[发明专利]一种适应性噪声成形逐次逼近型数据转换器

说明书

本发明公开了一种适应性噪声成形逐次逼近型数据转换器，包括：开关电容阵列、开关电路、电源门控环路滤波器、比较器、控制逻辑电路以及事件检测逻辑电路。当未检测到输入事件时，本发明数据转换器工作在常规逐次逼近模式待机，并检测是否有输入事件发生，此时，由于环路滤波器处于关断状态，数据转换器消耗能耗较少；当检测到输入事件时，本发明数据转换器工作在噪声成形逐次逼近模式，从而实现高精度转换输入信号。因此，本发明可对稀疏性信号进行动态适应，实现低功耗待机，高精度转换的优点。

技术领域

本发明属于CMOS偏置电路技术领域，具体涉及一种适应性噪声成形逐次逼近型数据转换器。

背景技术

模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)是一种能将模拟信号转换成数字信号的电子器件，由于自然界中的大部分物理信号以模拟信号的形式存在，而计算机系统擅于高效率处理数字信号，因此为了对物理信号进行高效率处理，模数转换器必不可少。

模数转换器根据其转换机理可以分为不同的类型，其中逐次逼近型(SuccessiveApproximation Register，SAR)ADC是一种低功耗、中等精度的ADC结构。一方面，SAR ADC是一种奈奎斯特采样率ADC，其采样率遵从奈奎斯特采样定律；另一方面，SAR ADC的电路实践中通常不需要使用任何运算放大器，并可通过单个比较器实现多比特的数字量化，因此其具备较好的能量效率。然而，由于电子器件(如电容器)的失配在高比特模数转换器中会越发明显并引入误差，这使得SAR ADC转换精度受到了限制。

噪声成形技术有助于提升ADC的转换精度，近年来噪声成形SAR ADC被人们提出以显著提高SAR ADC的转换精度。噪声成形SAR ADC不同于常规的SAR ADC在于两个特征即过采样以及噪声成形，过采样的特征表现于ADC的采样频率高于奈奎斯特采样率，噪声成形的特征表现于其利用控制环路，对输入信号以及量化噪声进行处理，通过环路滤波器为特定频段的信号提供增益，提高模数转换过程中特定频段内的信噪比。其中，环路滤波器往往具备积分器、滤波器或谐振器等电路，这些电路通常包含有高功耗的运算放大器；此外，现有的噪声成形SAR ADC均要求每一次转换过程中都将开启环路滤波器，并工作在过采样的条件下，由于环路滤波器以及过采样都将带来额外的功耗，因此现有的噪声成形SAR ADC功耗通常高于常规的SAR ADC。

对于具备稀疏性的模拟输入信号，可以采用具备事件驱动能力的ADC进行模数信号转换，以降低模数转换器的功耗；目前有两类具备事件驱动能力的ADC，一类为电平触发ADC，另一类为流水线型ADC。首先，电平触发ADC仅在输入电压变化超过1个最小量化台阶时受到驱动，对输入信号进行采样，而在输入信号不发生改变时，保持低功耗待机状态，因此电平触发ADC可在处理稀疏性信号时显著降低系统功耗。然而，电平触发ADC的触发概率会随其转换精度的增高而增高，因此该方案仅适用于低转换精度的系统。流水线型ADC可利用第一级电路的输出对输入事件进行判断，并根据判断结果决定是否开启第二级电路进行高精度量化，尽管流水线型ADC可通过多级转换实现较高的转换精度，然而该方案要求高增益的级间放大器以确保残差放大的线性度，这使得其功耗水平下降。

综上所述，当前的具备事件驱动能力的ADC难以平衡精度与功耗之间的矛盾，虽然现有的SAR ADC具备较低的能耗，然而其转换精度有限；而另一方面，现有的噪声成形SARADC具备较高的转换精度，然而其能耗较高。注意到常规的SAR ADC与噪声成形SAR ADC架构上有很强的内在联系，因此提出一种具备事件驱动能力的适应性噪声成形逐次逼近型数据转换器，能够高效率地处理稀疏性信号。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种适应性噪声成形逐次逼近型数据转换器，适用于处理稀疏性信号，具有高精度、低能耗的优点。

一种适应性噪声成形逐次逼近型数据转换器，包括：

开关电容阵列，利用控制逻辑电路提供的数字控制信号对输入模拟信号逐次逼近后输出至开关电路；