一种基于码字重组的模数转换器量化方法与流程

本发明属于模拟集成电路技术领域，涉及一种基于码字重组的模数转换器量化方法，适用于幅度变化缓慢，不同波段幅度区分明显的生物电信号的量化。

背景技术：

生物电信号具有幅度变化较为缓慢，在不同波段幅度区分明显的特点。量化生物电信号的时候，量化结果和上一次的量化结果比较，往往高位码字都是一致的，只有低位码字会存在不同。所以针对生物电信号，在2018年10月出版的《微电子学》第48卷5期的《一种12位20ks/s功耗调制算法saradc》吴霜毅等人提出了采用区间预测算法。

传统的区间预测算法将上次量化结果的高几位直接加载到本次量化的高位中，然后通过冗余电容的切换判断预测是否正确。如果预测正确则只需要将低位码字量化出来，如果预测错误则复位整个电容阵列，重新量化所有码字。

区间预测算法存在一个缺点，就是预测区间算法跟预测码字的位置相关。当输入信号采样点位于预测区间之外但较为接近预测区间时，前后两次采样的信号幅度变化仍然很小，但此时区间预测算法会判断预测错误，并重新量化所有码字，从而造成了能量的浪费。

为了克服传统区间预测算法的缺点，申请号为201910813740x的发明专利申请提出了一种码字重组的量化方法，以更低的功耗量化相邻两个采样点之间码字的差异部分。将上一次的量化码字加载到dac电容阵列上，根据比较器的比较结果对该量化码字进行运算得到新的预测码字，进而指导电容进行相应的切换。重复上述过程，直至找到采样点所在码字区间。但上述码字重组的量化方法，通过重组后的新预测码字指导电容切换过程中，可能存在多个电容同时进行切换的情况，对dnl的优良度有所影响，而且会带来电容阵列切换功耗高的问题。此外，在码字的运算过程中还可能存在溢出的情况。

技术实现要素：

针对上述传统区间预测算法存在的由于预测判断错误导致能量浪费和现有的码字重组量化方法存在的多个电容同时切换和码字溢出问题，本发明提出一种基于码字重组的模数转换器量化方法，不再通过产生的二进制码字对电容阵列进行控制，避免了码字溢出的问题；且在量化过程中，最多有1～2个电容进行切换，改善了dnl；同时采用类似于vcm-based的电容开关时序，能够进一步减小功耗；通过上极板采样减少电容数目，用9位电容即可预测10位，使电容阵列更加精简。

本发明的技术方案为：

一种基于码字重组的模数转换器量化方法，所述模数转换器包括dac模块和比较器，所述dac模块包括两组dac电容阵列，每组所述dac电容阵列包括n-1个量化电容和一个冗余电容，其中n为所述模数转换器的位数，所述n-1个量化电容按照权重从高到低依次排列并编号为cn-1至c1，所述冗余电容与量化电容c1的电容值相等并连接在所述量化电容c1之后；每组所述dac电容阵列中n-1个量化电容和一个冗余电容的上极板连接比较器的一个输入端并由开关控制连接输入信号，下极板分别由各自的开关控制连接共模电压、参考高电压或参考地电压；

所述量化方法包括如下步骤：

步骤一、所述模数转换器上电复位，所述dac模块进行采样，将所述dac电容阵列中n-1个量化电容和一个冗余电容的上极板连接输入信号，所述dac电容阵列中n-1个量化电容的下极板根据上一次量化码字的高n-1位作为原预测码字进行切换连接到参考高电压或参考地电压，所述dac电容阵列中冗余电容的下极板连接参考地电压；

步骤二、将所述dac电容阵列中n-1个量化电容和一个冗余电容的上极板都与输入信号断开，下极板都连接共模电压，比较器比较两组所述dac电容阵列的输出信号获得第一次比较结果d1，根据第一次比较结果d1切换所述dac电容阵列中的冗余电容后进行第二次比较，获得第二次比较结果d2；

步骤三、判断d1和d2是否相等，若d1＝d2，根据第二次比较结果d2切换量化电容c2并进行第三次比较，获得第三次比较结果d3，同时修正当前的预测码字；进一步判断d2和d3是否相等，若d2＝d3，根据第三次比较结果d3切换量化电容c3并进行第四次比较，获得第四次比较结果d4，同时修正当前的预测码字；进一步判断d3和d4是否相等，若d3＝d4，根据第四次比较结果d4切换量化电容c4并进行第五次比较，获得第五次比较结果d5，同时修正当前的预测码字；依次类推直到第i次比较结果di和第i-1次比较结果di-1不同时转到步骤四，i为大于1的正整数；

其中di-1＝di-2时修正当前的预测码字的方法为：di-1＝di-2且d1＝1时，将在di-2＝di-3情况下修正的预测码字加上n-1位的过程码字作为修正后的预测码字；di-1＝di-2且d1＝0时，将在di-2＝di-3情况下修正的预测码字减去n-1位的过程码字作为修正后的预测码字；d1＝d2且d1＝1时是在所述原预测码字上加上n-1位的过程码字d1＝d2且d1＝0时是在所述原预测码字上减去n-1位的过程码字

步骤四、当判断到di-1≠di时，采用如下步骤进行处理：

a、i＝2时，根据第一次比较结果d1切换量化电容c1并进行比较，根据比较结果获得最低位输出码字，将所述原预测码字作为高n-1位输出码字；

b、i＝3时，根据第三次比较结果d3切换量化电容c1并进行比较，根据比较结果获得最低位输出码字，将当前的预测码字即d1＝d2情况下修正后的预测码字作为高n-1位输出码字；

c、i>3时，采用如下步骤进行处理：

c1、回切量化电容ci-2并进行第i+1次比较，获得第i+1次比较结果di+1；若d1＝1则将当前的预测码字减去n-1位的过程码字作为修正后的预测码字，若d1＝0则将当前的预测码字加上n-1位的过程码字作为修正后的预测码字；

c2、根据di+1修正当前的预测码字，di+1＝1时将步骤c1获得的修正后的预测码字加上n-1位的过程码字di+1＝0时将步骤c1获得的修正后的预测码字减去n-1位的过程码字切换量化电容并进行i+2次比较，获得第i+2次比较结果di+2；根据di+2修正当前的预测码字，di+2＝1时将根据di+1修正的预测码字加上n-1位的过程码字di+2＝0时将根据di+1修正的预测码字减去n-1位的过程码字切换量化电容并进行i+3次比较，获得第i+3次比较结果di+3；以此类推直到根据di+k修正当前的预测码字时n-1位的过程码字为di+k＝1时将根据di+k-1修正的预测码字加上n-1位的过程码字di+k＝0时将根据di+k-1修正的预测码字减去n-1位的过程码字切换量化电容并进行i+k+1次比较，获得第i+k+1次比较结果di+k+1，k为非负整数；

其中方法c2中切换量化电容进行第i+j次比较的方法如下，j∈[2，k+1]：

当di+j-1≠d1时，将量化电容ci-j-1下极板连接共模电压；

当di+j-1＝d1时，若di-j＝0，将量化电容ci-j下极板连接参考地电压同时将量化电容ci-j-1下极板连接共模电压，若di-j＝1，将量化电容ci-j下极板连接参考高电压同时将量化电容ci-j-1下极板连接共模电压；

c3、根据di+k+1切换量化电容c1并进行比较，根据比较结果获得最低位输出码字；判断di+k+1和d1是否相等，若di+k+1≠d1，将当前的预测码字作为高n-1位输出码字；若di+k+1＝d1且di+k+1＝1，将当前的预测码字加上n-1位的修正码字后作为高n-1位输出码字；若di+k+1＝d1且di+k+1＝0，将当前的预测码字减去n-1位的修正码字后作为高n-1位输出码字。

其中步骤c2中，若i＝4则在步骤c1中已经根据di将当前的预测码字加上或减去n-1位的过程码字因此不再经过步骤c2直接进入步骤c3，步骤c2隐含了i>4的条件。

具体的，所述步骤二中根据第一次比较结果d1切换所述dac电容阵列中的冗余电容的方法为：第一次比较结果d1＝1时，控制所述dac电容阵列中冗余电容的下极板连接参考地电压；第一次比较结果d1＝0时，控制所述dac电容阵列中冗余电容的下极板连接参考高电压。

具体的，所述步骤三中当di-1＝di-2时，根据第i-1次比较结果di-1切换量化电容ci-1的方法为：第i-1次比较结果di-1＝1时，控制所述dac电容阵列中量化电容ci-1的下极板连接参考地电压；第i-1次比较结果di-1＝0时，控制所述dac电容阵列中量化电容ci-1的下极板连接参考高电压。

本发明的有益效果为：本发明将传统逐次逼近模数转换的量化方式转变为量化两个采样点之间的码字之差，当比较器的比较结果判定的电容切换方向一致时，将以二进制增大的方式寻找采样点所在区间，直到比较结果反转，电容回切，进一步确定采样点所在区间，重组新的预测码字并得到最终的输出码字；对于心电信号(ecg)和脑电信号(eeg)等生物电信号包含大量中低频、幅度变化缓慢的部分，采用本发明的量化方法可以大大减少比较器的比较次数和dac的电容阵列切换次数，从整体上降低了模数转换器的功耗；在量化过程中，本发明最多有1～2个电容进行切换，能够改善dnl。

附图说明

图1为采用本发明提出的一种基于码字重组的模数转换器量化方法的模数转换器的系统框图。

图2为本发明提出的一种基于码字重组的模数转换器量化方法中电容阵列的量化电容和冗余电容示意图。

图3为本发明提出的一种基于码字重组的模数转换器量化方法中电容阵列在实施例中的示意图。

图4为采用本发明提出的一种基于码字重组的模数转换器量化方法进行预测高五位时几种采样点的转换示意图。

具体实施方式

结合附图，通过实施例进一步说明本发明。

本发明提出一种基于码字重组的模数转换器量化方法，如图1所示是能够利用本发明提出的方法进行量化的模数转换器，包括dac模块101、比较器模块102、预测判断模块103、二进制码产生模块104、预测码字模块105、切换控制模块106和码字重组模块107。其中dac模块101用于对输入信号进行采样，其输出端连接比较器模块102的输入端；比较器模块102的输出端连接预测判断模块103的输入端，其时钟控制端连接预测判断模块103的第一输出端；预测判断模块103的第二输出端连接切换控制模块106的第一输入端，其第三输出端连接二进制码产生模块104的输入端，其第四输出端连接码字重组模块107的第一输入端；预测码字模块105的第一输出端连接切换控制模块106的第二输入端，其第二输出端连接码字重组模块107的第二输入端。切换控制模块106的输出端连接dac模块101的控制输入端，控制dac电容阵列中电容的切换。码字重组模块107的输出端打出量化码字。

如图2所示，dac模块101包括两组dac电容阵列，每组dac电容阵列包括基于共模电压复位的n-1位二进制开关电容以及冗余电容cr1，按权重由低到高给每组dac电容阵列中n-1个量化电容编号为c1、c2、c3、……、cn-1，设置冗余电容cr1与量化电容c1的电容值相等，冗余电容cr1连接在dac电容阵列量化电容c1之后。p端dac电容阵列中量化电容和冗余电容上极板连接比较器的一个输入端和通过开关连接差分输入信号vip，下极板通过开关阵列连接共模电压、参考高电压或参考地电压；n端dac电容阵列中量化电容和冗余电容上极板连接比较器的另一个输入端和通过开关连接差分输入信号vin，下极板通过开关阵列连接共模电压、参考高电压或参考地电压，参考高电压和参考地电压均为模数转换器的参考电压，共模电压的电压值为参考高电压的电压值的一半。本发明提出的基于码字重组的量化方法是在模数转换器的量化过程中进行预测码字的自适应调整，包括如下步骤：

步骤一：将模数转换器上电复位，dac模块101进行采样：每组二进制电容阵列(包括n-1个二进制量化电容和一个冗余电容)的上极板接输入信号；预测码字模块105将上一次量化码字的高n-1位加载到切换控制模块106，切换控制模块106控制dac模块101中的开关阵列，使dac模块101中的量化电容和冗余电容下极板接到对应的参考地电压gnd或是参考高电压vdd，来控制量化电容的切换。也就是说n-1个量化电容的下极板加载上一次量化码字(n位)的高n-1位，冗余电容的下极板接到参考地电压gnd。

步骤二：采样结束以后，将二进制电容阵列(包括n-1个二进制量化电容和一个冗余电容)的上极板与输入信号断开，下极板都复位到共模电平。比较器模块进行第一次比较并产生第一个比较结果d1。根据第一个比较结果d1来切换冗余电容cr1。第一次比较结果d1＝1时，冗余电容切换为下极板连接参考地电压；第一次比较结果d1＝0时，冗余电容切换为下极板连接参考高电压。切换之后，比较器模块将进行第二次比较，得到第二个比较结果d2。

步骤三：比较步骤二的两次比较结果d1和d2，若d1＝d2，说明输入信号不在预测码字所在的区间内需要修正当前的预测码字，并且根据第二次比较结果d2切换量化电容c2，d1＝d2＝1，就把量化电容c2切向参考地电压，如果d1＝d2＝0，就把量化电容c2切向参考高电压，随后进行第三次比较，获得第三次比较结果d3；进一步判断d2和d3是否相等，若d2＝d3，即前三次的比较结果相同，说明输入信号不在预测动态范围内，需要修正当前的预测码字继续向上或向下搜寻，根据第三次比较结果d3切换量化电容c3并进行第四次比较，获得第四次比较结果d4；进一步判断d3和d4是否相等，按照这样的方法，直到第i次比较结果di和第i-1次比较结果di-1不同时为止，i为大于1的正整数。

其中每次修正预测码字的方法为：di-1＝di-2时判断第一次比较结果d1为1还是0，若d1＝1，将当前的预测码字(即在di-2＝di-3情况下修正的预测码字)加上n-1位的过程码字作为修正后的预测码字；若d1＝0，将当前的预测码字(即在di-2＝di-3情况下修正的预测码字)减去n-1位的过程码字作为修正后的预测码字。当d1＝d2时，当前的预测码字是原预测码字，则d1＝d2且d1＝1时是在原预测码字上加上n-1位的过程码字d1＝d2且d1＝0时是在原预测码字上减去n-1位的过程码字

根据以上步骤判断到第i次比较结果di和第i-1次比较结果di-1不同即判断到di-1≠di时，采用步骤四的下述方法进行处理。

i＝2时，若d1≠d2，则预测正确，说明采样点位于原预测码字所在区间。根据第一次的比较结果d1可以确定最低位码字，高n-1位码字即为原预测码字记为x0，即根据第一次比较结果d1切换量化电容c1并进行比较，根据比较结果获得最低位输出码字，将原预测码字x0作为高n-1位输出码字，通过码字重组模块107将其打出，完成本次量化。同时预测判断模块103产生复位信号，复位比较器。

若d1＝d2，说明输入信号不在原预测码字x0所在的区间内，按照上述方法切换量化电容c2，切换之后比较器模块102进行第三次比较并产生第三个比较结果d3。二进制码字产生模块104产生过程码字00...01，原预测码字加或减(根据d1＝1或0确定是加还是减)过程码字00...01确定新的预测区间x1。

此时i＝3，比较第三个比较结果d3与前两次比较结果的异同，若d3≠d2，则说明输入信号位于动态追踪范围内，根据第三次比较结果d3切换量化电容c1，用以确定最低位码字，d3＝1时，控制c1的下极板连接参考地电压，d3＝0时，控制c1的下极板连接参考高电压；高n-1位码字由码字重组模块107打出当前的预测码字(即在d1＝d2时经过原预测码字加或减过程码字00...01后得到的调整后的预测区间对应的数字码字)，完成本次量化。

若d3＝d2，即前三次的比较结果相同，说明输入信号不在预测动态范围内，需要继续向上或向下搜寻。按照上述方法切换量化电容c3，比较器模块进行第四次比较，得到第四次的比较结果d4。码字产生模块产生过程码字00...010，当前的预测码字x1(即在d1＝d2时经过原预测码字加或减过程码字00...01后得到的调整后的预测区间对应的数字码字)继续加或减(根据d1＝1或0确定是加还是减)过程码字00...010，确定新的预测码字x2。

此时i＝4，比较d4和d3，若d4≠d3，即第四次比较结果与前三次不同，说明输入信号位于原预测码字经过加(减)00...011或者原预测码字经过加(减)00...010后的区间内。回切量化电容c2，再进行第五次比较，得到第五次比较结果d5。码字产生模块产生过程码字00...01，当前的预测码字x2减或加(根据d1确定，之前是加现在就是减，之前是减现在就是加)00...01得到新的预测码字y0。再根据d5的结果确定输入信号所在区间，若d5≠d1，则输入信号位于原预测码字加(减)00...010所在区间，码字重组模块打出当前经过调整后的预测码字y0得到高n-1位码字，并根据d5切换量化电容c1，确定最低位码字，完成本次量化。若d5＝d1，则输入信号位于原预测码字加(减)00...011的区间内，码字重组模块107产生修正码字00...01，如果d5＝0，高n-1位码字为当前的调整后预测码字y0减去修正码字00...01，如果d5＝1，高n-1位码字为当前的调整后预测码字y0加上修正码字00...01。再根据d5切换量化电容c1，确定最低位码字，完成本次量化。

若d4＝d3，即前四次的比较结果都相同，切换控制模块切换量化电容c4，得到第5次比较结果d5。按照上述方法，码字产生模块产生过程码字00...0100，新的预测码字x3为调整后的预测码字x2加(减)过程码字00...0100。

i＝5，判断d5和d4，若d5≠d4，说明输入信号位于原预测码字x0加(减)00...0111与原预测码字加(减)00...0011之间。切换控制模块106回切量化电容c3，比较器模块102进行第六次比较，得到第六次比较结果d6。码字产生模块104产生过程码字00...0010，在上一次的预测码字x3上减(加)过程码字00...0010，确定新的预测区间y0。

若d6＝1，码字产生模块产生过程码字00...0001。预测码字y0加上码字产生模块产生的过程码字00...0001得到新的预测区间码字y1。根据d1和d6判断切换控制模块是同时切换量化电容c3和c2还是仅切换量化电容c2，比较器模块进行第七次比较，得到第七次比较结果d7。若d7≠d1，高n-1位码字由码字重组模块将调整后的预测码字y1打出，切换量化电容c1，进行比较后确定最低位码字，完成本次量化。若d7＝d1，码字重组模块产生修正码字00...0001，如果d7＝1，高n-1位码字由调整后的预测区间码字y1加上修正码字00...0001后经由码字重组模块打出；如果d7＝0，高n-1位码字由调整后的预测区间码字y1减去修正码字00...0001后经由码字重组模块打出。根据d7切换量化电容c1，进行比较后确定最低位码字，完成本次量化。

若d6＝0，预测区间码字y0减去码字产生模块产生的过程码字00...0001得到新的预测区间码字y1。根据d1和d6判断切换控制模块是切换量化电容c2还是同时切换量化电容c3和c2，比较器模块进行第七次比较，得到第七次比较结果d7。若d7≠d1，高n-1位码字由码字重组模块将调整后的预测码字y1打出，切换量化电容c1，进行比较后确定最低位码字，完成本次量化。若d7＝d1，码字重组模块产生修正码字00...0001，如果d7＝1，高n-1位码字由调整后的预测区间码字y1加上修正码字00...0001后经由码字重组模块打出；如果d7＝0，高n-1位码字由调整后的预测区间码字y1减去修正码字00...0001后经由码字重组模块打出。根据d7切换量化电容c1，进行比较后确定最低位码字，完成本次量化。

方法c2中限定了切换量化电容进行第i+j次比较的方法为：当di+j-1≠d1时，将量化电容ci-j-1下极板连接共模电压；当di+j-1＝d1时，若di-j＝0，将量化电容ci-j下极板连接参考地电压同时将量化电容ci-j-1下极板连接共模电压，若di-j＝1，将量化电容ci-j下极板连接参考高电压同时将量化电容ci-j-1下极板连接共模电压，j∈[2，k+1]。因此这里i＝5，j＝2，切换量化电容比较器模块进行第七次比较时，当d1至d4＝1，d5＝0，若d6＝1，同时切换量化电容c3和c2，若d6＝0，切换量化电容c2。当d1至d4＝0，d5＝1，若d6＝1，切换量化电容c2，若d6＝0，同时切换量化电容c3和c2。可以看出，本发明在量化过程中，只会切换一个或两个电容。若d5＝d4，则切换量化电容c5，码字产生模块产生过程码字00...01000，当前的预测码字x3加(减)过程码字00...01000得到新的预测码字区间x4，进一步向上(下)搜寻输入信号所在区间...直到出现比较结果与前面不同，则按照上述步骤进行回切，确定输入信号所在码字区间。找到输入信号所在码字区间之后，由码字重组模块打出最终的量化结果，同时下一个采样点的初始预测码字由这次的量化码字代替。

综上可知，本发明获得d1和d2后，先判断d1和d2是否相等，若相等则需要修正当前预测码字，即原预测码字x0加或减n-1位的过程码字00...0001获得修正后的预测码字x1，同时根据d2切换量化电容c2并进行第三次比较获得d3；再判断d3和d2是否相等，若相等继续修正当前预测码字x1，即当前预测码字x1加或减n-1位的过程码字00...0010获得修正后的预测码字x2，同时根据d3切换量化电容c3并进行第四次比较获得d4；再接着判断d4和d3是否相等，若相等继续修正当前预测码字x2，即当前预测码字x2加或减n-1位的过程码字00...0100获得修正后的预测码字x3，同时根据d4切换量化电容c4并进行第五次比较获得d5；按照这样以二进制增大的方式寻找采样点所在区间，一直修正预测码字直到di和di-1不相等，此时的预测码字是x(i-2)，即原预测码字x0加或减n-1位的码字说明输入信号位于原预测码字x0加或减n-1位的码字与原预测码字加或减n-1位的码字之间，即预测码字x(i-2)与预测码字x(i-3)之间。若i＝2，输入信号位于原预测码字x0所在区间，此时只需要根据第一次比较结果d1切换量化电容c1并获得比较结果确定最低位输出码字，再将原预测码字作为高n-1位输出码字即可得到最后量化码字。若i＝3，说明输入信号位于原预测码字x0与原预测码字x0加或减n-1位的码字00...0001后确定的预测码字x1的区间内，此时是一个最小区间，只需要根据第三次比较结果d3切换量化电容c1获得比较结果确定最低位输出码字，再将当前的预测码字即d1＝d2情况下修正后的预测码字x1作为高n-1位输出码字就能得到最后量化码字。若i>3时，输入信号没有处于一个最小区间内，需要进一步进行处理，先回切量化电容ci-2并进行第i+1次比较，获得第i+1次比较结果di+1；根据d1将当前的预测码字x(i-2)减去或加上n-1位的过程码字作为修正后的预测码字y0，如果i＝4，此时的过程码字已经是则直接进入步骤c3，如果i>4，还需要再根据di+1修正y0，di+1＝1时将y0加上n-1位的过程码字得到y1，di+1＝0时将y0减去n-1位的过程码字得到y1，若过程码字不是继续修正y1得到y2，直到利用过程码字为进行修正后获得了一个最小区间，此时进入步骤c3确定输出码字。每次修正y0、y1、y2、……后要根据前几次的比较结果切换量化电容进行下一次比较。

下面以每组dac电容阵列包括5个量化电容以及冗余电容cr1为例说明本发明的量化步骤，5个量化电容按权重由低到高的顺序编号为c1、c2、…、c5，第一冗余电容cr1与量化电容c1的电容值相等。冗余电容cr1排列在所述量化电容c1之后。两组dac阵列的量化电容和冗余电容分别连接在比较器模块的正向输入端和负向输入端，上极板连接到输入信号，下极板通过开关阵列分别连接共模电压、参考高电压、参考地电压，其中共模电压是参考高电压值的一半。本发明提出的一种基于新型码字重组的量化方法，在量化过程中，根据比较结果，切换电容阵列，更新预测过程码字，直到比较结果反转，电容回切，最终找到输入信号所在码字区间。

如图4-a所示，假如上一个采样点量化结果的高五位码值为10110，接下来采样点vin1也在这个预测区间中，则：

dacp端：

dacn端：

所以

如果vin1位于如图4-a所示的位置，显然比预测码字形成的参考电平大，比较结果d1＝1，指导冗余电容cr1的切换，则

dacp端：

dacn端：

所以比较器输入端电压为

冗余电容的切换使此时的参考电平位于预测区间10110的顶端，vin1比参考电平小，故比较结果d2＝0。第二次与第一次比较结果相异，表明采样点就位于预测码字区间内。高位码字保持预测码字10110不变，由上述比较结果可知采样点位于预测区间的上半部分，可以得到最低位的码字为1。组合高位码字输出，得到最后的量化码字101101，完成本次量化。

假如上一个采样点五位量化电容得到的码值为10110，接下来采样点vin2在如图4-b的位置，则：

dacp端：

dacn端：

所以

如果vin2比预测码字形成的参考电平大，得到第一个比较结果d1＝1，指导第一个冗余电容cr1的切换，则

dacp端：

dacn端：

所以比较器输入端电压为

如果采样点vin2比预测区间顶端的参考电压大，得到第二个比较结果d2＝1，前两次比较结果相同，说明采样点不在原预测区间内，切换电容c2。码字产生模块产生二进制过程码字00001，根据第二次比较结果，将原预测码字10110加上过程码字00001，得到10111，则

dacp端：

dacn端：

所以

此时参考电平位于10111区间的顶端，采样点vin2比参考电压要小，得到比较结果d3＝0，说明vin2即位于区间10111内。切换电容c1，则

dacp端：

dacn端：

所以

根据此时的比较结果可以确定最低位码字，如图所示vin2位于10111区间的下半部分，所以会得到d4＝0，最低位码字为0。结合高位码字，最后输出码字为101110，完成本次量化。

假如上一个采样点五位量化电容得到的码值为10110，接下来采样点vin3在如图4-c的位置，则：

dacp端：

dacn端：

所以

如果vin3比预测码字形成的参考电平大，得到第一个比较结果d1＝1，指导第一个冗余电容cr1的切换，则

dacp端：

dacn端：

所以比较器输入端电压为

如果采样点vin3比预测区间顶端的参考电压大，得到第二个比较结果d2＝1，前两次比较结果相同，说明采样点不在原预测区间内，切换电容c2。码字产生模块产生二进制过程码字00001，根据第二次比较结果，将原load码字10110加上过程码字00001，得到10111，则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin3比10111区间顶端的电平要大，故得到第三次比较结果d3＝1，指导切换量化电容c3。码字产生模块产生过程码字00010，上一次的预测码字10111加上过程码字00010得到新的预测码字11001。则

dacp端：

dacn端：

所以

如果vin3比新预测区间码字11001顶端电平要小，第四次比较结果d4＝0，与第三次比较结果d3相异，指导电容c2回切。码字产生模块产生过程码字00001，原预测码字11001减去过程码字00001得到新的预测码字11000，则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin3电压比预测区间11000顶端电平要大，得到第五次比较结果d5＝1，说明vin3位于11001区间。因为第五次比较结果d5与第一次比较结果d1相同，码字产生模块产生修正码字00001，最后输出的高位码字为预测码字11000加上修正码字00001，即是11001。切换电容c1，确定最低位码字：

dacp端：

dacn端：

所以

vin3处于区间11001的上半部分，所以会得到比较结果d6＝1，进而确定最低位码字为1。结合高位码字11001，最后输出码字为110011，完成本次量化。

假如上一个采样点量化得到的码值为10110，接下来采样点vin4在如图4-d的位置，则

dacp端：

dacn端：

所以

如果vin4比预测码字形成的参考电平大，得到第一个比较结果d1＝1，指导第一个冗余电容cr1的切换，则

dacp端：

dacn端：

所以比较器输入端电压为

如果采样点vin4比预测区间顶端的参考电压大，得到第二个比较结果d2＝1，前两次比较结果相同，说明采样点不在原预测区间内，切换电容c2。码字产生模块产生二进制过程码字00001，根据第二次比较结果，将原load码字10110加上过程码字00001，得到10111，则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin4电压比10111区间顶端的电平要大，故得到第三次比较结果d3＝1，指导切换量化电容c3。码字产生模块产生过程码字00010，上一次的预测码字10111加上过程码字00010得到新的预测码字11001。则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin4电压大于区间11001顶端参考电平，故得到第四次比较结果d4＝1，指导量化电容c4切换。码字产生模块产生过程码字00100，上一次的预测码字11001加上过程码字00100得到新的预测码字11101。则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin4电压小于区间11101顶端参考电平，所以第五次比较结果d5＝0，指导电容c3回切。码字产生模块产生过程码字00010，上一次的预测码字11101减去过程码字00010，得到新的预测码字11011。则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin4电压大于预测区间11011顶端参考电平，故第六次比较结果d6＝1，指导电容c2、c3切换。码字产生模块产生过程码字00001，预测码字11011加上过程码字00001，得到新的预测码字11100。则

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin4电压大于预测区间11100顶端的参考电平，所以有第七次比较结果d7＝1，说明采样点就位于区间11101。因第七次比较结果d7与第一次比较结果d1相同，码字产生模块产生修正码字00001。预测码字11100加上修正码字00001，即为高位码字11101。此时，切换电容c1，用以确定最低位码字：

dacp端：

dacn端：

所以

采样点vin4位于区间11101的下半部分，故得到比较结果d8＝0，确定最低位码字为0。结合高位码字11101，最后输出码字111010，完成本次量化。

综上所述，本实施例提出了一种模拟数字转换器及其基于码字重组的量化方法，当比较器的比较结果判定的电容切换方向一致时，将以二进制增大的方式寻找采样点所在区间；直到比较结果反转，电容回切，确定采样点所在区间，重组新的预测码字并得到最终的输出码字，以最小的代价量化相邻采样点之间码字差异的部分。通过将上一次量化码字的高n-1位为作为预测码字，根据每一次的比较结果对预测码字进行自适应调整，确定最终量化结果，相对其他预测式模数转换器，本发明的比较次数更少，更加适用于传感器信号和生物电信号的低功耗模数转换设计。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。