【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，具體的說是分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其方法。
技術(shù)介紹
1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常可以分為直接型和間接型兩種。在直接型模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種中分辨率、中等速度且結(jié)構(gòu)簡單的類型。
2、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字化程度高、功耗低等優(yōu)點。具體地說，逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)只包括移位寄存器、比較器和電容陣列，不需要提供增益的電路，因此能夠應(yīng)用在傳感器、便攜式設(shè)備及生物信號采集等低功耗的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
3、但是，隨著現(xiàn)有技術(shù)中電子元件工藝尺寸的逐漸縮減，數(shù)字電路的功耗所占的比例不斷減小，而純模擬電路的逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗卻很難隨著工藝的進(jìn)步而減小，導(dǎo)致限制了逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的適用范圍。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)提供一種分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其方法，通過分區(qū)休眠的方式降低了電容單元所需的能耗，減少了單位電容數(shù)量，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器整體功耗得以減小。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的具體方案為：
3、分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：
4、正相轉(zhuǎn)換電容陣列，包括正相高電容陣列和正相低電容陣列；
5、反相轉(zhuǎn)換電容陣列，包括反相高電容陣列和反相低電容陣列；
6、正相高電容陣列、正相低電容陣列、反相高電容陣列和反相低電容陣列均包括多個按序排
7、在多個按序排列的電容單元中，第一個電容單元包括兩個單位電容和一個擴(kuò)展電容，并且兩個單位電容并聯(lián)后與擴(kuò)展電容串聯(lián)，擴(kuò)展電容的容值為單位電容的二倍，第二個電容單元包括一個單位電容，從第三個電容單元開始后一個電容單元包括前一個電容單元的全部以及一個容值等于前一個電容單元總?cè)葜档母咧惦娙荩?/p>
8、采樣模塊，用于從所有電容單元的頂板上對輸入信號進(jìn)行初始采樣；
9、比較器，用于對輸入信號或者正相轉(zhuǎn)換電容陣列與反相轉(zhuǎn)換電容陣列的狀態(tài)進(jìn)行比較并且輸出位數(shù)據(jù)；
10、移位寄存器，用于存儲位數(shù)據(jù)；
11、狀態(tài)切換模塊，用于與橋接開關(guān)配合控制所有電容單元的電路連接狀態(tài)，電路連接狀態(tài)包括連接狀態(tài)和電壓狀態(tài)。
12、優(yōu)選的，所述正相高電容陣列、所述正相低電容陣列、所述反相高電容陣列和所述反相低電容陣列均包括n-3個按序排列的所述電容單元，其中n為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
13、優(yōu)選的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括兩個電源模塊，所述狀態(tài)切換模塊包括多個狀態(tài)切換單元，電源模塊通過狀態(tài)切換單元與所述電容單元對應(yīng)連接。
14、優(yōu)選的，所述狀態(tài)切換單元包括多個切換開關(guān)，切換開關(guān)與所述電容單元中的電容對應(yīng)連接。
15、優(yōu)選的，所述電源模塊包括接地端gnd、參考電壓端vref和共模電壓端vcm。
16、分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，基于上述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述方法包括如下步驟：
17、利用所述采樣模塊對所述輸入信號進(jìn)行初始采樣；
18、對所有所述電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第一次調(diào)整，使將第一個電容單元與所述比較器連接，并且由比較器對輸入信號進(jìn)行第一次比較后輸出位數(shù)據(jù)d0；
19、基于d0對電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第二次調(diào)整，改變第一個電容單元的電壓狀態(tài)，并且在調(diào)整后由比較器進(jìn)行第二次比較后輸出位數(shù)據(jù)d1；
20、基于d1對正相低電容陣列和反相低電容陣列中電容單元的電壓狀態(tài)進(jìn)行第三次調(diào)整，并且在調(diào)整后由比較器進(jìn)行第三次比較后輸出位數(shù)據(jù)d2；
21、基于d0、d1和d2對所有電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第四次調(diào)整，并且在調(diào)整后由比較器進(jìn)行第四次比較后輸出位數(shù)據(jù)d3；
22、基于d2和d3對所有電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第五次調(diào)整，并且在調(diào)整后由比較器進(jìn)行第五次比較后輸出位數(shù)據(jù)d4；
23、基于d2和dn-2對所有電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第n次調(diào)整，并且在調(diào)整后由比較器進(jìn)行第n次比較后輸出位數(shù)據(jù)dn-1，直到得到位數(shù)據(jù)dn-1，其中n為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
24、優(yōu)選的，利用所述采樣模塊對所述輸入信號進(jìn)行初始采樣時，所述正相高電容陣列和所述反相高電容陣列中所有的所述電容單元的電壓狀態(tài)調(diào)整為vref，所述正相低電容陣列和所述反相低電容陣列中的所有電容單元的電壓狀態(tài)調(diào)整為gnd。
25、優(yōu)選的，對所有所述電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第一次調(diào)整的方法包括：
26、在多個所述電容單元中，利用所述狀態(tài)切換模塊將除第一個電容單元之外的所有電容單元的連接狀態(tài)切換至斷開。
27、優(yōu)選的，基于d0對電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第二次調(diào)整的具體方法包括：
28、若d0=1，利用所述狀態(tài)切換模塊將所述正相低電容陣列和所述反相高電容陣列中的第一個所述電容單元的連接狀態(tài)切換至斷開，若d0=0，將所述正相高電容陣列和所述反相低電容陣列中的第一個所述電容單元的連接狀態(tài)切換至斷開；
29、將連接狀態(tài)保持為連接的第一個電容單元的電壓狀態(tài)調(diào)整為vcm。
30、優(yōu)選的，每生成一個位數(shù)據(jù)，將位數(shù)據(jù)按序存入到所述移位寄存器中。
31、本專利技術(shù)設(shè)采用了電容陣列分區(qū)休眠的技術(shù)，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器僅需使用一半的電源電壓即可處理相同的輸入信號擺幅，因此極大程度上降低了所需的能耗，減少了單位電容數(shù)量，優(yōu)化了電容陣列的開關(guān)切換方案，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器整體功耗得以減小；
32、本專利技術(shù)對于n位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可自由調(diào)節(jié)所需輸出的分辨率，即可以在5-n位的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，靈活度更高，適用范圍更加廣泛。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述正相高電容陣列、所述正相低電容陣列、所述反相高電容陣列和所述反相低電容陣列均包括N-3個按序排列的所述電容單元，其中N為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括兩個電源模塊，所述狀態(tài)切換模塊包括多個狀態(tài)切換單元，電源模塊通過狀態(tài)切換單元與所述電容單元對應(yīng)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述狀態(tài)切換單元包括多個切換開關(guān)，切換開關(guān)與所述電容單元中的電容對應(yīng)連接。
5.如權(quán)利要求3所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電源模塊包括接地端gnd、參考電壓端Vref和共模電壓端Vcm。
6.分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，基于如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述方法包
7.如權(quán)利要求6所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，利用所述采樣模塊對所述輸入信號進(jìn)行初始采樣時，所述正相高電容陣列和所述反相高電容陣列中所有的所述電容單元的電壓狀態(tài)調(diào)整為Vref，所述正相低電容陣列和所述反相低電容陣列中的所有電容單元的電壓狀態(tài)調(diào)整為gnd。
8.如權(quán)利要求6所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，對所有所述電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第一次調(diào)整的方法包括：
9.如權(quán)利要求8所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，基于D0對電容單元的電路連接狀態(tài)進(jìn)行第二次調(diào)整的具體方法包括：
10.如權(quán)利要求6所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，每生成一個位數(shù)據(jù)，將位數(shù)據(jù)按序存入到所述移位寄存器中。
...【技術(shù)特征摘要】
1.分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述正相高電容陣列、所述正相低電容陣列、所述反相高電容陣列和所述反相低電容陣列均包括n-3個按序排列的所述電容單元，其中n為所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括兩個電源模塊，所述狀態(tài)切換模塊包括多個狀態(tài)切換單元，電源模塊通過狀態(tài)切換單元與所述電容單元對應(yīng)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述狀態(tài)切換單元包括多個切換開關(guān)，切換開關(guān)與所述電容單元中的電容對應(yīng)連接。
5.如權(quán)利要求3所述的分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電源模塊包括接地端gnd、參考電壓端vref和共模電壓端vcm。
6.分區(qū)休眠式可調(diào)分辨率的電容陣列...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡云峰，唐彬，蔡佳祺，游宇涵，林錦宏，黃慶明，袁冰冰，胡夢思，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)中山學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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