[发明专利]积分型模数转换器转移特性的调节系统及方法

说明书

本发明提供了一种积分型数模转换器转移特性的调节系统及方法，具该系统有N个积分器构成级联N级积分器结构，每个积分器的输出端与其相邻的积分器的输入端相连接，第一个积分器的输入端接输入电压，第N个积分器的输出端接输出节点(VRAMP)，其中，N为大于或等于2的正整数；级联N级积分器中，输出节点(VRAMP)的电压的变化与时间的N次方呈正比关系。本发明利用级联多级积分器实现方式简单，后续数字信号处理更方便，可以减小ADC的转换时间，提升ADC转换速率；相对于已有的折线方式，本发明的线性度更好；而且很容易扩展至级联多级积分器。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种积分型模数转换器转移特性的调节系统及方法。

背景技术

积分型模数转换器(ADC)由于其结构简单，精度较高，在现在的一些芯片中，特别是传感器芯片中，得到了较广泛的应用。然而由于其转换速率慢的缺点导致很多时候需要对传统的积分型ADC做一些改进以适合系统的需求，这种改进通常是牺牲ADC某方面的性能以换取另一方面性能的提升，以期整个系统能表现出更好的性能。

图1是传统的积分型ADC的主要结构示意图，主要由比较器(COMP)、计数器(COUNTER)以及可能需要的存储数字信号的存储器(RAM)。其工作原理如图2所示，其中红色线条表示的VIN为ADC的输入信号，黑色线条表示的VRAMP信号为ADC的参考电压信号。其中t1时刻为时序周期起始时刻，t2为VRAMP电压开始随时间上升的时刻，t3为输入VIN与VRAMP电压相交的时刻，t4为VRAMP电压随时间上升阶段的结束时刻，t2至t4时间VRAMP电压上升的电压大小设为VFS，即为ADC的满量程输入范围，t5为时序周期结束时刻，一个ADC的转换周期为t1至t5时间，即T时间。ADC量化的模拟输入信号为VIN信号和VRAMP信号初始电压(即t1～t2时间的保持恒定的电压)之差，设为ΔVIN，ADC中的计数器在t2时刻开始从0开始以固定时钟(设为CLK)计数，直至t3时刻比较器翻转结束计数，则此时输入ΔVIN时ADC输出为

其中N为ADC的分辨率。

最后，这种ADC的输入输出转移特性可表示为

ΔVIN＝kv*DN (2)

其中ΔVIN为输入信号，DN为ADC最终转换出的数字码，kv为一个固定的系数，由ADC的分辨率及最大输入信号幅度决定(即为①式中的VFS/2N)。

图3为图2中VRAMP参考电压的传统产生方式，即使用积分器或DAC产生，一般包括输入参考电压端口VREF、输出电压端口VOUT以及时序控制信号(图中未标出)，通过时序信号控制输出VOUT为恒定的初始电压，还是随时间线性变化的电压信号，输出电压VOUT即为积分型ADC的参考电压VRAMP，在随时间线性变化时，有

VRAMP＝k*Vref*t (3)

其中Vref为积分器或DAC的输入参考电压，为恒定值，t为时间，k为恒定的系数，与积分器或DAC参数设置有关。使用此参考电压的积分型ADC的输入输出转移特性如(2)式所示。