[发明专利]基于开关电容反馈数模转换的双坡积分模数转换器

说明书

本发明基于开关电容反馈数模转换的双坡积分模数转换器包括由开关电容反馈数模转换模块和电容构成的积分器、放大器、比较器、数字控制与计数模块、开关电容反馈数模转换模块，输入信号加在由开关电容反馈数模转换模块、电容构成的积分器上，数字控制与计数模块开始计数，在预定时间后，控制开关电容反馈数模转换模块将一个反极性参考电压加载在电容上，此时积分器的累积电荷和输入在这时间段的平均值成正比，参考电压的积分是斜率为VREF/RC的反斜坡，此时数字控制与计数模块从0计数，当积分器输出达到0时，计数停止，重置模拟电路。本发明，解决了积分器饱和后失效的问题，减少了电流在nA或pA级别时的误差，也缩小了芯片的面积。

技术领域

本发明属于电子电路领域，更具体地涉及一种基于开关电容反馈数模转换的双坡积分模数转换器。

背景技术

积分型模数转换器在低速、高精度测量领域有着广泛的应用，特别是在数字仪表测量领域积分型模数转换器有单积分和双积分两种转换方式，单积分模数转换器的工作原理是将被转换的电信号先变成一段时间间隔，然后再对时间间隔记数，从而间接的把模拟量转换成数字量的一种转换方法，它的主要缺陷是转换精度不高，主要受到斜坡电压发生器、比较器精度以及时钟脉冲稳定性的影响，为了提高积分型模数转换器在同样条件下的转换精度，可采用双积分型模数转换器，双积分模数转换器通过对模拟输入信号的两次积分，部分抵消了由于斜坡发生器所产生的误差，提高了转换精度双积分型模数转换器的特点表现在：精度较高，可以达到22位；抗干扰能力强，由于积分电容的作用，能够大幅抑止高频噪声。但是，它的转换速度较慢，转换精度随转换速率的增加而降低，所以这种转换器主要应用在低速的转换领域，如测量领域。

双积分模数转换器的重点就是其内部的积分器,而积分器的性能当然要看运放,还有,系统中起隔离作用的BUFFER也对系统的性能有影响。

具体双积分型模数转换器的结构如图1所示，输入信号加在积分器上，同时计数器开始计数。在预定的时间（T）后，一个反极性的参考电压加到积分器上。此时积分器的累积电荷和输入在这时间段（T）的平均值成正比。参考电压的积分是斜率为VREF/RC的反斜坡。此时计数器又从0计数。当积分器输出达到0时，计数停止，重置模拟电路。因为电荷的增加和VIN × T成正比，而同量的电荷丢失和VREF × tx 成正比，结果是相对于全刻度的计数值和tx/T= VIN/VREF成正比。如果计数器的输出是二进制数，这就是输入电压的二进制数表达。

传统的双坡积分模数转换器在测量高精度的电流传感器来时存在缺陷：1. 电流在nA或pA级别时很难转换成电压后再进行信号处理；2. R（电阻）和C（电容）形成的积分器在电流变化比较大时很容易进入饱和状态，模数转换器失去功能；3. 电阻或电容太大以后无法集成在很小的芯片上，尤其是手机类芯片上。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明为了解决电流在nA或pA级别时的误差、积分器饱和后失效以及芯片面积过大的问题，而提出了一种基于开关电容反馈数模转换的双坡积分模数转换器。

2、本发明所采用的技术方案。

基于开关电容反馈数模转换的双坡积分模数转换器，包括由开关电容反馈数模转换模块和电容构成的积分器、放大器、比较器、数字控制与计数模块、开关电容反馈数模转换模块，输入信号加在由开关电容反馈数模转换模块、电容构成的积分器上，数字控制与计数模块开始计数，在预定时间后，控制开关电容反馈数模转换模块将一个反极性参考电压加载在电容上，此时积分器的累积电荷和输入在这时间段的平均值成正比，参考电压的积分是斜率为VREF/RC的反斜坡，此时数字控制与计数模块从0计数，当积分器输出达到0时，计数停止，重置模拟电路。

更进一步，所述的预设时间是由数字控制与计数模块调控，从而控制积分时间。