一种多步单斜模拟数字信号转换装置

摘要

本发明公开了一种多步单斜模拟数字信号转换装置，包括采样保持求余放大模块、斜坡和参考电压产生模块、比较器、计数器、控制信号发生器、数字校正单元和输出模块，输入电压V_in被采样保持求余放大模块采样后作为比较器的一个输入信号V_SH1，与斜坡电压V_ramp进行比较，V_ramp随计数器输出值的增加而线性增加，当V_ramp大于V_SH1时，比较器输出发生跳变，触发数字校正单元内的寄存器锁存此时计数器的值，即ADC的第1步量化值；第2，...，N_S步量化过程与第1步量化过程一样；以上N_S步量化得到的值，经数字校正单元内的校正电路校正后寄存在输出模块内，在控制信号发生器的控制下移位串行或并行输出。本发明与传统的单斜ADC相比，具有速度快、对比较器指标要求低等优点。

主权项

一种多步单斜模拟数字信号转换装置，包括采样保持求余放大模块(1)、斜坡和参考电压产生模块(2)、比较器(3)、计数器(4)、控制信号发生器(5)、数字校正单元(6)和输出模块(7)，其特征在于：需要量化的输入电压V_in被采样保持求余放大模块(1)采样后作为比较器(3)的一个输入信号V_SH1，与斜坡和参考电压模块(2)产生的斜坡电压V_ramp进行比较，V_ramp随计数器(4)输出值的增加而线性增加，当V_ramp大于V_SH1时，比较器(3)输出发生跳变，触发数字校正单元(6)内的寄存器锁存此时计数器(4)的值，即该多步单斜模拟数字信号转换装置ADC的第1步量化值；ADC的第1步的量化值经控制信号发生器(5)译码后产生选通信号，该选通信号从斜坡和参考电压产生模块(2)产生的参考电压中选择与ADC的第1步的量化值相应的参考电压V_R1，采样保持求余放大模块(1)对V_SH1与V_R1求余且放大A倍并采样后，输出采样电压V_SH2，V_SH2与斜坡电压V_ramp进行比较，进行第2步量化，其中若每步1.5bit，则A=2¹=2；若每步2.5bit，则A=2²=4；若每步3.5bit，则A=2³=8；第2步量化过程与第1步量化过程一样，第2步量化完成后进行第3至N_S步的求余、放大、采样及量化，第3至N_S步的求余、放大、采样及量化过程与第2步量化过程一样，其中N_S为量化步数，N为ADC输出数字信号的位数；以上N_S步量化得到的值，经数字校正单元(6)内的校正电路校正后得到ADC的量化值；ADC的量化值寄存在输出模块(7)内，在控制信号发生器(5)的控制下移位串行或并行输出；其中，所述第3至N_S步的求余、放大、采样及量化过程与第2步量化过程一样，具体包括：输入电压V_in和地作为采样保持求余放大模块(1)的第1步量化的输入信号；采样保持求余放大模块(1)在第i步量化时的输出电压V_SHi以及斜坡和参考电压产生模块(2)产生的与ADC第i步量化值相应的参考电压V_Ri，二者共同作为采样保持求余放大模块(1)在第i+1步量化的输入电压，采样保持求余放大模块(1)对V_SHi和V_Ri求余、放大、采样后输出电压V_SH(i+1)，V_SH(i+1)与斜坡电压V_ramp进行比较，进行第i+1步量化，其中i=1，2，...，N_S‑1；对于第i步量化，采样保持求余放大模块(1)输出电压V_SHi与斜坡电压产生模块产生的斜坡电压V_ramp作为比较器的输入，当V_ramp大于V_SHi时，比较器输出发生翻转，其中i=1，2，...，N_S；对于每一步量化，比较器(3)的输出和计数器(4)的输出作为数字校正单元(6)的输入，当比较器(3)输出跳变时，触发数字校正单元(6)内的寄存器锁存此时计数器的值，即为ADC该步的量化值；所述斜坡和参考电压产生模块(2)在控制信号发生器(5)的控制下，产生斜坡电压V_ramp，斜坡电压V_ramp与计数器(4)的输出值D及斜坡和参考电压产生模块(2)的输入基准电压V_REF成正比；所述ADC的第i步量化值D经控制信号发生器(5)译码后产生选通信号，从斜坡和参考电压产生模块(2)产生的参考电压中选择与量化值D相应的参考电压V_Ri，V_Ri与量化值D及斜坡和参考电压产生模块(2)的输入基准电压V_REF成正比，其中i=1，2，...，N_S‑1。