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CN117938170A - 两步式模数转换电路、模数转换器及电子设备 - Google Patents

两步式模数转换电路、模数转换器及电子设备 Download PDF

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CN117938170A
CN117938170A CN202410095204.1A CN202410095204A CN117938170A CN 117938170 A CN117938170 A CN 117938170A CN 202410095204 A CN202410095204 A CN 202410095204A CN 117938170 A CN117938170 A CN 117938170A
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CN
China
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digital
analog
unit
voltage
value
Prior art date
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Pending
Application number
CN202410095204.1A
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English (en)
Inventor
鲁文高
王俊杰
王宸宇
张雅聪
陈中建
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.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
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Publication date
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种两步式模数转换电路、模数转换器以及电子设备，涉及集成电路领域。快闪式模数转换器利用电阻串辅助模块对输入电压进行粗量化，得到目标数字值中的高M位数字值以及产生温度计码值，并将高M位数字值传输至数字误差校正器，将温度计码值传输至逐次逼近模数转换器。逐次逼近模数转换器基于温度计码值确定粗量化后的余量，并结合电阻串辅助模块共同对余量进行细量化，得到目标数字值中的中L位数字值和低S位数字值，并传输至数字误差校正器。数字误差校正器对高M位数字值、中L位数字值和低S位数字值进行数字码对齐，输出对应差分输入电压的目标数字值。本发明在简化电路的同时降低功耗，提高CDAC的线性度，具有高精度的优势。

Description

两步式模数转换电路、模数转换器及电子设备
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种两步式模数转换电路、模数转换器以及电子设备。
背景技术
模数转换器(ADC)是连接物理世界和虚拟世界的关键桥梁。物联网系统的发展通常需要中高精度且高能效比的ADC。而逐次逼近模数转换器(SAR ADC)是目前被广泛应用的ADC。
SAR ADC内部大部分电路为数字模块，非常适用于集成电路先进工艺下的尺寸缩放，并且具有高能效的优势。但是其具有难以获得高精度的缺点，这主要是因为电容失配、比较器噪声等因素导致的。例如，为了减小6dB的比较器噪声，往往需要增大大约4倍的功耗。而采用前后台校准来减小电容失配，则会增大硬件代价。
因此，目前亟需提出一种低功耗且高精度的SAR ADC。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以提供解决上述问题或者部分地解决上述问题的一种两步式模数转换电路、模数转换器以及电子设备。
本发明实施例第一方面提供一种两步式模数转换电路，所述两步式模数电路包括：快闪式模数转换器、逐次逼近模数转换器以及数字误差校正器；所述快闪式模数转换器包括：电阻串辅助模块；
所述快闪式模数转换器利用所述电阻串辅助模块，对输入电压进行粗量化，得到目标数字值中的高M位数字值以及产生温度计码值，并将所述高M位数字值传输至所述数字误差校正器，将所述温度计码值传输至所述逐次逼近模数转换器；
所述逐次逼近模数转换器基于所述温度计码值，确定粗量化后的余量，并结合所述电阻串辅助模块共同对所述余量进行细量化，得到所述目标数字值中的中L位数字值和低S位数字值，并传输至所述数字误差校正器；
所述数字误差校正器对所述高M位数字值、所述中L位数字值和所述低S位数字值进行数字码对齐，输出对应所述差分输入电压的目标数字值。
可选地，所述电阻串辅助模块包括：第一串联单位电阻、第二串联单位电阻、第三串联单位电阻以及多个单位比较器；
所述第一串联单位电阻中的单位电阻数量与所述第二串联单位电阻中的单位电阻数量相同，均为3个；
所述第一串联单位电阻的一端接收电源电压，另一端与所述第三串联单位电阻的一端连接，所述第三串联单位电阻的另一端与所述第二串联单位电阻的一端连接，所述第二串联单位电阻的另一端接地；
所述第三串联单位电阻中的单位电阻数量由多个单位比较器的数量决定，每个单位比较器的反相端接收所述差分输入电压中的一路电压，同相端与一个单位电阻连接，且相邻单位比较器之间间隔两个单位电阻；
所有单位比较器各自输出1位温度计码值至所述逐次逼近模数转换器；
所有单位比较器各自输出1位温度计码值至转换模块，以将全部温度计码值转换为所述高M位数字值并传输至所述数字误差校正器；
其中，多个单位比较器的数量为：2M-2。
可选地，所述逐次逼近模数转换器包括：温度计电容式数模转换器、二进制电容式数模转换器、SAR比较器以及逻辑单元；
所述多位温度计码值和校准位码值组成控制码值传输至所述温度计电容式数模转换器，所述校准位码值来自于所述逻辑单元；
所述温度计电容式数模转换器基于所述控制码值、所述参考电压确定所述余量；
所述二进制电容式数模转换器基于所述逻辑单元发送的第一预测码值、所述参考电压、所述差分输入电压以及所述电阻串辅助模块产生的节点电压，产生第一差分模拟电压并传输至所述SAR比较器；
所述SAR比较器根据目标电压的大小产生输出信号并传输至所述逻辑单元，该目标电压为所述第一差分模拟电压与所述电阻串辅助模块产生的第二差分模拟电压之和；
所述逻辑单元根据所述SAR比较器的输出信号，产生新的第一预测码值，进而使得所述二进制电容式数模转换器产生新的第一差分模拟电压，直至所述目标电压等于所述余量时结束，以结束时对应的第一预测码值作为所述中L位数字值。
可选地，所述电阻串辅助模块根据所述逻辑单元发送的第二预测码值产生两个节点电压，并传输至所述二进制电容式数模转换器；
所述二进制电容式数模转换器基于所述第一预测码值、所述两个节点电压、所述参考电压、所述差分输入电压，产生所述第二差分模拟电压并传输至所述SAR比较器；
所述SAR比较器根据所述目标的大小产生输出信号并传输至所述逻辑单元；
所述逻辑单元根据所述SAR比较器的输出信号，产生新的第二预测码值，进而使得所述二进制电容式数模转换器产生新的第二差分模拟电压，直至所述目标电压等于所述余量时结束，以结束时对应的第二预测码值作为所述低S位数字值。
可选地，所述电阻串辅助模块还包括：多个开关；
多个所述开关中的第一开关的第一端接收所述电源电压；
除所述第一开关以外的其余开关，以两个开关并联作为一个开关组；
每个开关组中的第二开关、第三开关各自的第一端均与单位电阻的下端连接，所述下端为所述单位电阻远离电源电压端的一端；
所有开关组中第二开关的第二端短接后输出所述两个节点电压中的一个节点电压至所述二进制电容式数模转换器；
所有开关组中第三开关的第二端短接后再与第一开关的第二端短接，并出所述两个节点电压中的另一个节点电压至所述二进制电容式数模转换器。
可选地，所述校准位码值先由所述逻辑单元预测产生，然后再根据所述比较器的比较结果来调整，以确认正确的码值。
可选地，所述多个开关根据所述第二预测码值分别闭合或者断开，以在所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端分别产生两个节点电压。
可选地，所述二进制电容式数模转换器中最小单位电容的一端接收基准电压，另一端通过三选一开关接收所述两个节点电压、所述差分输入电压或者所述参考电压；
除最小单位电容以外的其余电容的一端接收所述基准电压，另一端通过三选一开关接收所述差分输入电压、所述参考电压或者接地。
本发明实施例第二方面提供一种模数转换器，所述模数转换器包括如第一方面任一所述的两步式模数转换电路。
本发明实施例第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：如第二方面所述的模数转换器。
本发明提供的两步式模数转换电路，包括：快闪式模数转换器、逐次逼近模数转换器以及数字误差校正器；快闪式模数转换器包括：电阻串辅助模块。其中，快闪式模数转换器利用电阻串辅助模块，对输入电压进行粗量化，得到目标数字值中的高M位数字值以及产生温度计码值，并将高M位数字值传输至数字误差校正器，将温度计码值传输至逐次逼近模数转换器。
逐次逼近模数转换器基于温度计码值，确定粗量化后的余量，并结合电阻串辅助模块共同对余量进行细量化，得到目标数字值中的中L位数字值和低S位数字值，并传输至数字误差校正器。最后由数字误差校正器对高M位数字值、中L位数字值和低S位数字值进行数字码对齐，输出对应差分输入电压的目标数字值。
本发明所提两步式模数转换电路，基于电阻串辅助的两步式量化方案，电阻串辅助模块产生温度计码直接控制温度计CDAC开关，在简化电路的同时，也提高了整个CDAC的线性度，具有高精度的优势。控制码值直接通过温度计CDAC生成了粗量化后的余量信号，相较于传统的两级流水线型ADC省去了级间放大器，节省了功耗降低了设计难度。由于内部绝大部分为数字模块，省去了对于级间放大器的要求，可以受益于集成电路的工艺尺寸缩小带来的优势，具有较高的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统SAR ADC的架构为例；
图2是另一种传统的两级流水线型ADC的架构；
图3是一种传统的基于OPA的级间放大器的结构；
图4是本发明实施例中两步式模数转换电路的架构图；
图5是本发明实施例中一种示例性的电阻串辅助模块的电路结构示意图；
图6是本发明实施例中一种较优的两步式模数转换电路的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人发现，目前传统的SAR ADC具有难以获得高精度的缺点，而想要达到高精度则需要增大功耗。例如以图1所示的传统SAR ADC的架构为例，其内部主要有电容式数模转换器CDAC、SAR逻辑SAR logic、比较器CMP。在转换期间根据数字代码值调整输出端的模拟信号。采用SAR ADC方案具有高能效的显著优点，但是由于电容式数模转换器CDAC中单位电容失配、比较器CMP噪声等因素其被限制在中等精度。
另一种传统的方案是两级流水线型ADC，其结构参照图2所示。两级流水线型ADC中的快闪式模数转换器虽然可以加快转换速度，但是需要消耗大量的功耗。并且该结构中需要采用基于运算放大器的级间放大器AV，级间放大器AV在限制了带宽的同时，也存在能效与精度之间的折中。例如图3所示的一种传统的基于OPA(运算放大器)的级间放大器的结构，还种结构在限制了带宽的同时，也存在能效与精度之间的折中。
此外，有些新型的级间放大器虽然提高了两级流水线型ADC的整体能效比。但是往往有PVT敏感性的问题，也即因工艺、电压和温度变化引起的级间放大器性能受影响下降的问题。
针对上述问题，发明人经过深入研究，创造性提出了本发明的一种两步式模数转换电路、模数转换器以及电子设备。以下对本发明所提技术方案进行详细解释和说明。
本发明的两步式模数转换电路包括：快闪式模数转换器、逐次逼近模数转换器以及数字误差校正器；快闪式模数转换器包括：电阻串辅助模块。其中，快闪式模数转换器利用电阻串辅助模块，对输入电压进行粗量化，得到目标数字值中的高M位数字值以及产生温度计码值，并将高M位数字值传输至数字误差校正器，将温度计码值传输至逐次逼近模数转换器。
逐次逼近模数转换器基于温度计码值，确定粗量化后的余量，并结合电阻串辅助模块共同对余量进行细量化，得到目标数字值中的中L位数字值和低S位数字值，并传输至数字误差校正器。最后由数字误差校正器对高M位数字值、中L位数字值和低S位数字值进行数字码对齐，输出对应差分输入电压的目标数字值。例如：以转换为16bit数字值为例，那么可以由粗量化得到高5bit位数字值，由细量化得到中5bit位数字值和低6bit位数字值。当然具体的M位、L位、S位由实际需求决定。
参照图4，示出了本发明实施例两步式模数转换电路的架构图，图4中Vin表示差分输入电压，其传输至、快闪式模数转换器Flash ADC(电阻串辅助模块未示出)和逐次逼近模数转换器SAR ADC，再由快闪式模数转换器Flash ADC实现粗量化得到高M位数字值，粗量化后的余量由逐次逼近模数转换器SAR ADC、电阻串辅助模块实现细量化得到中L位数字值和低S位数字值，分别传输至数字误差校正器Digital error correction进行数字码对齐，输出对应差分输入电压Vin的目标数字值Dout。
对于电阻串辅助模块，其是在传统快闪式模数转换器的结构基础上进行了改进，具体包括：第一串联单位电阻、第二串联单位电阻、第三串联单位电阻以及多个单位比较器。
第一串联单位电阻中的单位电阻数量与第二串联单位电阻中的单位电阻数量相同，均为3个；也即第一串联单位电阻和第二串联单位电阻都是由3个单位电阻串联形成。
第一串联单位电阻的一端接收电源电压，另一端与第三串联单位电阻的一端连接，第三串联单位电阻的另一端与第二串联单位电阻的一端连接，第二串联单位电阻的另一端接地。
第三串联单位电阻中的单位电阻数量由多个单位比较器的数量决定，每个单位比较器的反相端接收差分输入电压中的一路电压，同相端与一个单位电阻连接，且相邻单位比较器之间间隔两个单位电阻。
基于上述电阻串辅助模块的结构，其所有单位比较器各自输出1位温度计码值至逐次逼近模数转换器；所有单位比较器各自输出1位温度计码值至转换模块，该转化模块可以将全部温度计码值转换为高M位数字值并传输至数字误差校正器；其中，多个单位比较器的数量为：2M-2。
为了更好的理解上述电阻串辅助模块的结构，参照图5所示的一种示例性的电阻串辅助模块的电路结构示意图，图5中以M为5为例，则多个单位比较器的数量为：25-2＝30个。图5中示例性的示出了30个单位比较器中的首尾两个单位比较器CMP2、CMP30，其各自输出1位温度计码值V＜2＞、V＜30＞至逐次逼近模数转换器，而所有单位比较器CMP2～CMP30输出的温度计码值V＜2＞～V＜30＞传输至转化模块Z，该转化模块Z可以将全部温度计码值V＜2＞～V＜30＞转换为高5位数字值并传输至数字误差校正器需要说明的是，将温度计码值转换为数字值的方式可以采用已知的多种方式，不一一赘述。需要说明的是转化模块Z可以设置在电阻串辅助模块内部，当然也可以设置在电阻串辅助模块外部。只要其完成自身的功能即可。
此外，图5中第一串联单位电阻即为单位比较器CMP31上方的3个串联电阻，第二串联单位电阻即为单位比较器CMP2下方的3个串联电阻。除此以外的单位电阻形成第三串联单位电阻。每个单位比较器的反相端接收差分输入电压中的一路电压VIN，同相端与一个单位电阻连接，且相邻单位比较器之间间隔两个单位电阻(图5中为了图示的简洁未示出多个间隔的两个电阻的结构)。至于开关S1、S2、S3的含义在下文中说明，先不赘述。
对于逐次逼近模数转换器，其是在传统逐次逼近模数转换器的基础上进行改进得到，较优的结构包括：温度计电容式数模转换器、二进制电容式数模转换器、SAR比较器以及逻辑单元。
新增的温度计电容式数模转换器，其基于控制码值工作，而控制码值是多位温度计码值和校准位码值组成，以前述30位温度计码值为例，其和校准位码值组成31为控制码值，控制温度计电容式数模转换器。所述校准位码值来自于逻辑单元。校准位码值的确定，和前述的方式类似，首先由逻辑单元预测产生一个码值，然后再根据SAR比较器的比较结果来调整，以确认正确的码值。
温度计电容式数模转换器基于控制码值、参考电压确定粗量化后的余量。为了更好的理解上述逐次逼近模数转换器，参照图6所示的一种较优的两步式模数转换电路的电路结构图。图6中以转换16bit数字值为例，具体示出了电阻串辅助模块A的结构、温度计电容式数模转换器TCDAC的结构、二进制电容式数模转换器BCDAC的结构。分别用三个虚框框出。
控制码值传输至温度计电容式数模转换器TCDAC，其基于具体的控制码值、参考电压VREF确定粗量化后的余量。再由二进制电容式数模转换器BCDAC的结构结合SAR比较器CMP1、逻辑单元SAR Logic进行细量化。
温度计电容式数模转换器TCDAC中上、下两条支路结构完全相同，每条支路均有31个目标电容组成，每个目标电容的容值均为32CU，CU为单位电容的容值。
二进制电容式数模转换器BCDAC中上、下两条支路结构也完全相同，每条支路的电容数量和容值按照中L位数字值的大小决定，图6中以L＝5为例，则二进制电容式数模转换器BCDAC中每条支路的共有6个电容，其容值依次为CU、CU、2CU、4CU、8CU、16CU。
二进制电容式数模转换器BCDAC在工作过程中，首先基于逻辑单元SAR Logic发送的第一预测码值，图6中示例性以5bit表示该第一预测码值、参考电压VREF、差分输入电压VIN、VIP以及电阻串辅助模块产生的节点电压VK、VKN，产生第一差分模拟电压并传输至SAR比较器CMP1。
SAR比较器CMP1根据目标电压的大小产生输出信号并传输至逻辑单元SAR Logic，该目标电压为第一差分模拟电压与电阻串辅助模块A产生的第二差分模拟电压之和。
所述逻辑单元SAR Logic根据SAR比较器CMP1的输出信号，产生一个新的第一预测码值，进而使得二进制电容式数模转换器BCDAC产生新的第一差分模拟电压。这个发送第一预测码值产生第一差分模拟电压，再产生输出信号和新的第一预测码值、新的第一差分模拟电压的过程反复进行，直至目标电压等于余量时结束，以结束时对应的第一预测码值作为中L位数字值。并且，在上述重复进行的过程中，电阻串辅助模块也在配合的重复，这样才可以使得目标电压等于余量。具体的：
电阻串辅助模块A根据逻辑单元SAR Logic发送的第二预测码值产生两个节点电压VK、VKN，并传输至二进制电容式数模转换器BCDAC；二进制电容式数模转换器BCDAC基于第一预测码值、两个节点电压VK、VKN、参考电压VREF、差分输入电压VIN、VIP，产生第二差分模拟电压并传输至SAR比较器CMP1。
SAR比较器CMP1根据目标的大小产生输出信号并传输至逻辑单元SAR Logic；逻辑单元根据SAR比较器CMP1的输出信号，产生新的第二预测码值，进而使得二进制电容式数模转换器BCDAC产生新的第二差分模拟电压，同样的，这个过程与前述过程同步反复进行，直至目标电压等于余量时结束，以结束时对应的第二预测码值作为低S位数字值。
由图6所示可知：电阻串辅助模块还包括：多个开关；多个开关中的第一开关S1的第一端接收电源电压；除第一开关S1以外的其余开关，以两个开关并联作为一个开关组。例如图6中第二开关S2和第三开关S3并联作为一个开关组。
每个开关组中的第二开关S2、第三开关S3各自的第一端均与单位电阻的下端连接，该下端为单位电阻远离电源电压端的一端。
所有开关组中第二开关S2的第二端短接后输出两个节点电压中的一个节点电压VK至二进制电容式数模转换器BCDAC。所有开关组中第三开关S3的第二端短接后再与第一开关S1的第二端短接，并出两个节点电压中的另一个节点电压VKN至二进制电容式数模转换器BCDAC。
在控制上，多个开关根据第二预测码值(D＜6:1＞)分别闭合或者断开，以在第一开关S1的第二端、第二开关S2的第二端分别产生两个节点电压VKN、VK。
而二进制电容式数模转换器BCDAC中最小单位电容CU(即BCDAC虚框中最左边的电容)的一端接收基准电压VCM，另一端通过三选一开关接收两个节点电压VKN、VK、差分输入电压VIN、VIP或者参考电压VREF。
而除最小单位电容以外的其余电容(即剩下的容值分别为CU、2CU、4CU、8CU、16CU的5个电容)的一端接收基准电压VCM，另一端通过三选一开关接收差分输入电压VIN、VIP、参考电压VREF或者接地。
而图6中示出的开关AD、开关SH是由外部控制单元发送的控制信号来控制闭合或者断开。两者互为反信号，因此当开关AD闭合时，开关SH断开；当开关AD断开时，开关SH闭合。
通过上述结构，整个电路结构绝大部分为数字模块，省去了对于级间放大器的要求，可以受益于集成电路的工艺尺寸缩小带来的优势。采用了电容电阻混合型数模转换器，且其高M位为温度计码权重，获得了CDAC的高线性度，进而具有高精度的优势。
基于上述两步式模数转换电路，本发明实施例还提供一种模数转换器，所述模数转换器包括如上任一所述的两步式模数转换电路。
基于上述两步式模数转换电路，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括：如上所述的模数转换器。
通过上述实施例，本发明两步式模数转换电路，基于电阻串辅助的两步式量化方案，电阻串辅助模块产生温度计码直接控制温度计CDAC开关，在简化电路的同时，也提高了整个CDAC的线性度，具有高精度的优势。控制码值直接通过温度计CDAC生成了粗量化后的余量信号，相较于传统的两级流水线型ADC省去了级间放大器，节省了功耗降低了设计难度。由于内部绝大部分为数字模块，省去了对于级间放大器的要求，可以受益于集成电路的工艺尺寸缩小带来的优势，具有较高的实用性。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种两步式模数转换电路，其特征在于，所述两步式模数电路包括：快闪式模数转换器、逐次逼近模数转换器以及数字误差校正器；所述快闪式模数转换器包括：电阻串辅助模块；
所述快闪式模数转换器利用所述电阻串辅助模块，对输入电压进行粗量化，得到目标数字值中的高M位数字值以及产生温度计码值，并将所述高M位数字值传输至所述数字误差校正器，将所述温度计码值传输至所述逐次逼近模数转换器；
所述逐次逼近模数转换器基于所述温度计码值，确定粗量化后的余量，并结合所述电阻串辅助模块共同对所述余量进行细量化，得到所述目标数字值中的中L位数字值和低S位数字值，并传输至所述数字误差校正器；
所述数字误差校正器对所述高M位数字值、所述中L位数字值和所述低S位数字值进行数字码对齐，输出对应所述差分输入电压的目标数字值。
2.根据权利要求1所述的两步式模数电路，其特征在于，所述电阻串辅助模块包括：第一串联单位电阻、第二串联单位电阻、第三串联单位电阻以及多个单位比较器；
所述第一串联单位电阻中的单位电阻数量与所述第二串联单位电阻中的单位电阻数量相同，均为3个；
所述第一串联单位电阻的一端接收电源电压，另一端与所述第三串联单位电阻的一端连接，所述第三串联单位电阻的另一端与所述第二串联单位电阻的一端连接，所述第二串联单位电阻的另一端接地；
所述第三串联单位电阻中的单位电阻数量由多个单位比较器的数量决定，每个单位比较器的反相端接收所述差分输入电压中的一路电压，同相端与一个单位电阻连接，且相邻单位比较器之间间隔两个单位电阻；
所有单位比较器各自输出1位温度计码值至所述逐次逼近模数转换器；
所有单位比较器各自输出1位温度计码值至转换模块，以将全部温度计码值转换为所述高M位数字值并传输至所述数字误差校正器；
其中，多个单位比较器的数量为：2M-2。
3.根据权利要求1所述的两步式模数转换电路，其特征在于，所述逐次逼近模数转换器包括：温度计电容式数模转换器、二进制电容式数模转换器、SAR比较器以及逻辑单元；
所述多位温度计码值和校准位码值组成控制码值传输至所述温度计电容式数模转换器，所述校准位码值来自于所述逻辑单元；
所述温度计电容式数模转换器基于所述控制码值、所述参考电压确定所述余量；
所述二进制电容式数模转换器基于所述逻辑单元发送的第一预测码值、所述参考电压、所述差分输入电压以及所述电阻串辅助模块产生的节点电压，产生第一差分模拟电压并传输至所述SAR比较器；
所述SAR比较器根据目标电压的大小产生输出信号并传输至所述逻辑单元，该目标电压为所述第一差分模拟电压与所述电阻串辅助模块产生的第二差分模拟电压之和；
所述逻辑单元根据所述SAR比较器的输出信号，产生新的第一预测码值，进而使得所述二进制电容式数模转换器产生新的第一差分模拟电压，直至所述目标电压等于所述余量时结束，以结束时对应的第一预测码值作为所述中L位数字值。
4.根据权利要求3所述的两步式模数转换电路，其特征在于，所述电阻串辅助模块根据所述逻辑单元发送的第二预测码值产生两个节点电压，并传输至所述二进制电容式数模转换器；
所述二进制电容式数模转换器基于所述第一预测码值、所述两个节点电压、所述参考电压、所述差分输入电压，产生所述第二差分模拟电压并传输至所述SAR比较器；
所述SAR比较器根据所述目标的大小产生输出信号并传输至所述逻辑单元；
所述逻辑单元根据所述SAR比较器的输出信号，产生新的第二预测码值，进而使得所述二进制电容式数模转换器产生新的第二差分模拟电压，直至所述目标电压等于所述余量时结束，以结束时对应的第二预测码值作为所述低S位数字值。
5.根据权利要求4所述的两步式模数转换电路，其特征在于，所述电阻串辅助模块还包括：多个开关；
多个所述开关中的第一开关的第一端接收所述电源电压；
除所述第一开关以外的其余开关，以两个开关并联作为一个开关组；
每个开关组中的第二开关、第三开关各自的第一端均与单位电阻的下端连接，所述下端为所述单位电阻远离电源电压端的一端；
所有开关组中第二开关的第二端短接后输出所述两个节点电压中的一个节点电压至所述二进制电容式数模转换器；
所有开关组中第三开关的第二端短接后再与第一开关的第二端短接，并出所述两个节点电压中的另一个节点电压至所述二进制电容式数模转换器。
6.根据权利要求5所述的两步式模数转换电路，其特征在于，所述校准位码值先由所述逻辑单元预测产生，然后再根据所述比较器的比较结果来调整，以确认正确的码值。
7.根据权利要求5所述的两步式模数转换电路，其特征在于，所述多个开关根据所述第二预测码值分别闭合或者断开，以在所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端分别产生两个节点电压。
8.根据权利要求3所述的两步式模数转换电路，其特征在于，所述二进制电容式数模转换器中最小单位电容的一端接收基准电压，另一端通过三选一开关接收所述两个节点电压、所述差分输入电压或者所述参考电压；
除最小单位电容以外的其余电容的一端接收所述基准电压，另一端通过三选一开关接收所述差分输入电压、所述参考电压或者接地。
9.一种模数转换器，其特征在于，所述模数转换器包括如权利要求1-8任一所述的两步式模数转换电路。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：如权利要求9所述的模数转换器。
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CN119135180A (zh) * 2024-09-10 2024-12-13 北京大学 一种模数转换电路和电子设备

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