算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路設計領域，涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種用于神經(jīng)記錄模 擬前端的算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 技術背景
[0002] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器將時間和幅度連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為時間和幅度都離散的數(shù)字信號， 是神經(jīng)記錄專用集成電路中必不可少的部件。神經(jīng)電生理信號或遞質(zhì)信號被神經(jīng)電極感 測，經(jīng)過放大、濾波等預處理，必須從連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散信號，才能進入計算機或 數(shù)字信號處理電路進行高級處理、存儲以及進一步的應用。模數(shù)轉(zhuǎn)換器對神經(jīng)記錄專用集 成電路的面積、功耗、記錄通道數(shù)、記錄速度等指標有直接或間接的影響，是神經(jīng)記錄專用 集成電路的研究熱點之一。
[0003] 在傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，參考電壓產(chǎn)生電路的功耗與穩(wěn)定性以及比較器的失調(diào)對模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗與轉(zhuǎn)換精度有重要影響。其中產(chǎn)生參考電壓需要設計專門的電壓基準源， 而多數(shù)電壓基準容易受溫度影響發(fā)生漂移，受工藝偏差影響發(fā)生變化，且增大了模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的功耗。比較器的失調(diào)使模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性曲線發(fā)生橫向移位，導致轉(zhuǎn)換結(jié)果 發(fā)生錯誤，限制了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。因此消除參考電壓和比較器失調(diào)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的影響，減小功耗、提高轉(zhuǎn)換精度的技術方法需要被探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于正（或負）參考電壓由開 關電容網(wǎng)絡對系統(tǒng)電源電位（或地電位）采樣實現(xiàn)，降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器對高精度片上電壓 參考的依賴，消除了電壓參考的非理想因素對系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度的影響，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 穩(wěn)定性；另外，所提出的開關電容算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過與乘二電路基本相同的開關電容 放大器結(jié)構實現(xiàn)比較器功能，消除了比較器引入的失調(diào)誤差，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構上的 匹配度和轉(zhuǎn)換精度。
[0005] 本發(fā)明提供一種算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：
[0006] -開關，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器米樣輸入信號；
[0007] -開關，其一端與開關的一端相連，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣反饋信號；
[0008] -采樣保持與加法電路，其輸入端與開關和開關的連接點相連，實現(xiàn)采樣保持輸 入信號和反饋信號，及加上正參考電壓或負參考電壓的功能；
[0009] -乘二放大器，其輸入端與米樣保持與加法電路的輸出端連接，輸出端與開關的 另一端相連，用于將采樣保持與加法電路的輸出信號精確放大兩倍；
[0010] -開關電容放大器式比較器，其輸入端與采樣保持與加法電路的輸出端連接，用 于將采樣保持與加法電路的輸出信號與零電位比較形成一位數(shù)字信號。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是減小模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換精 度。
【附圖說明】
[0012] 為進一步說明本發(fā)明的具體技術內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如后，其 中：
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構框圖；
[0014] 圖2是圖1中的采樣保持加法電路結(jié)構示意圖；
[0015] 圖3是圖1中的乘二放大器結(jié)構示意圖；
[0016] 圖4是圖1中的開關電容放大器式比較器結(jié)構示意圖；
[0017] 圖5是圖1中算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作流程圖；
[0018] 圖6是圖4中開關電容放大器式比較器采樣階段電路原理圖；
[0019] 圖7是圖4中開關電容放大器式比較器比較階段電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020] 請參閱圖1-圖7所示，本發(fā)明本發(fā)明針對傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中參考電壓產(chǎn)生電路和 比較器限制模數(shù)轉(zhuǎn)換器功耗與轉(zhuǎn)換精度的問題，提出了一種算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器設計，包括： 開關1，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣輸入信號；開關2,其一端與開關1的一端相連，用于控制模數(shù) 轉(zhuǎn)換器采樣反饋信號；采樣保持與加法電路3,其輸入端與開關1和開關2的連接點相連， 實現(xiàn)采樣保持輸入信號和反饋信號，及加上正參考電壓或負參考電壓的功能；乘二放大器 4,其輸入端與采樣保持與加法電路1的輸出端連接，輸出端與開關2的另一端相連，用于將 米樣保持與加法電路的輸出信號精確放大兩倍；開關電容放大器式比較器5,其輸入端與 采樣保持與加法電路1的輸出端連接，用于將采樣保持與加法電路的輸出信號與零電位比 較形成一位數(shù)字信號。
[0021] 其中采樣保持與加法電路3包括：開關電容網(wǎng)絡31，用于采樣系統(tǒng)電源電位，實現(xiàn) 生成正參考電壓的功能；開關電容網(wǎng)絡32, 一端與開關電容網(wǎng)絡31的輸出端相連，形成連 接點A，用于采樣系統(tǒng)地電位，生成負參考電壓；開關電容網(wǎng)絡33, 一端與開關1和開關2的 連接點相連，另一端與連接點A相連，采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入信號或反饋信號；反饋電容網(wǎng) 絡34, 一端與連接點A相連，用于保持采樣信號，將開關電容網(wǎng)絡31、開關電容網(wǎng)絡32和開 關電容網(wǎng)絡33的采樣信號相加；運算放大器35,負輸入端與連接點A相連，正輸入端接半 電源電位，輸出端與反饋電容網(wǎng)絡34的另一端相連。
[0022] 其中乘二放大器4包括：開關電容網(wǎng)絡41，用于對采樣保持加法電路的輸出信號 采樣；反饋電容網(wǎng)絡42, 一端與開關電容網(wǎng)絡41的輸出端相連，形成連接點B，其中電容值 為開關電容網(wǎng)絡41中電容值得一半，用于將開關電容網(wǎng)絡41采樣的信號放大兩倍；運算放 大器43,負輸入端與連接點B相連，正輸入端接半電源電位，輸出端與反饋電容網(wǎng)絡42的另 一端相連。
[0023] 其中開關電容放大器式比較器5包括：開關電容網(wǎng)絡51，用于對采樣保持加法電 路的輸出信號采樣；反饋電容網(wǎng)絡52, 一端與開關電容網(wǎng)絡51的輸出端相連，形成連接 點C，其中電容可以去掉，僅設計開關，用于將增大電路的增益，實現(xiàn)比較功能；運算放大器 53,負輸入端與連接點C相連，正輸入端接半電源電位，輸出端與反饋電容網(wǎng)絡52的另一端 相連。
[0024] 算法式模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作過程首先是采樣保持加法電路3采樣需要轉(zhuǎn)換的輸入信 號，然后開關電容放大器式比較器5與半電源電位比較，產(chǎn)生對應數(shù)字信號的一位。同時， 乘二放大器4將采樣信號放大，并反饋回到采樣保持加法電路3的輸入端。采樣保持加法電 路3對反饋回的信號采樣，并根據(jù)上一次產(chǎn)生的數(shù)字信號加正參考電位或負參考電位。當 輸入信號大于半電源電位，加負參考電位；當輸入信號小于半電源電位，加正參考電位。加 減運算后的信號被保持，然后開始轉(zhuǎn)換第二位，如此不斷重復操作，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束開始下一 次米樣輸入信號。
[0025] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作過程中的正（或負）參考電壓由開關電容網(wǎng)絡對系統(tǒng)電源電位 (或地電位）采樣實現(xiàn)。其中，正參考電壓