[发明专利]一种结合TDC的循环模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种循环模数转换器。特别是涉及一种结合TDC的循环模数转换器。

背景技术

循环模数转换器被用在中高精度和低中转换速率的产品中，特别是要求低功耗和低芯片面积的应用中。在获得高分辨率同时消耗较小的芯片尺寸和较低的功耗是循环模数转换器的主要优点。

TDC（时间数字转换器）是一种时间测量的常用电路，主要计算参考信号到事件发生的时间及两个脉冲间的时间间隔，将时间的间隔直接转化为高精度的数字值。在模数转换器中，通过将模拟电压转换为时间信号再由TDC处理，可以实现数据的快速转换。

但上述技术至少存在以下缺点和不足：

参见图1，循环模数转换器的工作原理使得其转换时间过长，对于N位数据，需要N个转换周期，其转换速率限制了循环模数转换器在高速器件中的进一步应用。

参见图2，TDC电路的启动信号沿延迟线传播，当停止信号来到时，经过若干延时单元到达相应的抽头处的启动信号被记录入寄存器，由此即可测得时间。然而在进行高精度数据转换时，需要极高的时钟频率和相应的处理电路，在增加系统的设计复杂度的同时需要占用更多的芯片面积和功耗，这就限制了其在模数转换器中的应用。而在低频时钟下TDC转换精度低，不能适应模数转换器的位数要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够降低整体电路对子模块的要求，在保持高分辨率的同时提高转换速度的一种结合TDC的循环模数转换器。

本发明所采用的技术方案是：一种结合TDC的循环模数转换器，是将采样的模拟电压信号进行两步转换的循环模数转换器，包括有：

循环模数转换单元，所述的循环模数转换单元进行第一步数据转换，将采样的模拟电压信号进行量化后得到最高有效位，并将余差电压送入时间数字转换单元；

时间数字转换单元，所述的时间数字转换单元进行第二步数据转换，将所述的余差电压转换为时间信号，并分别得到第一低位有效位和第二低位有效位，将第一低位有效位和第二低位有效位相加从而完成两步转换。

所述的循环模数转换单元包括有：

采样保持电路，所述采样保持电路的输入端连接模拟电压输入信号Vin，输出端输出采样信号；

模数转换器，所述的模数转换器的输入端连接采样保持电路的输出端，将采样保持电路输出的模拟采样信号转换为数字的高位有效位信号MSBs；

数模转换器，所述的数模转换器的输入端连接模数转换器的输出端接收模数转换器输出的高位有效位信号MSBs，将高位有效位信号MSBs进行数模转换；

加法器，所述的加法器的输入端分别连接采样保持电路的输出端和数模转换器的输出端，并将采样保持电路输出的采样信号和数模转换器输出的数模转换信号进行相加后输出求和信号；

乘2电路，所述的乘2电路的输入端连接加法器的输出端，输出端输出余差电压分别连接采样保持电路的输入端和时间数字转换单元的输入端。

所述的时间数字转换单元包括有：

电压时间转换器，所述的输入端连接所述循环模数转换单元中的乘2电路的输出端，该压电压时间转换器的输出端输出时间信号；

第一D触发器，所述的第一D触发器的一个输入端连接所述的电压时间转换器的输出端，另一个输入端连接外部的时钟信号clk；

反相器，所述的反相器的输入端连接外部的时钟信号clk；

计数器，所述计数器的输入端连接外部的时钟信号clk；

第二D触发器，所述的第二D触发器的一个输入端连接第一D触发器的输出端，另一个输入端连接反相器的输出端，该第二D触发器的输出端输出控制信号；

时间数字转换器，所述时间数字转换器的输入端分别连接电压时间转换器的输出端和第二D触发器的输出端，该时间数字转换器的输出端输出第二低位有效位LSB2；

寄存器，所述寄存器的输入端分别连接计数器的输出端和第二D触发器的输出端，该寄存器的输出端输出第一低位有效位LSB1。

本发明的一种结合TDC的循环模数转换器，通过结合循环模数转换器和TDC电路的各自优点，在提升转换速率、保证转换精度的同时节省了功耗，使其可应用在更高速的采样环境和低功耗电路中。本发明实现了对模拟信号的量化，满足了实际应用中的需要。与传统单一电路模块相比降低了对子电路的要求，在版图上更加易于实现。

附图说明

图1是现有技术的循环模数转换器工作原理示意图；

图2是现有技术的TDC电路原理示意图；