逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，具體設(shè)及一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogDigitalConverter,ADC)是一種將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)的電子元件，廣泛用于各種MEMS傳感器信號(hào)處理電路中。電荷再分配型的逐次逼 近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SuccessiveApproximationADC，SARADC)具有低功耗、小尺寸、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單等特點(diǎn)，適于對(duì)采樣速率要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003] 但是由于電容失配的影響，電荷再分配型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度受到限 審IJ，在不采用校準(zhǔn)的情況下精度只能達(dá)到10~12比特，而且所需的電容面積很大，因?yàn)殡?容越小則失配越嚴(yán)重，從而做出的轉(zhuǎn)換器精度也越差。大的電容面積不僅導(dǎo)致制造成本增 加，而且嚴(yán)重降低轉(zhuǎn)換速度?，F(xiàn)有校準(zhǔn)技術(shù)在校準(zhǔn)過(guò)程中需要一個(gè)不斷變化的模擬輸入信 號(hào)Vin，且對(duì)輸入信號(hào)Vin的幅度有一定要求，振幅太小或者太大都會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)失敗，最終 導(dǎo)致SARADC不能正常工作。而在一般情況下，整個(gè)系統(tǒng)剛剛上電后，Vin是不確定的，其 幅度是無(wú)法預(yù)料的，必須等整個(gè)系統(tǒng)能提供一個(gè)穩(wěn)定的Vin幅度后才能開始ADC的校準(zhǔn)，該 不僅會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度、浪費(fèi)時(shí)間、而且會(huì)增加系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 有鑒于此，本實(shí)用新型提出了一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在系統(tǒng)上電后馬上就可 W開始校準(zhǔn)，節(jié)省了時(shí)間，而且校準(zhǔn)過(guò)程不需要系統(tǒng)中其它模塊的參與，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度 和風(fēng)險(xiǎn)。
[00化]所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：
[0006] 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源，用于在校準(zhǔn)模式輸出校準(zhǔn)信號(hào)，所述校準(zhǔn)信號(hào)為表征N位二進(jìn)制數(shù) 的數(shù)字信號(hào)；
[0007] N位精度的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于在校準(zhǔn)模式輸出表征所述二進(jìn)制數(shù)與逐 次逼近信號(hào)差值的模擬信號(hào)，并在所述模擬信號(hào)中加入擾動(dòng)信號(hào)；
[000引比較器，用于比較加入擾動(dòng)信號(hào)的模擬信號(hào)與共模電平輸出比較結(jié)果；
[0009] 控制電路，用于根據(jù)所述比較結(jié)果調(diào)整所述逐次逼近信號(hào)，并在比較結(jié)果符合預(yù) 定條件時(shí)輸出當(dāng)前逐次逼近信號(hào)作為原始數(shù)字信號(hào)；
[0010] 校準(zhǔn)模塊，用于在校準(zhǔn)模式下W迭代方式調(diào)整輸出權(quán)值直至校準(zhǔn)誤差小于預(yù)定闊 值，所述校準(zhǔn)誤差根據(jù)對(duì)應(yīng)于不同的擾動(dòng)信號(hào)的所述原始數(shù)字信號(hào)、當(dāng)前輸出權(quán)值W及擾 動(dòng)信號(hào)獲得。
[0011] 優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源為計(jì)數(shù)器。
[0012] 優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。
[0013] 優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源為存儲(chǔ)器。
[0014] 優(yōu)選地，所述N位二進(jìn)制數(shù)為14位二進(jìn)制數(shù)，所述14位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后 大于0小于16383。
[0015] 優(yōu)選地，所述14位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后大于1638小于14745。
[0016] 優(yōu)選地，所述N位精度的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括：
[0017] N個(gè)電容，具有第一端和第二端，所述第一端連接到所述開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的 輸出端；
[001引 N個(gè)開關(guān)，與所述電容一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)所述開關(guān)與對(duì)應(yīng)的電容的第二端連接， 使得電容的第二端在第一電平、第二電平和輸入電平之間切換；
[0019] 擾動(dòng)電容，具有第一端和第二端，所述第一端連接到所述開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 的輸出端；
[0020] 擾動(dòng)開關(guān)，與所述擾動(dòng)電容的第二端連接，使得擾動(dòng)電容的第二端在第一電平、第 二電平和共模電平之間切換；
[0021] 采樣開關(guān)，連接在所述輸出端和共模電平之間。
[0022] 優(yōu)選地，在校準(zhǔn)模式采樣階段，當(dāng)所述校準(zhǔn)信號(hào)的第i位為1時(shí)，第i選擇開關(guān)連 接至所述第一電平，當(dāng)所述校準(zhǔn)信號(hào)的第i位為0時(shí)，第i選擇開關(guān)連接至所述第二電平， 其中，1《i《N;所述采樣開關(guān)閉合。
[0023] 優(yōu)選地，在校準(zhǔn)模式的逐步逼近階段，所述采樣開關(guān)斷開，所述第一至第N開關(guān)根 據(jù)所述逐步逼近信號(hào)的控制閉合或斷開。
[0024] 優(yōu)選地，第一電容的大小為C。，第i電容的大小為1.86h*C。，其中1《i《N，第 化1電容的大小為C。，擾動(dòng)電容的大小為50C。。
[0025] 優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)模塊還用于在工作模式將所述原始數(shù)字信號(hào)加權(quán)后輸出。
[0026] 優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)模塊包括：
[0027] 第一寄存器，用于寄存加入第一擾動(dòng)信號(hào)的模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一原始數(shù)字信號(hào)； [002引第二寄存器，用于寄存加入第二擾動(dòng)信號(hào)的模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二原始數(shù)字信號(hào)；
[0029] 第一輸出開關(guān)，連接在所述控制電路和所述第一寄存器之間，在所述N位精度的 開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路加入第一擾動(dòng)信號(hào)時(shí)閉合，加入第二擾動(dòng)信號(hào)時(shí)斷開；
[0030] 第二輸出開關(guān)，連接在控制電路和所述第二寄存器之間，在所述N位精度的開關(guān) 電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路加入第一擾動(dòng)信號(hào)時(shí)斷開，加入第二擾動(dòng)信號(hào)時(shí)閉合；
[0031] 第一乘法器，用于根據(jù)當(dāng)前輸出權(quán)值對(duì)所述第一原始數(shù)字信號(hào)加權(quán)輸出第一輸出 信號(hào)；
[0032] 第二乘法器，用于根據(jù)當(dāng)前輸出權(quán)值對(duì)所述第二原始數(shù)字信號(hào)加權(quán)輸出第二輸出 信號(hào)；
[0033] 加法器，用于根據(jù)第一輸出信號(hào)、第二輸出信號(hào)和當(dāng)前擾動(dòng)信號(hào)計(jì)算校準(zhǔn)誤差；
[0034] 輸出權(quán)值迭代模塊，用于根據(jù)所述校準(zhǔn)誤差W迭代方式調(diào)整輸出權(quán)值直至所述校 準(zhǔn)誤差小于預(yù)定闊值；
[0035] 第S寄存器，用于寄存所述當(dāng)前輸出權(quán)值。
[0036] 優(yōu)選地，所述第一擾動(dòng)信號(hào)和第二擾動(dòng)信號(hào)幅值相同，極性相反。
[0037] 通過(guò)增加校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源，并使得開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)基于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源輸出的數(shù)字 校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，可W提高校準(zhǔn)輸入信號(hào)的穩(wěn)定性，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，節(jié)省校準(zhǔn) 時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[003引通過(guò)W下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述W及其它目 的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：
[0039] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖3是圖2中的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的電路圖；
[0042] 圖4是圖2中的校準(zhǔn)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] W下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的各種實(shí)施例。在各個(gè)附圖中，相同的 元件采用相同或類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見，附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪 制。
[0045] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。一個(gè)14位精度的電荷再 分配型的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器SARADC包括；開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC、比較器COMP、控 制電路100W及校準(zhǔn)模塊200。
[0046] 控制電路100通過(guò)控制開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC中的開關(guān)的閉合和斷開，逐次 逼近輸入SARADC的模擬信號(hào)，得到所述模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的14位二進(jìn)制數(shù)化aw[13:0]，其 中，Draw[13]為最高有效位，Draw[0]為最低有效位。校準(zhǔn)模塊200將化aw[13:0]與權(quán)值 w[13:0]點(diǎn)乘后得到經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的數(shù)值Dout，其中，權(quán)值w[13:0] = (wl3，wl2，"w0)為一個(gè) 長(zhǎng)度為14的實(shí)數(shù)數(shù)組，權(quán)值w[13:0]在校準(zhǔn)模式下通過(guò)校準(zhǔn)得到。在校準(zhǔn)時(shí)需要一個(gè)不 斷變化的模擬輸入信號(hào)Vin，且對(duì)輸入信號(hào)Vin的幅度有一定要求，振幅太小或者太大都會(huì) 導(dǎo)致校準(zhǔn)失敗，最終導(dǎo)致SARADC不能正常工作。而在一般情況下，整個(gè)系統(tǒng)剛剛上電后， Vin是不確定的，其幅度是無(wú)法預(yù)料的，必須等整個(gè)系統(tǒng)能提供一個(gè)穩(wěn)定的Vin幅度后才能 開始ADC的校準(zhǔn)，該不僅會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度、浪費(fèi)時(shí)間、而且會(huì)增加系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。
[0047] 圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)用新型實(shí)施 例的14位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC、比較器COMP、控制電路 100、校準(zhǔn)模塊200W及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源300。
[0048] 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源300用于產(chǎn)生校準(zhǔn)信號(hào)，其為數(shù)字信號(hào)。在本實(shí)施例中，校準(zhǔn)信號(hào)可W 為供校準(zhǔn)使用的一個(gè)14位的二進(jìn)制數(shù)化[13:0]。容易理解，將校準(zhǔn)信號(hào)位數(shù)設(shè)定為14位 僅為方便說(shuō)明，校準(zhǔn)信號(hào)可W是任意位數(shù)的二級(jí)制數(shù)。
[0049] 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)源300可W是計(jì)數(shù)器，可W是偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，還可W是寄存器或其它 可W用于產(chǎn)生預(yù)定N位二進(jìn)制數(shù)的數(shù)字信號(hào)的部件。
[0化日]優(yōu)選地，校準(zhǔn)信號(hào)化[13:0]轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后大于0小于16383。更優(yōu)選地， 化[13:0]轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后大于1638小于14745。校準(zhǔn)信號(hào)被設(shè)定在上述范圍內(nèi)時(shí)，可W更 好地避免校準(zhǔn)失敗。
[0051] N位精度的開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC用于在校準(zhǔn)模式輸出表征所述二進(jìn)制數(shù)與 逐次逼近信號(hào)差值的模擬信號(hào)，并在所述模擬信號(hào)中加入擾動(dòng)信號(hào)。
[0052] 在正常工作模式下，開關(guān)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC首先采樣輸入信號(hào)Vin，然后再將 來(lái)自控制電路100的逐次逼近信號(hào)（為數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)與采樣得到的輸入信號(hào)