双尾电流源动态比较器和SAR逻辑电路；

所述无源增益的电容型数模转换器CDAC1和CDAC2的上级板连接到无源滤波器的输入端，所述无源滤波器通过对残差电压进行噪声整形，抑制信号带内噪声，所述无源滤波器的输出连接到双尾电流源动态比较器的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种零极点优化的无源噪声整形逐次逼近模数转换器，其特征在于：所述无源增益的电容型数模转换器CDAC1包括高位电容CMSB1,低位电容CLSB1，采样开关S1和S2，无源增益开关S3和S4；电容型数模转换器CDAC2包括高位电容CMSB2,低位电容CLSB2，采样开关S5和S6，无源增益开关S7和S8；采样开关S1，S2，S5和S6的控制信号为φs，无源增益开关S3和S7的控制信号为φc，无源增益开关S4和S8的控制信号为φi。

3.根据权利要求1所述的一种零极点优化的无源噪声整形逐次逼近模数转换器，其特征在于：所述无源滤波器包括开关S9-S20，积分电容C1-C4；开关S9-S12和S17-S20的控制信号为φi，开关S13-S16的控制信号为φc；开关S9-S13的上端连接CDAC1的输出，开关S9的下端连接积分电容C1的正端和开关S14的上端，开关S10的下端连接积分电容C2的正端和比较器输入正端，开关S11的下端连接积分电容C3的正端和开关S15的上端，开关S12的下端连接积分电容C4的正端和开关S16的上端，开关S13的下端连接积分电容C1的负端和开关S17的上端；开关S17-S20和开关S15的下端连接CDAC2的输出，开关S17的上端连接积分电容C1的负端和开关S13的下端，开关S18的上端连接积分电容C2的负端和开关S14的下端，开关S19的上端连接积分电容C3的负端和开关S16的下端，开关S20的上端连接积分电容C4的负端和比较器输入负端，开关S15的上端连接积分电容C3的正端和开关S11的下端；开关S14的上端连接积分电容C1的正端和开关S9的下端，开关S14的下端连接积分电容C2的负端和开关S18的上端；开关S16的上端连接积分电容C4的正端和开关S12的下端，开关S16的下端连接积分电容C3的负端和开关S20的上端。

4.根据权利要求1所述的一种零极点优化的无源噪声整形逐次逼近模数转换器，其特征在于：在所述无源噪声整形逐次逼近型模数转换器中，最后一次转换得到的数字输出，需要反馈回电容型数模转换器CDAC进行最后一次逼近操作，得到残差电压Vres，使得输入信号Vin，输出数字码Dout和残差电压Vres满足如下关系式：

Vres(z)＝Vin(z)-Dout(z)

噪声整形逐次逼近型模数转换器实现噪声整形的原理可以通过以下分析得出：

在最后一次比较结束之后，输出数字码被反馈到电容型数模转换器CDAC做减法，得到此次比较的残差电压Vres，残差电压Vres经过无源放大和无源滤波器后与输入信号一同输入比较器，其中无源滤波器的传输函数为H(z)，故环路滤波器的输出为

Y(z)＝Vin(z)+8H(z)·vres(z)

假设量化噪声为Q(z)，则可以推导出整个系统的传输函数如下所示：

Dout(z)＝Vin(z)+8H(z)·vres(z)+Q(z)

已知Vres＝Vin-Dout，进一步推导系统的传输函数为：

由此可见，系统的传输函数由两部分构成，一部分是输入信号Vin(z)，另外一部分是量化噪声Q(z)；其中，信号Vin(z)前面的系数称为信号传递函数STF(SignalTransformFunction)，量化噪声Q(z)前面的系数称为噪声传递函数NTF(Noise TransformFunction)；由上可以分别得到STF和NTF的表达式如下所示：

STF(z)＝1

5.根据权利要求1所述的一种零极点优化的无源噪声整形逐次逼近模数转换器，其特征在于：噪声经过一个高通滤波器，低频信号带内噪声被调制到高频，使得模数转换器的信噪失真比SNDR和无杂散动态范围SFDR得到有效提高。