循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是有關(guān)于一種循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：乘積運(yùn)算放大器、緩沖器、附加電容、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、輸入開關(guān)、第一開關(guān)以及第二開關(guān)，輸入開關(guān)由采樣時鐘控制，第一開關(guān)和第二開關(guān)由雙相非交疊時鐘控制；在輸入開關(guān)閉合時，外部輸入電壓與緩沖器的輸入端聯(lián)通；在第一開關(guān)閉合時，乘積運(yùn)算放大器處于采樣相狀態(tài)，緩沖器的輸出端與乘積運(yùn)算放大器中的儲能元件聯(lián)通；在第二開關(guān)閉合時，乘積運(yùn)算放大器的輸出端與緩沖器的輸入端和附加電容分別聯(lián)通，且緩沖器的輸出端與兩個比較器的輸入端分別聯(lián)通；比較器的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端分別連接。本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠有效降低循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗，并進(jìn)一步減小了循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的面積。
【專利說明】循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別是涉及一種循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

【背景技術(shù)】
[0002]模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬電路與數(shù)字電路的接口是很多電子產(chǎn)品中必不可少的元器件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Cyclic ADC)以其所具有的面積小以及耗能低等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于移動便攜式電子產(chǎn)品中。
[0003]目前的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常采用1.5bit算法實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，1.5bit算法的算法流程如圖1所示。
[0004]圖1中，輸入信號電壓Vin (也可以稱為輸入電壓Vin)與兩個比較器的閾值電壓+Vth以及-Vth分別進(jìn)行比較，如果Vin > +Vth,則輸入電壓Vin乘2并加上-Vref ;如果Vin < -Vth,則輸入電壓Vin乘2并加上Vref，如果-Vth < Vin < +Vth,則輸入電壓Vin僅乘2，一次循環(huán)過程結(jié)束；每次循環(huán)所產(chǎn)生的數(shù)字碼通過簡單的轉(zhuǎn)碼電路即可輸出與采樣到的輸入信號對應(yīng)的二進(jìn)制補(bǔ)碼；其中，+VMf、_VMf以及O為數(shù)字碼P和Q經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器而產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，且數(shù)字碼P和Q的三種組合方式為10 (電路中比較器實際輸出為11)、01和00。
[0005]圖2示出了現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)。
[0006]圖2中的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要包括:SHA(采樣保持電路)、乘積運(yùn)算放大器、比較器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器；其中，SHA包括:電容Cs SHA、Cr_SHA和運(yùn)算放大器Al，且Cs SHA = Cr_SHA ；乘積運(yùn)算放大器包括:電各Csra^ Cjjja以及運(yùn)算放大器A2，且Cs—RA = Cf—U。
[0007]圖2中的多個開關(guān)O1以及多個開關(guān)％均由雙相非交疊的時鐘控制，Φ?η為采樣開關(guān)；當(dāng)Φ?η導(dǎo)通時，輸入信號Vin被電容Cs—SHA米樣，同時，Vin與兩個比較器的閾值電壓+Vth以及-Vth分別進(jìn)行比較，產(chǎn)生數(shù)字碼P和Q，數(shù)字碼P和Q經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓U即上述的U。
[0008]循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在雙相非交疊的時鐘控制下在采樣相電路和放大相電路之間切換，米樣相電路的一部分如圖3a所不,放大相電路的一部分如圖3b所不。
[0009]循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的乘積運(yùn)算放大器主要用于將SHA采樣獲得的輸入電壓Vin乘2再與Vda。相減，形成Vtjut,而Vtjut被SHA采樣獲得，以進(jìn)行下一次的比較和轉(zhuǎn)換。
[0010]發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的SHA和乘積運(yùn)算放大器采用了相互獨立的電路結(jié)構(gòu)，未采用運(yùn)放共享技術(shù)，因此，導(dǎo)致循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的運(yùn)放和電容數(shù)量較多；另外，在實際的實現(xiàn)電路中，為了抑制各種誤差，電路多采用雙端結(jié)構(gòu)，這就需要更多的電容；現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所采用的較多數(shù)量的運(yùn)放和電容不但會增加功耗，還會占據(jù)一定的面積。
[0011]有鑒于上述現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器存在的問題，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學(xué)理運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠克服現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器存在的問題，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所存在的問題，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所要解決的問題是，有效降低循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗，并減小循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的面積。
[0013]本發(fā)明的目的以及解決其技術(shù)問題可以采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0014]依據(jù)本發(fā)明提出的一種循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要包括:乘積運(yùn)算放大器、緩沖器、附加電容、兩個比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、輸入開關(guān)、多個第一開關(guān)以及多個第二開關(guān)，輸入開關(guān)的閉合斷開由采樣時鐘控制，第一開關(guān)和第二開關(guān)的閉合斷開由雙相非交疊時鐘控制；在輸入開關(guān)閉合時，夕卜部輸入電壓與緩沖器的輸入端聯(lián)通；在各個第一開關(guān)均閉合時，乘積運(yùn)算放大器處于采樣相狀態(tài)，且緩沖器的輸出端與乘積運(yùn)算放大器中的儲能元件聯(lián)通；在各個第二開關(guān)均閉合時，乘積運(yùn)算放大器的輸出端與緩沖器的輸入端以及附加電容分別聯(lián)通，且緩沖器的輸出端與兩個比較器的輸入端分別聯(lián)通；兩個比較器的輸出端分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端分別連接。
[0015]本發(fā)明的目的以及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)。
[0016]較佳的，前述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，在上一個采樣時鐘結(jié)束且下一個采樣時鐘到來之前，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在運(yùn)算放大狀態(tài)和采樣保持狀態(tài)之間持續(xù)切換；運(yùn)算放大狀態(tài):輸入開關(guān)斷開，雙相非交疊時鐘控制第一開關(guān)斷開且第二開關(guān)閉合；乘積運(yùn)算放大器處于放大相狀態(tài)，且乘積運(yùn)算放大器、緩沖器以及附加電容形成放大相電路，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓進(jìn)行運(yùn)算放大，附加電容采集到乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓與緩沖器電壓的電壓差，比較器輸出的數(shù)字碼輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓；采樣保持狀態(tài):輸入開關(guān)斷開，雙相非交疊時鐘控制第一開關(guān)閉合且第二開關(guān)斷開；乘積運(yùn)算放大器處于采集相狀態(tài)，附加電容采集到的電壓經(jīng)過緩沖器后還原為乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓，并被乘積運(yùn)算放大器采集，使乘積運(yùn)算放大器采集到其在前一個時序的輸出電壓，該輸出電壓作為乘積運(yùn)算放大器在下一個時序的輸入電壓。
[0017]較佳的，前述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，在采樣時鐘到來的情況下，所述循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于采樣狀態(tài)；采樣狀態(tài):輸入開關(guān)閉合，雙相非交疊時鐘控制第一開關(guān)閉合且第二開關(guān)斷開；乘積運(yùn)算放大器處于采集相狀態(tài)，外部輸入電壓經(jīng)過緩沖器后被乘積運(yùn)算放大器采集到。
[0018]較佳的，前述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓進(jìn)行運(yùn)算放大包括:在乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓大于一比較器的閾值電壓+Vth時，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓乘2并減去循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓；在乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓小于另一比較器的閾值電壓-Vth時，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓乘2并加上循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓；在乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓小于一比較器的閾值電壓+Vth且大于另一比較器的閾值電壓-Vth時，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓乘2。
[0019]較佳的，前述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，其特征在于，所述乘積運(yùn)算放大器包括:運(yùn)算放大器、第一電容和第二電容；第一電容的一端和第二電容的一端與運(yùn)算放大器的輸入端連接；在第二開關(guān)閉合時，運(yùn)算放大器的輸出端與緩沖器的輸入端聯(lián)通；在第一開關(guān)閉合時，緩沖器的輸出端與第一電容的另一端以及第二電容的另一端分別聯(lián)通。
[0020]較佳的，前述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一電容、第二電容和附加電容具有相同的容值。
[0021]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器至少具有下列優(yōu)點及有益效果:本發(fā)明通過在循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中設(shè)置電容和緩沖器，并使電容和緩沖器結(jié)合循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的乘積運(yùn)算放大器形成放大相電路和采樣相電路，這樣，乘積運(yùn)算放大器可以成功采集到其在前一個時序的輸出電壓，即采集到其自身在放大相狀態(tài)下的輸出電壓；從而本發(fā)明可以不需要在循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中設(shè)置采樣保持電路，減少了循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器對電容和運(yùn)算放大器的需求量，最終本發(fā)明有效降低了循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗，并進(jìn)一步減小了循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的面積。
[0022]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征以及優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所采用的1.5bit算法的算法流程；
[0024]圖2為現(xiàn)有的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3a為循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣相電路示意圖；
[0026]圖3b為循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的放大相電路示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的循環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所采用的算法流程；
[0029]圖6為本發(fā)明的循環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制時序圖；
[0030]圖7為本發(fā)明的循環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第一狀態(tài)等效電路圖；
[0031]圖8為本發(fā)明的循環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第二狀態(tài)等效電路圖；
[0032]圖9為本發(fā)明的循環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第三狀態(tài)等效電路圖。

【具體實施方式】
[0033]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器其【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0034]本發(fā)明實施例提出的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0035]圖4中，本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要包括:乘積運(yùn)算放大器、附加電容(也可以稱為額外電容或新增電容等)、緩沖器、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一開關(guān)、第二開關(guān)以及輸入開關(guān)；其中的乘積運(yùn)算放大器主要包括:運(yùn)算放大器、第一電容以及第二電容。
[0036]上述運(yùn)算放大器即圖4中的OTA ;上述第一電容即圖4中的Cl ;上述第二電容即圖4中的C2 ;上述附加電容即圖4中的C3 ;在通常情況下，上述電容Cl、電容C2以及電容C3具有相同的容值；上述緩沖器即圖4中的Buffer ;上述比較器即圖4中的COMl以及COM2 ；上述數(shù)模轉(zhuǎn)換器即圖4中的D/A ;上述第一開關(guān)即圖4中的各個SI ;上述第二開關(guān)即圖4中的各個S2 ;上述輸入開關(guān)即圖4中的Sin，開關(guān)Sin也可以稱為采樣開關(guān)。
[0037]圖4中的各個SI以及各個S2是處于閉合狀態(tài)還是處于斷開狀態(tài)由雙相非交疊時鐘控制；而開關(guān)Sin是處于閉合狀態(tài)還是處于斷開狀態(tài)是受采樣時鐘控制的；也就是說，開關(guān)Sin在一個采樣時鐘到來(即低電平)時，處于閉合狀態(tài)，而在一個采樣時鐘結(jié)束(即高電平)時，處于斷開狀態(tài)；且在開關(guān)Sin處于閉合狀態(tài)時，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器對外部輸入信號的電壓(也可以稱為輸入電壓)進(jìn)行采樣處理。
[0038]從圖4所示的電路結(jié)構(gòu)可以看出，本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中不再設(shè)置有采樣保持電路(SHA)，本發(fā)明實施例通過控制各個開關(guān)在不同時序的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)，并在乘積運(yùn)算放大器處于放大相狀態(tài)時，利用電容C3對乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓與緩沖器電壓之差進(jìn)行采樣并保持，這樣，在乘積運(yùn)算放大器由放大相狀態(tài)轉(zhuǎn)換成采樣相狀態(tài)時，電容C3所保持的電壓差在經(jīng)過緩沖器之后被還原為在前一個時序中乘積運(yùn)算放大器處于放大相狀態(tài)時的輸出電壓，從而乘積運(yùn)算放大器成功米樣到其在前一個時序中處于放大相狀態(tài)時的輸出電壓；另外，乘積運(yùn)算放大器在處于放大相狀態(tài)時，乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓可以同時與兩個比較器的閾值電壓分別進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生數(shù)字碼P和數(shù)字碼Q，這樣，數(shù)字碼P和數(shù)字碼Q在經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A后，可以產(chǎn)生循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓可以提供乘積運(yùn)算放大器，使乘積運(yùn)算放大器可以在下次轉(zhuǎn)換成放大相狀態(tài)時使用該基準(zhǔn)電壓進(jìn)行運(yùn)算放大。
[0039]由上述描述可知，本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于沒有設(shè)置采樣保持電路(SHA)而具有更加簡化的電路結(jié)構(gòu)，進(jìn)而避免了一些元器件對能量的消耗以及占用的空間，最終成為一種新型結(jié)構(gòu)的低功耗且面積小的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0040]本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所采用的算法屬于1.5bit算法，只是該算法與現(xiàn)有的1.5bit算法略有不同。本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器所采用的算法具體如圖5所示。
[0041]圖5中，在一個采樣時鐘到來時，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器對外部輸入信號的電壓(也可以稱為輸入電壓)進(jìn)行采樣處理，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣到的電壓為輸入信號通過緩沖器的電壓；眾所周知，信號在經(jīng)過不同的緩沖器時，信號的電壓會產(chǎn)生不同的變化，如果設(shè)定信號經(jīng)過緩沖器后的電壓變化為Vbufte,則實際上循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣到的電壓為Vin+Vbuffer ;在一個米樣時鐘結(jié)束，且循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器從第一狀態(tài)切換為第二狀態(tài)時，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器對采樣到的電壓進(jìn)行放大處理，即采樣到的電壓Vin+VbuffCT被乘2，也就是說，Va = 2 (Vin+Vbuffer);同時，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器將2(Vin+VbuffJ與比較器COMl的閾值電壓+Vth以及比較器COM2的閾值電壓-Vth分別進(jìn)行比較；如果VA>+Vth，則Va乘2并加上-Vref,即\=2VA-Vref ;如果 VA>-Vth,則 Va 乘 2 并加上 Vref,即 Va = 2VA+Vref ;如果-Vth<VA<+Vth,則 Va 僅乘2，即Va = 2Va ;一次循環(huán)過程結(jié)束；每次循環(huán)所產(chǎn)生的數(shù)字碼P和數(shù)字碼Q通過移位寄存器(Shift Register)即可輸出與本次循環(huán)的輸入信號對應(yīng)的二進(jìn)制碼；其中，運(yùn)算放大前的\為乘積運(yùn)算放大器在放大相狀態(tài)時的輸入電壓，而運(yùn)算放大后的\為比較器的輸入電壓；+VMf、-Vref以及O為數(shù)字碼P和Q經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器而產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，且數(shù)字碼P和Q的三種組合方式為10、01和00。
[0042]圖6為本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制時序圖。
[0043]在圖6中，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的各個開關(guān)均在低電平時閉合(或者稱為導(dǎo)通)，在高電平時斷開。開關(guān)Sin只在前一個采樣時鐘結(jié)束之后且下一個采樣時鐘到來之前處于斷開狀態(tài)，也就是說，在一個采樣時鐘到來時(即一個采樣時鐘的時間范圍內(nèi))，開關(guān)Sin處于閉合狀態(tài)，在前一個采樣時鐘結(jié)束到下一個采樣時鐘到來的這段時間范圍內(nèi)，開關(guān)Sin處于斷開狀態(tài)；且在這段時間范圍內(nèi)，開關(guān)S1和開關(guān)S2由于受到雙相非交疊時鐘的控制而持續(xù)的在閉合狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間不斷切換，且在前一個采樣時鐘結(jié)束到下一個采樣時鐘到來的這段時間范圍內(nèi)，開關(guān)S1處于閉合狀態(tài)時，開關(guān)S2處于斷開狀態(tài)；開關(guān)S1處于斷開狀態(tài)時，開關(guān)S2處于閉合狀態(tài)。
[0044]圖7、圖8和圖9為基于雙相非交疊時鐘的時序而獲得的本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在不同狀態(tài)下的等效電路圖。
[0045]圖7示出了本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于第一狀態(tài)(即采樣狀態(tài))時的等效電路圖。具體的，在一個采樣時鐘結(jié)束之前，開關(guān)Sin處于閉合狀態(tài)，開關(guān)S1被強(qiáng)制處于閉合狀態(tài)，而開關(guān)S2被強(qiáng)制處于斷開狀態(tài)；在該情況下，運(yùn)算放大器0ΤΑ、緩沖器Buffer、電容Cl、電容C2以及電容C3構(gòu)成了采樣保持電路，也就是說，乘積運(yùn)算放大器處于采樣相狀態(tài)，輸入電壓Vin在經(jīng)過緩沖器buffer之后，形成電壓Vin+VbuffOT，而形成的電壓Vin+VbuffOT同時被電容Cl、電容C2采集到，而電容C3采集到的電壓為Vin。
[0046]圖8示出了本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于第二狀態(tài)(即運(yùn)算放大狀態(tài))時的等效電路。具體的，開關(guān)Sin處于斷開狀態(tài)，開關(guān)S1被強(qiáng)制處于斷開狀態(tài)，而開關(guān)S2被強(qiáng)制處于閉合狀態(tài)；乘積運(yùn)算放大器處于放大相狀態(tài)；在該情況下，運(yùn)算放大器0ΤΑ、緩沖器buffer、電容Cl、電容C2以及電容C3構(gòu)成了放大相電路(在實現(xiàn)運(yùn)算放大的同時，還能夠采集并暫存電壓VA-Vbuff J，中的VMf放大相狀態(tài)下的乘積運(yùn)算放大器對之前其在采樣狀態(tài)下時，電容Cl、電容C2采集到的電壓進(jìn)行乘2再減去Vdac;(Vda。的值為圖5中的VMf、-Vref或者O，具體值由DAC決定)，在A點輸出，即Va。同時，電壓VA-VbuffCT被電容C3成功采集到，電壓VA_VbuffOT被作為下一個時序的乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓(即通過buffer被采樣狀態(tài)下的乘積運(yùn)算放大器的電容Cl、電容C2采集到)；另外，運(yùn)算放大前的Va與比較器COMl的閾值電壓以及比較器COM2的閾值電壓分別進(jìn)行比較，從而輸出數(shù)字碼P和數(shù)字碼Q，數(shù)字碼P和數(shù)字碼Q通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC而產(chǎn)生循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓。
[0047]需要特別說明的是，輸入電壓Vin在被采樣后第一次由乘積運(yùn)算放大器進(jìn)行運(yùn)算放大時，Vdac = 0，也就是說，在循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由第一狀態(tài)切換到第二狀態(tài)時，由于此時還沒有數(shù)字碼P和數(shù)字碼Q輸出，因此，Vdac = O,從緩沖器Buffer輸出的電壓僅被運(yùn)算放大器OTA進(jìn)行乘2運(yùn)算，從而與比較器COMl的閾值電壓和比較器COM2的閾值電壓進(jìn)行比較的電壓實際為2(Vin+V


buffer) °
[0048]圖9示出了本發(fā)明實施例的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于第三狀態(tài)(即采樣保持狀態(tài))時的等效電路。具體的，開關(guān)Sin處于斷開狀態(tài)，開關(guān)S1被強(qiáng)制處于閉合狀態(tài)，而開關(guān)S2被強(qiáng)制處于斷開狀態(tài)；乘積運(yùn)算放大器處于采樣相狀態(tài)；在該情況下，緩沖器buffer、電容Cl、電容C2以及電容C3構(gòu)成了采樣保持電路；在上一個時序中的乘積運(yùn)算放大器在處于放大相狀態(tài)時，電容C3采集到的電壓VA-VbuffCT在本時序中經(jīng)過緩沖器buffer后對電容Cl和電容C2進(jìn)行充電，因此，電容Cl和電容C2成功采集到上一個時序中處于放大相狀態(tài)時的乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓\。
[0049]在下一個采樣時鐘到來之前，即開關(guān)Sin處于斷開狀態(tài)過程中，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器會持續(xù)在第二狀態(tài)和第三狀態(tài)之間切換。
[0050]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括:乘積運(yùn)算放大器、緩沖器、附加電容、兩個比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、輸入開關(guān)、多個第一開關(guān)以及多個第二開關(guān)，輸入開關(guān)的閉合斷開由采樣時鐘控制，第一開關(guān)和第二開關(guān)的閉合斷開由雙相非交疊時鐘控制； 在輸入開關(guān)閉合時，外部輸入電壓與緩沖器的輸入端聯(lián)通； 在各個第一開關(guān)均閉合時，乘積運(yùn)算放大器處于采樣相狀態(tài)，且緩沖器的輸出端與乘積運(yùn)算放大器中的儲能元件聯(lián)通； 在各個第二開關(guān)均閉合時，乘積運(yùn)算放大器的輸出端與緩沖器的輸入端以及附加電容分別聯(lián)通，且緩沖器的輸出端與兩個比較器的輸入端分別聯(lián)通； 兩個比較器的輸出端分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端分別連接。
2.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在上一個采樣時鐘結(jié)束且下一個采樣時鐘到來之前，循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在運(yùn)算放大狀態(tài)和采樣保持狀態(tài)之間持續(xù)切換； 運(yùn)算放大狀態(tài):輸入開關(guān)斷開，雙相非交疊時鐘控制第一開關(guān)斷開且第二開關(guān)閉合；乘積運(yùn)算放大器處于放大相狀態(tài)，且乘積運(yùn)算放大器、緩沖器以及附加電容形成放大相電路，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓進(jìn)行運(yùn)算放大，附加電容采集到乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓與緩沖器電壓的電壓差，比較器輸出的數(shù)字碼輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓； 采樣保持狀態(tài):輸入開關(guān)斷開，雙相非交疊時鐘控制第一開關(guān)閉合且第二開關(guān)斷開；乘積運(yùn)算放大器處于采集相狀態(tài)，附加電容采集到的電壓經(jīng)過緩沖器后還原為乘積運(yùn)算放大器的輸出電壓，并被乘積運(yùn)算放大器采集，使乘積運(yùn)算放大器采集到其在前一個時序的輸出電壓，該輸出電壓作為乘積運(yùn)算放大器在下一個時序的輸入電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在采樣時鐘到來的情況下，所述循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于采樣狀態(tài)； 采樣狀態(tài):輸入開關(guān)閉合，雙相非交疊時鐘控制第一開關(guān)閉合且第二開關(guān)斷開；乘積運(yùn)算放大器處于采集相狀態(tài)，外部輸入電壓經(jīng)過緩沖器后被乘積運(yùn)算放大器采集到。
4.如權(quán)利要求2所述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓進(jìn)行運(yùn)算放大包括: 在乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓大于一比較器的閾值電壓+Vth時，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓乘2并減去循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓； 在乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓小于另一比較器的閾值電壓-Vth時，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓乘2并加上循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓； 在乘積運(yùn)算放大器的輸入電壓小于一比較器的閾值電壓+Vth且大于另一比較器的閾值電壓-Vth時，乘積運(yùn)算放大器對其輸入電壓乘2。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述乘積運(yùn)算放大器包括:運(yùn)算放大器、第一電容和第二電容； 第一電容的一端和第二電容的一端與運(yùn)算放大器的輸入端連接； 在第二開關(guān)閉合時，運(yùn)算放大器的輸出端與緩沖器的輸入端聯(lián)通； 在第一開關(guān)閉合時，緩沖器的輸出端與第一電容的另一端以及第二電容的另一端分別聯(lián)通。
6.如權(quán)利要求5所述的循環(huán)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一電容、第二電容和附加電容具有相同的容值。
【文檔編號】H03M1/10GK104202049SQ201410409983
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】藺智挺, 吳秀龍, 李正平, 陳軍寧, 彭春雨, 汪小思 申請人:合肥寧芯電子科技有限公司