模数转换器及模数转换方法与流程

本发明涉及模数转换，尤其涉及一种模数转换器及模数转换方法。

背景技术：

1、模数转换器(analog to digital converter，adc)是通信系统中的重要部件，能够将模拟信号转换为数字信号。

2、模数转换器通常包括采样保持电路、电容阵列电路、比较电路、逻辑电路等。电容阵列电路通常由n级电容阵列单元组成。现有技术中的模数转换器，仅能够输出n+1位的模数转换值，模数转换器的输出精度较低。

技术实现思路

1、本发明的目的至少在于提供一种模数转换器及模数转换方法，能够提高模数转换器的输出精度。

2、第一方面，本发明提供了一种模数转换器，适于将输入的目标电压换成n+2位的模数转换值并输出；所述模数转换器包括：电容阵列电路、比较电路以及逻辑电路，所述电容阵列电路包括n级电容阵列单元；其中：所述n级电容阵列单元中的第i级电容阵列单元，包括2n-i个单位电容；所述第i级电容阵列单元与所述电容阵列电路的输出端耦接；i为正整数且1≤i≤n-1；所述n级电容阵列单元中的第n级电容阵列单元，包括第一子单元以及第二子单元，其中：所述第一子单元包括第一电容以及第一开关单元，所述第一开关单元的动端与电源电压、第二参考电压以及地端可选择连接，所述第一开关单元的第二端与所述第一电容的第一端耦接；所述第一电容的第二端与所述电容阵列电路的输出端耦接；所述第二子单元包括第二电容以及第二开关单元，所述第二开关单元的动端与所述电源电压、所述第二参考电压以及所述地端可选择连接，所述第二开关单元的第二端与所述第二电容的第一端耦接；所述第二电容的第二端与所述电容阵列电路的输出端耦接；所述比较电路，其第二输入端输入第一参考电压，其输出端与所述逻辑电路耦接；所述逻辑电路，适于将所述比较电路的输出结果转换成相应的数字信号。

3、可选的，所述第i级电容阵列单元，包括第一子单元以及第二子单元，所述第一子单元包括第一电容阵列以及第一开关单元，所述第二子单元包括第二电容阵列以及第二开关单元，其中：所述第一开关单元，其动端与所述电源电压、所述地端可选择连接，其定端与所述第一电容阵列的第一端耦接；所述第一电容阵列，其第二端与所述电容阵列电路的输出端耦接，包括2n-i-1个单位电容；所述第二开关单元，其动端与所述电源电压、所述地端可选择连接，其定端与所述第二电容阵列的第一端耦接；所述第二电容阵列，其第二端与所述电容阵列电路的输出端耦接，包括2n-i-1个单位电容。

4、可选的，在所述电容阵列电路的采样保持状态下，所述n级电容阵列单元中任一级电容阵列单元的第一比较单元的动端与所述电源电压连接，所述n级电容阵列单元中任一级电容阵列单元的第二比较单元的动端与所述地端连接。

5、可选的，所述电源电压为所述第一参考电压的2倍。

6、可选的，所述第二参考电压关联于所述第一参考电压，也即第二参考电压可以通过第一参考电压确定。具体地，第二参考电压可以取自预设的电压区间内的任一电压值，该电压区间的最小值为第一参考电压与预设阈值之差，该电压区间的最大值为第一参考电压与预设阈值之和。

7、第二方面，本发明提供了一种模数转换方法，适于对上述提供的模数转换器进行控制，以对输入的目标电压进行模数转换；所述方法包括：将电容阵列电路的输出电压与所述第一参考电压进行第j次比较，基于第j个比较结果确定模数转换值中第j位比特的取值；1≤j≤n；在将所述电容阵列电路的输出电压与所述第一参考电压进行第n次比较后，更新所述电容阵列电路的输出电压为第一电压；将所述第一电压与所述第一参考电压进行比较，基于所述第一电压与所述第一参考电压的比较结果，确定所述模数转换值中的第n+1位比特的取值，并将所述电容阵列电路的输出电压更新为第二电压；将所述第二电压与所述第一参考电压进行比较，基于所述第二电压与所述第一参考电压的比较结果，确定所述模数转换值中的第n+2位比特的取值。

8、可选的，所述更新所述电容阵列电路的输出电压为第一电压，包括：若第n次比较后电容阵列电路的输出电压大于所述第一参考电压，将所述第n级电容阵列单元的第一开关单元的动端连接至第二参考电压；若所述第n次比较后电容阵列电路的输出电压小于所述第一参考电压，将所述第n级电容阵列单元的第二开关单元的动端连接至所述第二参考电压。

9、可选的，所述将所述电容阵列电路的输出电压更新为第二电压，包括：若所述第n次比较时电容阵列电路的输出电压大于所述第一参考电压，且所述第一电压大于所述第一参考电压，将所述第n级电容阵列单元的第一开关单元的定端连接至所述第二参考电压；若所述第n次比较时电容阵列电路的输出电压大于所述第一参考电压，且所述第一电压小于所述第一参考电压，将所述第n级电容阵列单元的第二开关单元的定端连接至所述第二参考电压；若所述第n次比较时电容阵列电路的输出电压小于所述第一参考电压，且所述第一电压大于所述第一参考电压，将所述第n级电容阵列单元的第二开关单元的定端连接至所述地端；若所述第n次比较时电容阵列电路的输出电压小于所述第一参考电压，且所述第一电压小于所述第一参考电压，将所述第n级电容阵列单元的第一开关单元的定端连接至所述第二参考电压。

10、与现有技术相比，本发明提供的技术方案存在至少如下有益效果：

11、通过设置第二参考电压，基于第n次比较后电容阵列电路的输出电压与第一参考电压的大小关系，确定将第n级电容阵列单元的第一开关单元的动端/第二开关单元的动端连接第二参考电压。进而，电容阵列电路的输出电压更新为第一电压。基于第一电压与第一参考电压的大小关系，调整连接第二参考电压的第一开关单元/第二开关单元的动端，将电容阵列电路的输出电压从第一电压调整为第二电压，并得到模数转换值中的第n+1位比特的取值。进一步，将第二电压与第一参考电压进行比较，即可得到模数转换值中的第n+2位比特。通过包含n级电容阵列单元的电容阵列电路，实现n+2位的模数转换值的输出，提高模数转换器的精度。

技术特征：

1.一种模数转换器，其特征在于，适于将输入的目标电压换成n+2位的模数转换值并输出；所述模数转换器包括：电容阵列电路、比较电路以及逻辑电路，所述电容阵列电路包括n级电容阵列单元；其中：

2.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述第i级电容阵列单元，包括第一子单元以及第二子单元，所述第一子单元包括第一电容阵列以及第一开关单元，所述第二子单元包括第二电容阵列以及第二开关单元，其中：所述第一开关单元，其动端与所述电源电压、所述地端可选择连接，其定端与所述第一电容阵列的第一端耦接；

3.如权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，在所述电容阵列电路的采样保持状态下，所述n级电容阵列单元中任一级电容阵列单元的第一比较单元的动端与所述电源电压连接，所述n级电容阵列单元中任一级电容阵列单元的第二比较单元的动端与所述地端连接。

4.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述电源电压为所述第一参考电压的2倍。

5.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述第二参考电压关联于所述第一参考电压。

6.一种模数转换方法，其特征在于，适于基于权利要求1～5任一项提供的模数转换器，对输入的目标电压进行模数转换；所述方法包括：

7.如权利要求6所述的模数转换方法，其特征在于，所述更新所述电容阵列电路的输出电压为第一电压，包括：

8.如权利要求7所述的模数转换方法，其特征在于，所述将所述电容阵列电路的输出电压更新为第二电压，包括：

技术总结
一种模数转换器及模数转换方法，模数转换器包括电容阵列电路、比较电路以及逻辑电路，电容阵列电路中的第N级电容阵列单元，包括第一电容、第一开关单元、第二电容以及第二开关单元，第一开关单元的动端与电源电压、第二参考电压以及地端可选择连接，第一开关单元的第二端与第一电容的第一端耦接；第二开关单元的动端与电源电压、第二参考电压以及地端可选择连接；比较电路，其第二输入端输入第一参考电压，其输出端与逻辑电路耦接；逻辑电路，适于将比较电路的输出结果转换成相应的数字信号。上述方案，能够提高模数转换器输出的模数转换值的精度。

技术研发人员：郭锡韧,陈明辉
受保护的技术使用者：夏芯微电子（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20