CN112187273A - 一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块 - Google Patents

一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块 Download PDF

Info

Publication number
CN112187273A
CN112187273A CN202011093142.9A CN202011093142A CN112187273A CN 112187273 A CN112187273 A CN 112187273A CN 202011093142 A CN202011093142 A CN 202011093142A CN 112187273 A CN112187273 A CN 112187273A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
switch
comparator
module
successive approximation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011093142.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112187273B (zh
Inventor
陈李胜
胡云峰
周锦鹏
李华炎
文毅
陈卉
何志红
刘亮元
周李梦男
陈东伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute filed Critical University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Priority to CN202011093142.9A priority Critical patent/CN112187273B/zh
Publication of CN112187273A publication Critical patent/CN112187273A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112187273B publication Critical patent/CN112187273B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/34—Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38—Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，包括比较器、逻辑比较控制及输出模块、采样开关和逐次逼近电容模块；比较器的反相输入端通过采样开关接待转换电压，其同相输入端通过逐次逼近电容模块接逻辑比较控制及输出模块，其输出端接逻辑比较控制及输出模块；闭合采样开关后，对待转换模拟电压进行采样，保存在比较器的反相输入端，而后比较器将比较结果转送到逻辑比较控制及输出模块，逻辑比较控制及输出模块根据比较器的比较结果控制逐次逼近电容模块电路将不同的电压传递给比较器的同相输入端，最后不断调整电容的控制，最终实现电压编码的输出；本模数转换电路模块能降低能耗、减少模块中的电容数量、从而减小了芯片面积。

Description

一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块
技术领域
本发明涉及一种电路模块，特别是一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块。
背景技术
模数转换器是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件，常规的逐次逼近型模数转换电路存在着能耗高、使用的电容数量较多等缺点，此类电路既不够环保、也不利于芯片的小型化设计。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，包括比较器、逻辑比较控制及输出模块、采样开关和逐次逼近电容模块；所述比较器的反相输入端通过所述采样开关接待转换电压，其同相输入端通过所述逐次逼近电容模块接所述逻辑比较控制及输出模块，其输出端接所述逻辑比较控制及输出模块；所述逐次逼近电容模块包括开关SU、开关SD、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3开关S4、开关ST、电容CU、电容CD、电容C1、电容C2和电容C3；所述开关ST的一端接参考电压，另一端依次接所述电容CU和电容CD后接地；所述开关SU的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端接所述开关ST和电容CU的节点；所述开关SD的一端接地，另一端接所述电容CU和电容CD的节点；所述电容C1的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端依次通过所述电容C2、电容C3和开关S1接地；所述开关S0的一端接所述开关ST和电容CU的节点，另一端接所述电容C3和开关S1的节点；所述开关S2的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端接所述电容C1和电容C2的节点；所述开关S3的一端接所述电容C2和电容C3的节点，另一端接所述电容C1和电容C2的节点；所述开关S4一端接所述电容C3和开关S1的节点，另一端接所述电容C2和电容C3的节点。
优选地，所述电容CU和电容CD的电容值相等。
优选地，所述电容C1的电容值是所述电容CD的电容值的一半。
优选地，所述电容C2的电容值是所述电容C1的电容值的一半。
优选地，所述电容C3的电容值是所述电容C2的电容值的一半。
优选地，所述比较器和采样开关的节点通过滤波电容CE接地。
本发明的有益效果是：本发明在闭合采样开关后，对待转换模拟电压进行采样，保存在比较器的反相输入端，而后比较器将比较结果转送到逻辑比较控制及输出模块，逻辑比较控制及输出模块根据比较器的比较结果控制逐次逼近电容模块电路将不同的电压传递给比较器的同相输入端，最后不断调整电容的控制，最终实现电压编码的输出；本模数转换电路模块能降低能耗、减少模块中的电容数量、从而减小了芯片面积。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的***原理图；
图2是逐次逼近电容模块的电路原理图。
具体实施方式
参考图1和图2，一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，包括比较器、逻辑比较控制及输出模块、采样开关和逐次逼近电容模块；所述比较器的反相输入端通过所述采样开关接待转换电压，其同相输入端通过所述逐次逼近电容模块接所述逻辑比较控制及输出模块，其输出端接所述逻辑比较控制及输出模块；所述逐次逼近电容模块包括开关SU、开关SD、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3开关S4、开关ST、电容CU、电容CD、电容C1、电容C2和电容C3；所述开关ST的一端接参考电压，另一端依次接所述电容CU和电容CD后接地；所述开关SU的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端接所述开关ST和电容CU的节点；所述开关SD的一端接地，另一端接所述电容CU和电容CD的节点；所述电容C1的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端依次通过所述电容C2、电容C3和开关S1接地；所述开关S0的一端接所述开关ST和电容CU的节点，另一端接所述电容C3和开关S1的节点；所述开关S2的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端接所述电容C1和电容C2的节点；所述开关S3的一端接所述电容C2和电容C3的节点，另一端接所述电容C1和电容C2的节点；所述开关S4一端接所述电容C3和开关S1的节点，另一端接所述电容C2和电容C3的节点。
所述电容CU和电容CD的电容值相等。
所述电容C1的电容值是所述电容CD的电容值的一半。
所述电容C2的电容值是所述电容C1的电容值的一半。
所述电容C3的电容值是所述电容C2的电容值的一半。
闭合采样开关后，对待转换模拟电压进行采样，保存在比较器的反相输入端，而后比较器将比较结果转送到逻辑比较控制及输出模块，逻辑比较控制及输出模块根据比较器的比较结果控制逐次逼近电容模块电路将不同的电压传递给比较器的同相输入端，最后不断调整电容的控制，最终实现电压编码的输出。
所述逐次逼近电容模块的工作原理如下：
工作过程主要分成如下三个步骤：
步骤A，复位。断开开关ST，将其它的开关都闭合，将所有电容上的电荷全部清0。
步骤B，充电。给所述电容CU和CD充电，将模拟电压Vx的电压值送入到比较器和待转换模块电压进行比较。
步骤C，放电。逻辑比较控制及输出模块根据比较器的比较结果，控制各开关闭合或者断开，以此实现放电过程，之后再进入到步骤B；通过N次比较后得到最终的模数转换结果。
逐次逼近电容模块从所述电容CU和电容CD的节点引出模拟电压Vx。
电容开关控制关系除了与当前位的比较结果有关之外，还与之前已经得到的比较结果有关；～表示取反，bi表示当前是第i位的转换结果，该电路模块中i从1开始。i1表示转换结果的最高位，iN表示转换结果的最低位；每次充电完后放电过程的开关逻辑控制关系如下：
当i＝1时：
S0＝bi；
S1＝～bi；
S(j+2)＝(～bi^1)，j＝0；
S(j+2)＝1，j∈(1，N-2)；
当i≥2时：
S0＝bi；
S1＝～bi；
S(j+2)＝(～bi^b(i-j-1))，j∈(0，i-2)；
S(j+2)＝1；j∈(i-1，N-2)；
为1时，该开关闭合；为0时，该开关断开。
所述逐次逼近型模数转换电路模块的转换位数是任意的，再次仅以5位为例。
所述比较器和采样开关的节点通过滤波电容CE接地，通过设置滤波电容CE可以过滤掉待转换电压中的交流电压。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (5)

1.一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，包括比较器、逻辑比较控制及输出模块、采样开关和逐次逼近电容模块；所述比较器的反相输入端通过所述采样开关接待转换电压，其同相输入端通过所述逐次逼近电容模块接所述逻辑比较控制及输出模块，其输出端接所述逻辑比较控制及输出模块；其特征在于所述逐次逼近电容模块包括开关SU、开关SD、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3开关S4、开关ST、电容CU、电容CD、电容C1、电容C2和电容C3；所述开关ST的一端接参考电压，另一端依次接所述电容CU和电容CD后接地；所述开关SU的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端接所述开关ST和电容CU的节点；所述开关SD的一端接地，另一端接所述电容CU和电容CD的节点；所述电容C1的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端依次通过所述电容C2、电容C3和开关S1接地；所述开关S0的一端接所述开关ST和电容CU的节点，另一端接所述电容C3和开关S1的节点；所述开关S2的一端接所述电容CU和电容CD的节点，另一端接所述电容C1和电容C2的节点；所述开关S3的一端接所述电容C2和电容C3的节点，另一端接所述电容C1和电容C2的节点；所述开关S4一端接所述电容C3和开关S1的节点，另一端接所述电容C2和电容C3的节点。
2.根据权利要求1所述的低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，其特征在于所述电容CU和电容CD的电容值相等。
3.根据权利要求2所述的低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，其特征在于所述电容C1的电容值是所述电容CD的电容值的一半。
4.根据权利要求3所述的低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，其特征在于所述电容C2的电容值是所述电容C1的电容值的一半。
5.根据权利要求4所述的低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块，其特征在于所述电容C3的电容值是所述电容C2的电容值的一半。
CN202011093142.9A 2020-10-14 2020-10-14 一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块 Active CN112187273B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011093142.9A CN112187273B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011093142.9A CN112187273B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112187273A true CN112187273A (zh) 2021-01-05
CN112187273B CN112187273B (zh) 2023-06-02

Family

ID=73949843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011093142.9A Active CN112187273B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112187273B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008006751A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-17 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Charge domain successive approximation a/d converter
JP2009022057A (ja) * 2006-12-04 2009-01-29 Panasonic Corp Ｄ／ａコンバータ
CN101379707A (zh) * 2006-02-02 2009-03-04 新加坡国立大学 一种模数转换器
US20100085225A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Soon-Jyh Chang Successive approximation adc with binary error tolerance mechanism
CN103152049A (zh) * 2013-02-26 2013-06-12 上海宏力半导体制造有限公司 一种逐次逼近寄存器型模数转换器
CN103518327A (zh) * 2011-04-13 2014-01-15 美国亚德诺半导体公司 自定时的数模转换器
US20140091960A1 (en) * 2012-09-29 2014-04-03 Nicholas P. Cowley Methods and arrangements for high-speed analog-to-digital conversion
US20140203958A1 (en) * 2013-01-23 2014-07-24 Renesas Electronics Corporation Passive amplification circuit and analog-digital convertor
CN104124967A (zh) * 2014-07-10 2014-10-29 天津大学 一种分段电容阵列型逐次逼近模数转换器校准结构及方法
CN105680865A (zh) * 2016-03-12 2016-06-15 浙江大学 一种逐次逼近型模数转换器及其数字后端冗余校正方法
CN105827243A (zh) * 2015-01-04 2016-08-03 成都锐成芯微科技有限责任公司 一种抗抖动电路、方法及基于该电路的逐次逼近型模数转换器
CN105827245A (zh) * 2016-03-14 2016-08-03 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种逐次逼近式模数转换器结构
CN109194333A (zh) * 2018-08-09 2019-01-11 电子科技大学 一种复合结构逐次逼近模数转换器及其量化方法
CN111711453A (zh) * 2020-08-19 2020-09-25 微龛(广州)半导体有限公司 逐次逼近型模数转换器

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101379707A (zh) * 2006-02-02 2009-03-04 新加坡国立大学 一种模数转换器
US20090167587A1 (en) * 2006-02-02 2009-07-02 National University Of Singapore Analog-to-digital converter
WO2008006751A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-17 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Charge domain successive approximation a/d converter
JP2009022057A (ja) * 2006-12-04 2009-01-29 Panasonic Corp Ｄ／ａコンバータ
US20100085225A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Soon-Jyh Chang Successive approximation adc with binary error tolerance mechanism
CN103518327A (zh) * 2011-04-13 2014-01-15 美国亚德诺半导体公司 自定时的数模转换器
US20140091960A1 (en) * 2012-09-29 2014-04-03 Nicholas P. Cowley Methods and arrangements for high-speed analog-to-digital conversion
US20140203958A1 (en) * 2013-01-23 2014-07-24 Renesas Electronics Corporation Passive amplification circuit and analog-digital convertor
CN103152049A (zh) * 2013-02-26 2013-06-12 上海宏力半导体制造有限公司 一种逐次逼近寄存器型模数转换器
CN104124967A (zh) * 2014-07-10 2014-10-29 天津大学 一种分段电容阵列型逐次逼近模数转换器校准结构及方法
CN105827243A (zh) * 2015-01-04 2016-08-03 成都锐成芯微科技有限责任公司 一种抗抖动电路、方法及基于该电路的逐次逼近型模数转换器
CN105680865A (zh) * 2016-03-12 2016-06-15 浙江大学 一种逐次逼近型模数转换器及其数字后端冗余校正方法
CN105827245A (zh) * 2016-03-14 2016-08-03 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种逐次逼近式模数转换器结构
CN109194333A (zh) * 2018-08-09 2019-01-11 电子科技大学 一种复合结构逐次逼近模数转换器及其量化方法
CN111711453A (zh) * 2020-08-19 2020-09-25 微龛(广州)半导体有限公司 逐次逼近型模数转换器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PIERRE-YVES ROBERT等: "An Ultra-Low-Power Successive-Approximation-B ased ADC for Implantable Sensing Devices", 《2006 49TH IEEE INTERNATIONAL MIDWEST SYMPOSIUM ON CIRCUITS AND SYSTEMS》, pages 7 - 11 *
于楚东: "10位低功耗逐次逼近模数转换器的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, no. 03, pages 135 - 418 *
胡云峰等: "一种低复杂度逐次逼近型模数转换器设计与仿真", 《华南师范大学学报(自然科学版)》, vol. 50, no. 6, pages 12 - 19 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112187273B (zh) 2023-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103166644B (zh) 一种低功耗逐次逼近型模数转换器及其转换方法
US7796079B2 (en) Charge redistribution successive approximation analog-to-digital converter and related operating method
CN108306644B (zh) 基于10位超低功耗逐次逼近型模数转换器前端电路
CN105391451A (zh) 一种逐次逼近型模数转换器及其模数转换时开关切换方法
CN107888190B (zh) 基于非对称型差分电容阵列的逐次逼近型模数转换器
US6229472B1 (en) A/D converter
CN107769784A (zh) 一种过采样式Pipeline SAR‑ADC***
CN104485960A (zh) 一种用于逐次逼近型模数转换器三电平开关的方法及电路
TWI583139B (zh) 類比數位轉換裝置及其初始化方法
CN107968656B (zh) 一种逐次逼近型模拟数字转换器及其应用切换方法
CN102055475B (zh) 逐次逼近模拟数字转换器及其方法
CN108111171A (zh) 适用于差分结构逐次逼近型模数转换器单调式开关方法
CN113114257B (zh) 次高位超前逐次逼近模数转换器及控制方法
CN107395205B (zh) 基于非对称型差分电容阵列的逐次逼近型模数转换器
EP2629426A1 (en) Device, system and method for analogue-to-digital conversion with noise shaping function
CN101789789B (zh) 一种参考电压产生电路
CN110995269B (zh) 一种适用于低电压sar adc设计的节能开关切换电路及其方法
CN112187273A (zh) 一种低功耗的逐次逼近型模数转换电路模块
CN105375926A (zh) 伪差分电容型逐次逼近模数转换器
EP2577407B1 (en) Method and apparatus for conversion of voltage value to digital word
CN104143983A (zh) 连续逼近式模拟数字转换器及其方法
CN107579738A (zh) 模拟至数字转换装置
CN114710155A (zh) 用于sar型模数转换器的逻辑控制电路、sar型模数转换器
CN111435835B (zh) 开关电容电路以及模拟转数字转换装置
Yasser et al. A comparative analysis of optimized low-power comparators for biomedical-adcs

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant