[发明专利]一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种数模转换器，尤其是涉及一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路。

背景技术

数模转换器（DAC）是一种将输入的数字信号转换成模拟信号输出的器件，数模转换器从出现开始，经历了分立器件搭建、通用集成电路模块与分立器件搭建、单片系统集成等几个发展阶段。在速度、精度的提高以及成本的降低上都取得了长足进步，但传统的电荷标定型数模转换器依然存在明显的不足。

传统的电荷标定型数模转换器结构如图1所示，通常由一个开关阵列，一个二进制加权电容阵列，一个运算放大器组成。其工作原理如下：模数转换器将输入的数字信号转换成模拟电压信号需要经历两个阶段：第一阶段：在时钟相位φ1时，所有用作二进制的电容都由参考电压（VREF）充电，输出保持为前一时钟相位所获得的电压值。第二阶段：在时钟相位φ2时，开关与地相接，电容上存储的电荷转移到输出电容2¹²C上。通过电荷再分配，输出电压是参考电压（VREF）的二进制部分值之和。

传统的电荷标定型数模转换器虽然其结构简单，并且能实现较高的精度。但仍存在以下不足之处：

（1）为了实现12位的精度，电容阵列的总电容值将达到2¹²C，导致电容数量极多，面积很大且不容易实现版图匹配；

（2）其量化范围固定为0到参考电压（VREF），无法实现可调节，不利于满足多应用的需要。

（3）在实现输入数字信号到模拟电压信号的转换需要经历两个阶段，因此，需要两相时钟，复杂度增大，且容易在输出端引入较大的毛刺。

（4）通过电容上电荷再分配实现输入数字量到模拟电压量的转换，因此，电容阵列输出端的寄生电容对其精度影响较大。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路。在芯片正常工作过程中，可以实现将12位输入数字信号转换为与之对应的模拟电压值，同时在保证精度的前提下缩小所需的芯片面积，一定程度上降低成本及功耗。本发明可广泛应用于信号采集和处理，通信系统和多媒体等技术领域。

为了解决上述技术问题，本发明一种量化范围可调的12位分段电容数模转换器电路，由一个数字校准电路、一个开关阵列、一个分段电容阵列以及一个跟随器组成；所述分段电容阵列的输出端有容值恒定的寄生电容，所述数字校准电路设置在所述分段电容阵列的输入端，通过所述数字核准电路将输入12位数字信号转换成另一12位数字信号，从而将寄生电容对输出电压的影响补偿到输入端；所述分段电容阵列包括带有冗余电容的低6位电容阵列以及不带冗余电容的高6位电容阵列两部分；利用一个容值为64/63C的桥结电容将该两部分电容阵列分隔开，所述桥结电容与低6位电容阵列串联后的对地等效电容值与所述高6位电容阵列中最低位电容值相等；对于一个12位的输入数字信号，此分段电容阵列的输出电压值为：

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