專利名稱：Sigma-Delta SAR模數轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模數轉換器，尤其是一種Sigma-Delta SAR模數轉換器。
背景技術：
模數轉換器是一種將模擬信號轉換為數字信號的器件，是數字電路與外界聯系的 必不可少的接口。按照信號頻率與采樣頻率的關系區(qū)分，模數轉換器分為兩種奈奎斯特 (Nyquist)型和過采樣型。奈奎斯特型的模數轉換器的采樣頻率是信號頻率的兩倍，一般來說，它的分辨率 依賴于元器件的匹配性；過采樣型的模數轉換器的采樣頻率遠大于信號頻率，它利用過采 樣技術提高轉換器的分辨率，特別是Sigma-Delta模數轉換器，它采用了 Sigma-Delta的調 制和過采樣技術相結合，極大地提高了轉換器的分辨率。由于過采樣型的模數轉換器的過 采樣率(采樣頻率與二倍的信號頻率的比值)很高，因此這種模數轉換器的速度不高；另一 方面，奈奎斯特型的模數轉換器的分辨率受制于元器件的匹配性，它的分辨率不高。將奈奎斯特型的模數轉換器與過采樣型的模數轉換器組合起來，可以實現合理的 分辨率和速度的組合。圖1是一種這種組合的例子，它將一個一階的Sigma-Delta調制器與 循環(huán)型(Cyclic)的模數轉換器組合，實現了一個高速高分辨率的模數轉換器。這個組合的 模數轉換器先以Sigma-Delta調制器的方式工作，利用了 Sigma-Delta調制器的高分辨率 的特點，實現了數據分辨的高位部分，然后將Sigma-Delta調制器的積分器變換為放大器， 并復用了比較器，實現了循環(huán)型的模數轉換器，分辨出數據低位部分。這樣的工作方式可以 在較短的時間里得到較高的分辨率，實現了高速和高分辨率的模數轉換器。上述模數轉換器雖然能夠實現高速和高分辨率，但在實際使用過程中，作為電路 中主要的功耗器件的運算放大器始終處于工作狀態(tài)，所以這類模數轉換器具有功耗大的缺 點，同時相應地發(fā)熱量也較大，長時間工作容易引起不穩(wěn)定，因此有必要進行改進。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了解決上述技術的不足而提供的一種實現高速和高分辨 率的同時又具有功耗小的特點的Sigma-Delta SAR模數轉換器。為了達到上述目的，本實用新型所設計的Sigma-Delta SAR模數轉換器，它主要包 括相連接的Sigma-Delta調制器和SAR轉換器，所述Sigma-Delta調制器包含一選通放大 器，所述SAR轉換器包含一 DA轉換器和一 SAR寄存器，其特征是所述選通放大器的選通端 與一脈沖式選通信號ch相連，所述DA轉換器和SAR寄存器的選通端與一同ch反相的脈沖 式選通信號ctib相連。優(yōu)選的方案是所述Sigma-Delta調制器主要由模擬信號輸入端Vin、該模數轉換 器輸出的反饋端Vref、由Pl時鐘信號控制的時鐘開關Kll和K12、由與Pl不重疊的時鐘信 號P2控制的時鐘開關K21和K22、電容Cl、C2、選通放大器和比較器組成；所述模擬信號輸 入端Vin通過時鐘開關Kl 1與電容Cl 一端相連，且電容Cl的這一端通過時鐘開關K21連接所述反饋端Vref，該電容Cl的另一端一路經時鐘開關K22連接選通放大器的第一輸入端， 另一路經時鐘開關K12后接地，所述選通放大器的第二輸入端也接地，所述電容C2跨接在 選通放大器的第一輸入端以及輸出端Vres之間，所述輸出端Vres與所述比較器輸入端相 連，該比較器的選通端與時鐘信號P2相連，同時該比較器的輸出端通過SAR寄存器、DA轉 換器又與其輸入端相連接，所述比較器的輸出端為該模數轉換器輸出端。本實用新型得到的Sigma-Delta SAR模數轉換器，使用Sigma-Delta調制器與逐 次逼近型模數轉換器相組合，利用Sigma-Delta調制器的高分辨率與逐次逼近型模數轉換 器的高速的特征，實現了高速和高分辨率；同時由于脈沖式選通信號ch、chb的控制，當Ch 為高電平時，Sigma-Delta調制，選通放大器工作；當ch為低電平時，轉換器進入SAR轉換 模式，這時，選通放大器關閉以節(jié)省功耗，比較器被復用，與DAC和SAR —同分辨Vres，當ch 的低電平結束，轉換完成，比較器的輸出包括兩部分=Sigma-Delta調制輸出和SAR轉換輸 出，Sigma-Delta調制的輸出經濾波處理，與SAR的輸出相組合，得到轉換器最終的輸出，由 于這種Sigma-Delta SAR模數轉換器只在Sigma-Delta調制過程中使用了選通放大器，而 在低位轉換中使用了低功耗的SAR型轉換，因此節(jié)省了能量，具有功耗低的特點。

圖1是現有模數轉換器的電路圖；圖2是實施例1的電路圖；圖3是實施例1模數轉換器的控制時序。
具體實施方式
下面通過實施例結合附圖對本實用新型作進一步的描述。實施例1如圖2、3所示，本實施例所描述的Sigma-Delta SAR模數轉換器，它主要包括相連 接的Sigma-Delta調制器和SAR轉換器，所述Sigma-Delta調制器包含一選通放大器，所述 SAR轉換器包含一 DA轉換器和一 SAR寄存器，所述Sigma-Delta調制器主要由模擬信號輸 入端Vin、該模數轉換器輸出的反饋端Vref、由Pl時鐘信號控制的時鐘開關Kll和K12、由 與Pl不重疊的時鐘信號P2控制的時鐘開關K21和K22、電容Cl、C2、選通放大器和比較器 組成；所述模擬信號輸入端Vin通過時鐘開關Kl 1與電容Cl 一端相連，且電容Cl的這一端 通過時鐘開關K21連接所述反饋端Vref，該電容Cl的另一端一路經時鐘開關K22連接選通 放大器的第一輸入端，另一路經時鐘開關K12后接地，所述選通放大器的第二輸入端也接 地，所述電容C2跨接在選通放大器的第一輸入端以及輸出端Vres之間，所述選通放大器的 選通端與一脈沖式選通信號ch相連，所述輸出端Vres與所述比較器輸入端相連，該比較器 的選通端與時鐘信號P2相連，同時該比較器的輸出端通過SAR寄存器、DA轉換器又與其輸 入端相連接，所述比較器的輸出端為該模數轉換器輸出端，所述DA轉換器和SAR寄存器的 選通端與一同ch反相的脈沖式選通信號ctib相連。當ch為高電平時，Sigma-Delta調制，選通放大器工作；當ch為低電平時，轉換器 進入SAR轉換模式，這時，選通放大器關閉以節(jié)省功耗，比較器被復用，與DAC和SAR —同分 辨Vres ；當ch的低電平結束，轉換完成，比較器的輸出包括兩部分=Sigma-Delta調制輸出和SAR轉換輸出，Sigma-Delta調制的輸出經濾波處理，與SAR的輸出相組合，得到轉換器 最終的輸出。因此，本實施例所描述的Sigma-Delta SAR模數轉換器，使用Sigma-Delta調制器 與逐次逼近型模數轉換器相組合，利用Sigma-Delta調制器的高分辨率與逐次逼近型模數 轉換器的高速的特征，實現了高速和高分辨率；同時由于只在Sigma-Delta調制過程中使 用了選通放大器，而在低位轉換中使用了低功耗的SAR型轉換，因此節(jié)省了能量，具有功耗 低的特點。當然，本實用新型專利的保護范圍不限于上述實施例，本領域的普通技術人員根 據上述描述的啟示，應當能作相應的改動(如上述實施例描述的模數轉換器是使用單端實 現的，實際中也可以使用差分電路實現)，只要利用Sigma-Delta調制器與逐次逼近型模數 轉換器的結合，實現了高速和高分辨率的同時，采用控制時鐘的變化，使Sigma-Delta調制 器中的放大器處于分時工作的方式，實現低功耗的目的，應當都落入本專利的保護范圍。
權利要求1.一種Sigma-Delta SAR模數轉換器，它主要包括相連接的Sigma-Delta調制器和SAR 轉換器，所述Sigma-Delta調制器包含一選通放大器，所述SAR轉換器包含一 DA轉換器和 一 SAR寄存器，其特征是所述選通放大器的選通端與一脈沖式選通信號ch相連，所述DA轉 換器和SAR寄存器的選通端與一同ch反相的脈沖式選通信號ctib相連。
2.根據權利要求1所述的Sigma-DeltaSAR模數轉換器，其特征是所述Sigma-Delta 調制器主要由模擬信號輸入端Vin、該模數轉換器輸出的反饋端Vref、由Pl時鐘信號控制 的時鐘開關Kll和K12、由與Pl不重疊的時鐘信號P2控制的時鐘開關K21和K22、電容Cl、 C2、選通放大器和比較器組成；所述模擬信號輸入端Vin通過時鐘開關Kll與電容Cl 一端 相連，且電容Cl的這一端通過時鐘開關K21連接所述反饋端Vref，該電容Cl的另一端一路 經時鐘開關K22連接選通放大器的第一輸入端，另一路經時鐘開關K12后接地，所述選通放 大器的第二輸入端也接地，所述電容C2跨接在選通放大器的第一輸入端以及輸出端Vres 之間，所述輸出端Vres與所述比較器輸入端相連，該比較器的選通端與時鐘信號P2相連， 同時該比較器的輸出端通過SAR寄存器、DA轉換器又與其輸入端相連接，所述比較器的輸 出端為該模數轉換器輸出端。
專利摘要本實用新型公開的Sigma-Delta SAR模數轉換器，它主要包括相連接的Sigma-Delta調制器和SAR轉換器，所述Sigma-Delta調制器包含一選通放大器，所述SAR轉換器包含一DA轉換器和一SAR寄存器，其特征是所述選通放大器的選通端與一脈沖式選通信號ch相連，所述DA轉換器和SAR寄存器的選通端與一同ch反相的脈沖式選通信號chb相連。本實用新型得到的Sigma-Delta SAR模數轉換器，實現高速和高分辨率的同時又具有功耗小的特點。
文檔編號H03M3/00GK201860320SQ20102056475
公開日2011年6月8日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者余有芳 申請人:浙江商業(yè)職業(yè)技術學院