[发明专利]二阶噪声整形逐次逼近型模数转换器及其控制方法

说明书

本发明实施例提供一种二阶噪声整形逐次逼近型模数转换器及其控制方法，属于模数转换技术领域。所述模数转换器包括：数模转换器DAC电容模块、噪声整形模块、放大器模块，其中噪声整形模块包括误差反馈模块和积分模块，放大器模块用于对DAC电容模块输出的量化误差电压放大处理，误差反馈模块用于对放大器模块放大后的量化误差电压采样，并在下一量化周期将采样的量化误差电压反馈至DAC电容模块；所述积分模块用于对放大器模块放大后的量化误差电压积分处理，并将积分处理后的信号输入给比较器模块的反向放大输入端以用于下一量化周期，其中放大器模块包括前置放大器。其能够减小电路整体尺寸并弥补噪声整形过程中因电荷重分布导致的量化误差电压的衰减。

技术领域

本发明涉及模数转换技术领域，具体地涉及一种二阶噪声整形逐次逼近型模数转换器及其控制方法、芯片、传感器。

背景技术

逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC)凭借着其较低的功耗以及较小的芯片面积，成为中等分辨率以及中等带宽ADC研究中的热门。然而，由于量化噪声、比较器噪声以及数模转换器(DAC)噪声的限制，SAR ADC难以实现高分辨率。相关技术中，为了解决这个问题，将SAR ADC与噪声整形(NS)技术结合在一起，通过结合它们的优点同时实现高分辨率和低功耗，目前这项技术在医疗产品以及穿戴设备应用中具有广泛前景。

传统的NS SAR ADC大致可以分为误差反馈(EF)和级联积分反馈(CIFF)两大类，通常采用二阶噪声整形技术。二阶噪声整形技术包含二阶EF结构的噪声整形结构或者二阶CIFF结构的噪声整形结构。二阶EF结构通常采用两个用于延时反馈的电容，通过延时反馈的电容采样量化结束后的残差电压并反馈到DAC极板上，实现对信号频谱的二阶整形，达到提高系统信噪比的目的。二阶CIFF结构采用两个积分电容，对量化后的残差信号进行一阶积分、二阶积分，并累加到下一比较周期的比较器输入端，实现二阶噪声整形效果。

发明内容

二阶EF结构因为是通过使用电荷重分配方式采样量化残差，并延时反馈回DAC极板，因此采样的残差电压会被衰减，影响噪声整形的效果。基于此，EF结构通常在EF通路上使用运算放大器弥补采样残差的衰减，提高噪声整形的效果。而额外引入的运算放大器使得电路整体的功耗大大增加。

二阶CIFF结构采用残差电压积分的方式对输出信号频谱进行整形，达到提高有效信号频率范围内的信噪比。不过对残差进行积分的通路上的噪声无法被系统整形，也就是说用于积分的积分电容所产生的噪声是需要额外考虑的。电容小则噪声大，电容大则衰减大。大电容占据着较大的电路面积，增大生产成本，尤其在对面积有特殊需求的应用中，影响整体的电路设计参数。而小电容会产生较大的噪声。因此需要在电容大小和噪声之间进行折衷。

鉴于相关技术中存在的上述缺陷，本申请提供一种二阶噪声整形逐次逼近型模数转换器及其控制方法，采用EF结构和CIFF结构混合方式实现二阶噪声整形效果，并将前置放大器耦接于DAC电容模块和噪声整形模块之间。

本发明实施例的目的是提供一种二阶噪声整形逐次逼近型模数转换器，包括：数模转换器DAC电容模块、噪声整形模块、放大器模块，其中所述噪声整形模块包括误差反馈模块和积分模块，所述放大器模块用于对所述DAC电容模块输出的量化误差电压放大处理，所述误差反馈模块用于对所述放大器模块放大后的量化误差电压进行采样，并在下一量化周期将采样的量化误差电压反馈至所述DAC电容模块；所述积分模块用于对所述放大器模块放大后的量化误差电压进行积分处理，并将积分处理后的信号输入给比较器模块的反向放大输入端以用于所述下一量化周期，其中所述放大器模块包括前置放大器。