專利名稱：動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)，具體的說是涉及一種動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，特別是無線移動終端的高速發(fā)展，對模擬器件性能的要求越來越高。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是無線移動終端中的核心器件，因此低功耗、高速、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將給其產(chǎn)品帶來競爭優(yōu)勢，特別是低功耗。
傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)隨著工藝尺寸的減小，將面臨著越來越來的挑戰(zhàn)。一方面，由于隨著工藝尺寸的減少不利于高增益高頻率運算放大器的設(shè)計，而運算放大器是傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)，比如目前高速、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器最常采用的流水線架構(gòu)。另一方面，即使目前時間交織模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于在同比功效下得到更高的速度，但是其基本架構(gòu)還是采用了傳統(tǒng)模數(shù)架構(gòu)，而傳統(tǒng)模數(shù)架構(gòu)需要基準(zhǔn)電路、非交疊時鐘、運算放大器等，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了在獲得高速、高精度的同時很難再保持低功耗。因此隨著工藝尺寸的減小，隨著對低功耗、高速的要求越來越高，傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需求。
目前，國外許多研究中出現(xiàn)了基于時間模數(shù)轉(zhuǎn)換器?；跁r間模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓通過調(diào)制系統(tǒng)，變成純粹的數(shù)字信號，然后對數(shù)字信號進(jìn)行處理，輸出轉(zhuǎn)換碼。但是目前采用的調(diào)制系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且其精度不高，比如說脈沖寬度調(diào)制和脈沖位子調(diào)制。也不能適應(yīng)當(dāng)前對應(yīng)模式轉(zhuǎn)換器的需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種高速度和低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括采樣保持電路、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路、斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路和時鐘電路，所述采用保持電路與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路連接，所述電壓斜率轉(zhuǎn)換電路與斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，所述時鐘電路分別與采用保持電路、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，其中，
采樣保持電路用于在采樣周期內(nèi)，采樣變化的輸入電壓，在保存周期內(nèi)輸出所采至IJ的輸入電壓，不同的輸入電壓對應(yīng)不同斜率的變化曲線；
電壓斜率轉(zhuǎn)換電路用于將采樣保持電路所采到的輸入電壓轉(zhuǎn)換成一條電壓隨時間變化的曲線；
斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路用于對電壓隨時間變化的曲線進(jìn)行檢測，輸出溫度碼，經(jīng)過編碼電路輸出二進(jìn)制數(shù)字碼，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；
時鐘電路用于提供采樣保持電路，電壓斜率轉(zhuǎn)換電路，以及斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路正常工作的時鐘信號。
具體的，所述斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路包括觸發(fā)器模塊和延遲模塊，所述觸發(fā)器模塊分別與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路的輸出端和延遲模塊連接，所述延遲模塊與時鐘電路連接，所述觸發(fā)器模塊輸出端輸出溫度碼。
具體的，所述時鐘電路包括時鐘信號輸入端elk、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一時鐘信號輸出端clkp和第二時鐘信號輸出端clkn,時鐘信號輸入端elk與第一反相器的輸入端連接，第一反相器的輸出端與第二反相器的輸入端連接，第二反相器的輸出端與第一時鐘信號輸出端clkp和第三反相器的輸入端連接,第三反相器的輸出端與第二時鐘信號輸出端clkn連接。
具體的，所述斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路還包括編碼電路，所述觸發(fā)器模塊和延遲模塊分別至少包含I個觸發(fā)器和I個延遲單元，所述觸發(fā)器模塊包含的觸發(fā)器數(shù)量與延遲模塊包含的延遲單元數(shù)量相等且一一對應(yīng)，所述觸發(fā)器的輸入端與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路連接，輸出端與編碼電路連接，所述延遲單元與第二時鐘信號輸出端Clpn連接并作為相對應(yīng)的觸發(fā)器的時鐘輸入端信號。
具體的，所述觸發(fā)器模塊包括第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器，所述延遲模塊包括第一延遲單元、第二延遲單元和第三延遲單元，其中，第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器的信號輸入端相互連接并與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器的輸出端依次作為溫度碼并輸出到編碼電路，第二時鐘信號輸出端clpn經(jīng)第一延遲單元后作為第一觸發(fā)器的時鐘輸入端信號，第二時鐘信號輸出端clpn經(jīng)第一延遲單元和第二延遲單元后作為第二觸發(fā)器的時鐘輸入端信號，第二時鐘信號輸出端clpn經(jīng)第一延遲單元、第二延遲單元和第三延遲單元后作為第三觸發(fā)器的時鐘輸入端信號，其中，第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器、第三觸發(fā)器、第一延遲單元、第二延遲單元和三延遲單元用于對電壓斜率轉(zhuǎn)換電路輸入的電壓隨時間變化進(jìn)行曲線斜率的檢測并輸出溫度碼到編碼電路，編碼電路用于將溫度碼編譯成二進(jìn)制碼并輸出，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
具體的，所述電壓斜率轉(zhuǎn)換電路包括第一場效應(yīng)晶體管M2、第二場效應(yīng)晶體管M3、第三場效應(yīng)晶體管M4和電容C2,其中,第一場效應(yīng)晶體管M2的柵極與第一時鐘信號輸出端clkp連接、源極與電源電壓VDD連接、漏極與第二場效應(yīng)晶體管M3的源極連接，第二場效應(yīng)晶體管M3的柵極與采樣保持電路的輸出端連接，漏極與第三場效應(yīng)晶體管M4的漏極連接，第三場效應(yīng)晶體管M4的柵極與第一時鐘信號輸出端clkp連接，源極接地，第二場效應(yīng)晶體管M3的漏極和第三場效應(yīng)晶體管M4的漏極與電容C2的一端和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，電容C2的另一端接地。
具體的，所述延遲模塊的延遲時間可以實時調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的有益效果為，整體架構(gòu)簡單，適合單端電路，無需內(nèi)部基準(zhǔn)和非交疊時鐘，適用于極低功耗應(yīng)用，并且不需要運放放大器，適合納米級數(shù)字工藝，可通過數(shù)字單元來實現(xiàn)時間軸上的動態(tài)電壓檢測，數(shù)字單元隨著工藝最小尺寸的減小，延遲越來越小，適用于高速應(yīng)用。


圖1為本采用發(fā)明的2位動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路示意圖2為時鐘電路的電路示意圖3為本發(fā)明的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路工作原理示意圖。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
如圖1所示，為本發(fā)明所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個具體的2位動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路圖。包括:輸入電壓Vin、采樣保持電路100、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路300，如圖2所示，為時鐘電路400，其中，輸入電壓Vin與采樣保持電路100連接，采樣保持電路100與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200，電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200與斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路300，時鐘電路400分別與采樣保持電路100、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路300連接，為了實現(xiàn)2位動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換，斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路采用了 3個觸發(fā)器與3個延遲單元。
采樣保持電路100主要用于，在采樣周期內(nèi)，對輸入電壓Vin進(jìn)行采樣，在保持周期內(nèi)，輸出所采到的采樣電壓Vsamp。
其中，采用保存電路100包括:采樣開關(guān)NMOS管M1，采樣電容Cl。其中，NMOS管Ml的柵極由時鐘信號elk控制，NMOS管Ml的漏極接輸入電壓Vin，NMOS管Ml的源極與電容Cl的一端連接，電容Cl的另一端與地電壓GND連接。
電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200主要用于在采樣周期內(nèi)，對電路進(jìn)行復(fù)位；在保持周期內(nèi)，對米樣保持電路100所輸出的米樣電壓Vsamp進(jìn)行轉(zhuǎn)換,輸出動態(tài)電壓Vslope,電壓Vslope隨著時間變化。不同的采樣電壓Vsamp決定著不同的電壓Vslope隨時間變化曲線的斜率。
其中，電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200包括:第一 PMOS管M2、第二 PMOS管M3、NM0S管M4以及電容C2。其中第一 PMOS管M2的柵極由時鐘信號clkp控制，第一 PMOS管M2的源極與電源電壓VDD連接，第一 PMOS管M2的漏極與第二 PMOS管M3的源極連接，第二 PMOS管M3的柵極由采樣電壓Vsamp控制，第二 PMOS管M3的漏極與NMOS管M4的漏極連接，NMOS管M4的柵極由時鐘信號clkp控制，NMOS管M4的源極與地電壓GND連接，第二 PMOS管M3漏極和NMOS管M4漏極的連接點與電容C2的一端連接，其連接點的電壓作為輸出電壓Vslope，電容C2的另一端與地電壓GND連接。在采樣周期內(nèi)，第一 PMOS管M2控制轉(zhuǎn)換的開始，對電容C2進(jìn)行充電，輸出電壓Vslope隨時間變化的曲線，第二 PMOS管M3決定不同的采樣電壓Vsamp對于不同電壓Vslope隨時間變化曲線的斜率；在保持周期內(nèi)，NMOS管M4用于對電容C2上的電荷進(jìn)行清零復(fù)位。
斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路300主要用于在采樣周期內(nèi)，輸出上一個采樣周期所輸出的采樣電壓對應(yīng)的二進(jìn)制碼；在保存周期內(nèi)，對電壓Vslope隨時間變化曲線斜率進(jìn)行檢查，輸出溫度碼，溫度碼通過編碼電路輸出二進(jìn)制碼，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
其中，斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路300包括:D觸發(fā)器301 303，延遲單元304 306，以及編碼電路307。其中D觸發(fā)器301 303的信號輸入端D相互連接，并偶接于電壓Vslope，D觸發(fā)器301 303的輸出端依次作為溫度碼，并輸出編碼電路307，時鐘信號clpn經(jīng)延遲單元304后作為D觸發(fā)器301的時鐘輸入端信號，時鐘信號clpn依次經(jīng)延遲單元304 305后作為D觸發(fā)器302的時鐘輸入端信號，時鐘信號clpn依次經(jīng)延遲單元304 306后作為D觸發(fā)器302的時鐘輸入端信號。D觸發(fā)器301 303和延遲單元304 306完成對電壓Vslope隨時間變化曲線斜率的檢測，輸出溫度碼，編碼電路307將溫度碼編譯成二進(jìn)制碼并輸出，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
時鐘電路400主要產(chǎn)生時鐘，使所述的采樣保持電路100、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路200和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路300能夠正常工作，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
其中，時鐘電路400包括:反相器401 403。其中，時鐘信號elk做為輸入信號，時鐘信號elk依次經(jīng)反相器401 402輸出時鐘信號clkp,時鐘信號elk依次經(jīng)反相器401 403輸出時鐘信號clkn。當(dāng)時鐘輸入信號elk為高電壓時，此時對應(yīng)clkp為高電平以及clkn為低電平，電路工作于采樣周期，否則為保持周期。
如圖3所示，為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例2位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理圖。
由電容C上的餓電荷守和，可以得到如下:
權(quán)利要求
1.動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括采樣保持電路、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路、斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路和時鐘電路，所述采用保持電路與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路連接，所述電壓斜率轉(zhuǎn)換電路與斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，所述時鐘電路分別與采用保持電路、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，其中， 采樣保持電路用于在采樣周期內(nèi)，采樣變化的輸入電壓，在保存周期內(nèi)輸出所采到的輸入電壓； 電壓斜率轉(zhuǎn)換電路用于將采樣保持電路所采到的輸入電壓轉(zhuǎn)換成一條電壓隨時間變化的曲線； 斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路用于對電壓隨時間變化的曲線進(jìn)行檢測，輸出溫度碼，經(jīng)過編碼電路輸出二進(jìn)制數(shù)字碼，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換； 時鐘電路用于提供采樣保持電路，電壓斜率轉(zhuǎn)換電路，以及斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路正常工作的時鐘信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路包括觸發(fā)器模塊和延遲模塊，所述觸發(fā)器模塊分別與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路的輸出端和延遲模塊連接，所述延遲模塊與時鐘電路連接，所述觸發(fā)器模塊輸出端輸出溫度碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述時鐘電路包括時鐘信號輸入端elk、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一時鐘信號輸出端clkp和第二時鐘信號輸出端clkn,時鐘信號輸入端elk與第一反相器的輸入端連接,第一反相器的輸出端與第二反相器的輸入端連接，第二反相器的輸出端與第一時鐘信號輸出端clkp和第三反相器的輸入端連接，第三反相器的輸出端與第二時鐘信號輸出端clkn連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路還包括編碼電路，所述觸發(fā)器模塊和延遲模塊分別至少包含I個觸發(fā)器和I個延遲單元，所述觸發(fā)器模塊包含的觸發(fā)器數(shù)量與延遲模塊包含的延遲單元數(shù)量相等且一一對應(yīng)，所述觸發(fā)器的輸入端與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路連接，輸出端與編碼電路連接，所述延遲單元與第二時鐘信號輸出端clpn連接并作為相對應(yīng)的觸發(fā)器的時鐘輸入端信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述觸發(fā)器模塊包括第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器，所述延遲模塊包括第一延遲單元、第二延遲單元和第三延遲單元，其中，第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器的信號輸入端相互連接并與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器的輸出端依次作為溫度碼并輸出到編碼電路，第二時鐘信號輸出端clpn經(jīng)第一延遲單元后作為第一觸發(fā)器的時鐘輸入端信號，第二時鐘信號輸出端clpn經(jīng)第一延遲單元和第二延遲單元后作為第二觸發(fā)器的時鐘輸入端信號，第二時鐘信號輸出端clpn經(jīng)第一延遲單元、第二延遲單元和第三延遲單元后作為第三觸發(fā)器的時鐘輸入端信號，其中，第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器、第三觸發(fā)器、第一延遲單元、第二延遲單元和三延遲單元用于對電壓斜率轉(zhuǎn)換電路輸入的電壓隨時間變化進(jìn)行曲線斜率的檢測并輸出溫度碼到編碼電路，編碼電路用于將溫度碼編譯成二進(jìn)制碼并輸出，完成模數(shù)轉(zhuǎn) 換。
6.根據(jù)權(quán)利要求2 5任意一項所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電壓斜率轉(zhuǎn)換電路包括第一場效應(yīng)晶體管M2、第二場效應(yīng)晶體管M3、第三場效應(yīng)晶體管M4和電容C2，其中，第一場效應(yīng)晶體管M2的柵極與第一時鐘信號輸出端clkp連接、源極與電源電壓VDD連接、漏極與第二場效應(yīng)晶體管M3的源極連接，第二場效應(yīng)晶體管M3的柵極與采樣保持電路的輸出端連接，漏極與第三場效應(yīng)晶體管M4的漏極連接，第三場效應(yīng)晶體管M4的柵極與第一時鐘信號輸出端clkp連接，源極接地，第二場效應(yīng)晶體管M3的漏極和第三場效應(yīng)晶體管M4的漏極與電容C2的一端和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，電容C2的另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述延遲模塊的延遲時間可以實時 調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)，具體的說是涉及一種動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明所述的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括采樣保持電路、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路、斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路和時鐘電路，所述采用保持電路與電壓斜率轉(zhuǎn)換電路連接，所述電壓斜率轉(zhuǎn)換電路與斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接，所述時鐘電路分別與采用保持電路、電壓斜率轉(zhuǎn)換電路和斜率數(shù)字碼轉(zhuǎn)換電路連接。本發(fā)明的有益效果為，整體架構(gòu)簡單，適合單端電路，無需內(nèi)部基準(zhǔn)和非交疊時鐘，適用于極低功耗應(yīng)用，并且不需要運放放大器，適合納米級數(shù)字工藝，可通過數(shù)字單元來實現(xiàn)時間軸上的動態(tài)電壓檢測，數(shù)字單元隨著工藝最小尺寸的減小，延遲越來越小，適用于高速應(yīng)用。本發(fā)明尤其適用于數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
文檔編號H03M1/54GK103152053SQ201310106848
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者寧寧, 王成碧, 李天柱, 胡勇, 陳文斌, 李靖, 吳霜毅 申請人:電子科技大學(xué)