逐次逼近模数转换器、模数转换方法和传感信号处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路技术，具体涉及一种逐次逼近模数转换器、模数转换方法和 传感信号处理装置。
【背景技术】
[0002] 在一个通用的传感器信号调理系统中，如图1所示，传感器1的输出信号通过放大 电路2进行信号放大，放大后的信号被模数转换器3(ADC)采集并转化为数字信号，数字信号 被发送到数字信号处理器4(DSP)进行数据处理。模数转换器3是系统中的重要组件，而逐次 逼近模数转换器是其中常用的一种类型。模数转换器3的输出数值反映的是输入电压与其 参考电压的比值和极性关系。
[0003] 由于传感器的灵敏度存在差异，不同的传感器在相同的传感量输入得到的输出电 压并不相等，经过相同增益的放大电路放大后，输入到模数转换器3的输入电压也不相等， 也会导致最终输入到数字信号处理器4的输入信号不能正确反映传感器的检测值。通常，放 大电路2中会加入增益调节电路，使不同灵敏度的传感器在相同传感量输入的情况下得到 相同的模数转换器输入电压。但是，放大电路2中的增益调节往往达不到精度的要求，需要 进一步进行调节。而且，上述传感器1的输出信号除有用信号部分外还包含一个不可用的电 压信号，通常被称为零漂电压。零漂电压也会被放大电路2放大并被模数转换器3采集，这也 会导致模数转换器3的输出不精确。并且，由于零漂电压的存在，放大电路2的输入输出动态 范围将被减小。现有技术通常在放大电路2中加入零漂电压的调节电路，但是由于精度的限 制，无法完全消除零漂电压。而且，放大电路2和模数转换器3本身也同样存在着零漂电压， 若不加以调节，则将降低传感器检测的动态范围。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种逐次逼近模数转换器、模数转换方法和传感信号处理 装置，以实现在模数转换器中对零漂电压进行补偿并可以根据需要调节模数转换器的参考 电压。
[0005] 第一方面，提供一种逐次逼近模数转换器，包括：
[0006]第一数模转换器，根据输入数字信号和采样端的电压输出对应的模拟输出电压；
[0007] 归零开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和零电压端之间；
[0008] 采样开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和模拟信号输入端之间；
[0009]比较器，具有与所述第一数模转换器的输出端连接的第一输入端以及与零电压端 连接的第二输入端；
[0010] 第二数模转换器，用于输出模拟补偿电压；
[0011] 第一补偿电容，连接在所述第二数模转换器的输出端和所述第一数模转换器的输 出端之间；
[0012] 第二补偿电容，连接在所述第一数模转换器的输出端与零电压端之间；以及，
[0013]控制电路，与所述第一数模转换器和比较器连接，用于根据比较器输出信号以逐 次逼近的方式逐位确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号。
[0014]优选地，所述控制电路用于在第一模式下控制所述第一数模转换器的采样端连接 到零电压端归零，在第二模式下控制所述第一数模转换器的采样端连接到模拟信号输入端 对模拟输入信号进行采样，在第三模式下控制所述采样开关和归零开关关断，在第四模式 下根据比较器输出信号控制以逐次逼近的方式确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对 应的数字信号；
[0015] 所述第二数模转换器用于在第一模式和第二模式下输出未叠加零漂电压补偿值 的模拟补偿电压，在第三和第四模式下输出叠加零漂电压补偿值的模拟补偿电压。
[0016] 优选地，所述第二补偿电容为可调电容，用于调节参考电压。
[0017]优选地，所述第二补偿电容包括多个相互并联的电容单元，每个所述电容单元包 括：
[0018] 第一开关，连接在电容单元的第一端和中间端之间；
[0019] 子电容以及第二开关，并联连接在所述中间端和所述电容单元的第二端之间；
[0020] 其中，所述第一开关和第二开关的控制信号相反。
[0021 ]优选地，所述第一数模转换器包括：
[0022] N+1个采样电容，每个采样电容的第一端与公共端连接，其中，第N+1个采样电容的 第二端与零电压端连接；
[0023] N个控制开关，分别与第1至第N个采样电容的第二端连接，用于将对应的采样电容 的第二端连接至参考电压端或零电压端，所述N个控制开关的控制端与第一数模转换器的 输入端连接；
[0024] 其中，所述公共端与所述第一数模转换器的采样端和输出端连接，第i个采样电容 的电容值为第1个采样电容的电容值的2H倍，? = 1，2，···，Ν。第N+1个电容的电容值等于第 一个采样电容的电容值。
[0025]优选地，所述第一数模转换器包括：
[0026] Ν+2个采样电容，第1至第M个采样电容的第一端与第一公共端连接，第Μ+1至第N个 采样电容的第一端与第二公共端连接，第Ν+1个采样电容连接在第一公共端和零电压端之 间，第Ν+2个采样电容连接在第一公共端和第二公共端之间，其中M为大于1小于N的整数；
[0027] N个控制开关，分别与第1至第N个采样电容的第二端连接，用于将对应的采样电容 的第二端连接至参考电压端或零电压端，所述N个控制开关的控制端与第一数模转换器的 输入端连接；
[0028] 其中，所述第一公共端与所述第一数模转换器的采样端连接，第二公共端与所述 第一数模转换器的输出端连接，第i个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的2 1-1 倍，i = 1，2，…，M;第j个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的2j+1倍，j = M+ 1，…，N-1，N;第N+1个及Ν+2个采样电容的电容值等于第1个采样电容的电容值。
[0029] 优选地，所述控制电路用于在第一模式下控制归零开关导通、采样开关关断，同时 控制所述第一数模转换器的输入数字信号第N位为0,第1至N-I位为1，在第二模式下控制所 述采样开关导通、归零开关关断，同时保持第一数模转换器的输入数字信号不变，在第三模 式下控制采样开关和归零开关均关断，同时保持第一数模转换器的输入数字信号不变，在 第四模式下保持采样开关和归零开关关断，从输入数字信号的第N位向第1位逐位遍历，对 于每个当前位，将当前位设置为〇,在所述比较器的输出信号表征第一输入端的电压大于第 二输入端的电压时，将当前位改变为1，否则将输入数字信号的当前位确定为〇,直至输入数 字信号的所有位均被确定；
[0030] 所述数模转换器用于在第一模式和第二模式下输出未叠加零漂电压补偿值的模 拟补偿电压，在第三和第四模式下输出叠加有零漂电压补偿值的模拟补偿电压。
[0031] 优选地，所述第一补偿电容、第二补偿电容以及零漂电压补偿值与零漂电压满足 如下关€·
[0032]
[0033] 其中，Vz为零漂电压，Ccis为第一补偿电容的电容值，Cc为第二补偿电容的电容值，Co 为第N+1个采样电容的电容值。
[0034] 优选地，所述逐次逼近模数转换器的参考电压和参考电压端的电压的关系满足如 下关T
[0035]
[0036I 其中，AV为所述逐次退近模数转换器的参考电压，Vr为所述参考电压端的电压， Ccis为第一补偿电容的电容值，α为第二补偿电容的电容值，Co为第1个采样电容的电容值。
[0037] 第二方面，提供一种逐次逼近模数转换方法，应用于逐次逼近型数模转换器，所述 逐次逼近型数模转换器包括第一数模转换器，根据输入数字信号和采样端的模拟信号输出 对应的输出模拟电压;归零开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和零电压端之间;采 样开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和模拟信号输入端之间；比较器，具有与所述 第一数模转换器的输出端连接的第一输入端以及与零电压端连接的第二输入端;第二数模 转换器，用于输出模拟补偿电压;第一补偿电容，连接在所述数模转换器的输出端和所述电 容开关网络的输出端之间；第二补偿电容，连接在第一数模转换器的输出端与零电压端之 间；以及控制电路，用于根据比较器输出信号以逐次逼近的方式逐位确定与模拟信号输入 端的模拟输入信号对应的数字信号；
[0038] 所述方法包括：
[0039] 在第一模式下控制所述第一数模转换器的采样端连接到零电压端进行归零，控制 第二数模转换器向第一补偿电容施加未叠加零漂电压补偿值的模拟补偿电压；
[0040] 在第二模式下控制所述第一数模转换器的采样端连接到模拟信号输入端对模拟 输入信号进行采样，控制第二数模转换器向第一补偿电容施加未叠加零漂电压补偿值的模 拟补偿电压；
[0041]在第三模式下控制所述采样开关和归零开关关断，并控制所述第二数模转换器向 第一补偿电容施加叠加有零漂电压补偿值的模拟补偿电压；
[0042]在第四模式下，控制第二数模转换器保持向第一补偿电容施加叠加有零漂电压补 偿值的模拟补偿电压，根据比较器输出信号调整对第一数模转换器的输入数字信号，以逐 次逼近的方式确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号。
[0043]优选地，根据比较器输出信号调整对第一数模转换器的输入数字信号，以逐次逼 近的方式确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号包括：
[0044]保持采样开关和归零开关关断，控制对第一数模转换器的输入数字信号从最高位 向最低位遍历，对于每个当前位，将当前位设置为0,在所述比较器的输出信号表征第一输 入端的电压大于第二输入端的电压时，将当前位改变为1，否则将输入数字信号的当前位确 定为0,直至输入数字信号的所有位均被确定。
[0045] 优选地，所述第一补偿电容、第二补偿电容以及零漂电压补偿值与零漂电压满足 如下关
[0046]
[0047] 其中，Vz为零漂电压，C