專利名稱：積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
許多應(yīng)用需要將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號。ADC的設(shè)計(jì)通常要權(quán)衡分辨率(數(shù)字化信號中包含的離散級別的個(gè)數(shù))與速度(毎秒可以采樣的個(gè)數(shù))。在實(shí)際應(yīng)用中，積分ADC具有不受積分電阻積分電容エ藝變化影響的特性，但其精度會(huì)受到緩沖運(yùn)放失調(diào)電壓、積分運(yùn)放失調(diào)電壓和比較器失調(diào)電壓的影響，為了實(shí)現(xiàn)高精度，必須消除這些失調(diào)電壓，所以積分ADC在毎次轉(zhuǎn)換前必須先經(jīng)過自歸零，為了能適用于各種類型的積分ADC中。首先，自歸零過程需要快速，否則會(huì)影響ADC的轉(zhuǎn)換速度；其次，自歸零過程不能影響積分ADC的正常工作；再次，自歸零的精度要高，否則會(huì)影響ADC的轉(zhuǎn) 換精度；最后，自歸零的電路結(jié)構(gòu)要簡單，易于實(shí)現(xiàn)。然而前三點(diǎn)的要求往往會(huì)使最后一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)。因此，需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的ー個(gè)技術(shù)問題就是如何能夠創(chuàng)新的提出有一種有效措施，采用結(jié)構(gòu)簡單的電路，有效的改善自歸零的精度和速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，僅通過結(jié)構(gòu)簡單的電路，有效的改善自歸零的精度和速度。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括自歸零和積分轉(zhuǎn)換，所述積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括緩沖器，用于增大模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號和基準(zhǔn)信號的驅(qū)動(dòng)カ；積分器，用于對緩沖器的輸出信號進(jìn)行積分；比較模塊，用于比較積分器的輸出和基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生標(biāo)志信號；以及自歸零輔助電路，用于消除緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓。優(yōu)選的，所述比較模塊包括比較器和第四開關(guān)，在自歸零階段，通過第四開關(guān)把比較器連成閉環(huán)。優(yōu)選的，所述自歸零輔助電路包括自歸零電容和第三開關(guān)。優(yōu)選的，所述自歸零輔助電路包括動(dòng)態(tài)功耗控制的反相放大器、自歸零電容和第
三開關(guān)。優(yōu)選的，所述積分器包括積分放大器、積分電阻、第一開關(guān)、第二開關(guān)和積分電容，其中第一開關(guān)與積分電阻并聯(lián)，通過閉合第一開關(guān)將緩沖器的失調(diào)電壓保存到積分電容和自歸零電容上。優(yōu)選的，在自歸零階段，所述緩沖器的輸出連接積分器的輸入；所述積分器的輸出通過自歸零輔助電路反饋到積分器輸入，從而構(gòu)成閉環(huán)，將積分器的失調(diào)電壓保存到自歸零電容上，積分器通過積分電容與比較模塊連接，將比較模塊的失調(diào)電壓保存在積分電容上。優(yōu)選的，所述緩沖器包括運(yùn)算放大器或源極跟隨器。優(yōu)選的，所述自歸零輔助電路的反相放大器包括運(yùn)算放大器或單級放大器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明提供ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括用于增大模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號和基準(zhǔn)信號驅(qū)動(dòng)カ的緩沖器，用于對緩沖器的輸出信號進(jìn)行積分的積分器，用于比較積分器的輸出和基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生標(biāo)志信號的比較模塊，以及在自歸零階段消除緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓的自歸零輔助電路，通過將失調(diào)電壓保存到積分電容和自歸零電容上，消除了緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓，實(shí)現(xiàn)過程中不需要增加額外的頻率補(bǔ)償電路，大大降低了電路的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度。


圖I是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的自歸零時(shí)結(jié)構(gòu)I的框圖；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的自歸零時(shí)結(jié)構(gòu)2的框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。參照圖1，示出了本發(fā)明ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖，模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括自歸零和積分轉(zhuǎn)換，所述積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括緩沖器101，用于增大模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號和基準(zhǔn)信號的驅(qū)動(dòng)カ；積分器102，用于對緩沖器的輸出信號進(jìn)行積分；比較模塊103，用于比較積分器的輸出和基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生標(biāo)志信號；以及自歸零輔助電路104，用于消除緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓。其中ADC, Analog-to-Digital Converter的縮寫，指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器或者模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，真實(shí)世界的模擬信號，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，需要轉(zhuǎn)換成更容易儲存、處理和發(fā)射的數(shù)字形式。摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在各種不同的產(chǎn)品中都可以找到它的身影。圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)I在自歸零時(shí)的框圖，整個(gè)電路包括緩沖器Buffer601、積分器Integrator 602、比較模塊Comparator 603和自歸零輔助電路604。整個(gè)AD過程分為自歸零和積分轉(zhuǎn)換2個(gè)階段，Buffer601用來増大ADC輸入信號和基準(zhǔn)信號的驅(qū)動(dòng)力，Integrator 602用于對Buffer的輸出信號進(jìn)行積分，Comparator 603用于比較Integrator的輸出和基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生標(biāo)志信號，而自歸零輔助電路604用于輔助Buffer601、Integrator 602 和 Comparator 603,消除它們的失調(diào)電壓。Buffer 601 的輸出連接 Integrator 602 的輸入，Integrator 602 的輸出通過自歸零輔助電路604,反饋到Integrator 602, Integrator 602通過積分電容Cint連接Comparator 603的輸入。Integrator 602包括積分放大器、積分電阻Rint、第一開關(guān)SI、第二開關(guān)S2和積分電容Cint。自歸零輔助電路604包括動(dòng)態(tài)功耗控制的反相放大器、自歸零電容Cz和第三開關(guān)S3。Comparator 603包括比較器和第四開關(guān)S4。更為具體的，積分電阻Rint與第一開關(guān)SI并聯(lián)后一端與緩沖器601的輸出端相連，另一端與積分放大器的負(fù)向輸入端相連，積分電容Cint的一端連接積分放大器的負(fù)向輸入端，另一端作為積分器的輸出端與比較模塊相連，第二開關(guān)S2的一端與積分放大器的輸出端相連，另一端與積分器的輸出端相連，積分放大器的正向輸入端與包括動(dòng)態(tài)功耗控制的反相放大器、自歸零電容Cz和第三開關(guān)S3的自歸零輔助電路相連，其中，第三開關(guān)S3一端連接積分放大器的輸出端，另一端與反相放大器的輸入端相連，自歸零電容Cz —端連接反相放大器的輸出端，另一端連接基準(zhǔn)電壓，反相放大器的輸出端作為自歸零輔助電路的輸出端與積分放大器的正向輸入端連接，比較模塊603包括比較器和第四開關(guān)S4，第四開關(guān)S4的一端連接比較器的負(fù)相輸入端，另一端與比較器的輸出端相連，同吋，比較器的負(fù)相輸入端與積分器的輸出端相連，比較模塊的正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓(VCOM)，比較器的輸出端作為比較模塊的輸出，即輸出標(biāo)志信號。 在自歸零狀態(tài)，第一開關(guān)SI、第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4閉合，第二開關(guān)S2斷開，動(dòng)態(tài)功耗控制的反相放大器開啟，Buffer的失調(diào)電壓Vosl保存在積分電容Cint和自歸零電容Cz的上極板，積分器和自歸零輔助電路604組成的閉環(huán)，使積分器的失調(diào)電壓Vos2保存在自歸零電容Cz的上極板，比較模塊自身閉環(huán)，使比較模塊的失調(diào)電壓Vos3保存在積分電容Cint的下極板，因此積分電容Cint的上極板電壓值為VCOM+Vosl，積分電容Cint的下極板電壓值為VC0M+Vos3 ；自歸零電容Cz的上極板電壓值為VC0M+Vosl-Vos2，自歸零電容Cz的下極板電壓值為VC0M。從而可以保證積分轉(zhuǎn)換時(shí),Buffer的失調(diào)電壓Vosl、積分器的失調(diào)電壓Vos2和比較模塊的失調(diào)電壓Vos3不會(huì)影響轉(zhuǎn)換精度。采用動(dòng)態(tài)功耗控制的反相放大器和積分放大器組成的閉環(huán)，相對于現(xiàn)有技術(shù)來說設(shè)計(jì)難度大大降低，増加的這ー級反相器可以采用低増益大帶寬的放大器結(jié)構(gòu)，以保證它和積分放大器組成的閉環(huán)的穩(wěn)定性。而且該反相放大器是采用動(dòng)態(tài)功耗控制，只在自歸零時(shí)開啟，所以并沒有増加太多系統(tǒng)功耗。另外，為了加快自歸零的穩(wěn)定速度，増加了第一開關(guān)SI，將積分電阻Rint短路，否則穩(wěn)定時(shí)間會(huì)受Rint*Cint時(shí)間常數(shù)的影響，通常在低功耗的設(shè)計(jì)中Rint比較大，以減小積分器和Buffer的負(fù)載，Cint也比較大，以保證自歸零的精度。圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)2在自歸零時(shí)的框圖，可理解為是在發(fā)明結(jié)構(gòu)I上的改進(jìn)，整個(gè)電路包括 Buffer 701、Integrator 702 和 Comparator 703 和自歸零輔助電路 704。Buffer701 的輸出連接 Integrator 702 的輸入，Integrator 702 的輸出連接 Comparator 703 的輸入。Integrator 702包括積分放大器、積分電阻Rint、第一開關(guān)SI、第二開關(guān)S2和積分電容Cint。自歸零輔助電路704包括自歸零電容Cz和第三開關(guān)S3。Comparator 703包括比較器和第四開關(guān)S4。具體的，積分電阻Rint與第一開關(guān)SI并聯(lián)后一端與緩沖器601的輸出端相連，另一端與積分電壓Cint的一端連接,積分電壓Cint的另一端作為積分器的輸出端與比較模塊相連，第二開關(guān)S2的一端與積分放大器的輸出端相連,另一端與積分器的輸出端相連，積分放大器的正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓，積分器的負(fù)向輸入端與包含自歸零電容Cz和第三開關(guān)S3的自歸零輔助電路704相連，其中，自歸零電容Cz的一端與積分電阻Rint與第一開關(guān)SI并聯(lián)后與積分電容Cint連接的一端，相連，另一端連接積分放大器的負(fù)向輸入端和第三開關(guān)S3的一端,第三開關(guān)S3的另一端與積分放大器的輸出端相連，比較模塊703包括比較器和第四開關(guān)S4，第四開關(guān)S4的一端連接比較器的負(fù)相輸入端，另一端與比較器的輸出端相連，同吋，比較器的負(fù)相輸入端與積分器的輸出端相連，正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓。在自歸零狀態(tài)，第一開關(guān)SI、第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4閉合，第二開關(guān)S2斷開，Buffer的失調(diào)電壓Vosl保存在積分電容Cint和自歸零電容Cz的上極板，積分放大器自身閉環(huán)，使積分器的失調(diào)電壓Vos2保存在自歸零電容Cz的下極板，比較模塊自身閉環(huán)，使比較模塊的失調(diào)電壓Vos3保存在積分電容Cint的下極板，因此積分電容Cint的上極板電壓值為VCOM+Vosl，積分電容Cint的下極板電壓值為VC0M+Vos3 ;自歸零電容Cz的上極板電壓值為VCOM+Vosl，自歸零電容Cz的下極板電壓值為VC0M+Vos2。達(dá)到的效果與發(fā)明結(jié)構(gòu)I相同，都能保證積分轉(zhuǎn)換吋，Buffer的失調(diào)電壓Vosl、積分器的失調(diào)電壓Vos2和比較模塊的失調(diào)電壓Vos3不會(huì)影響轉(zhuǎn)換精度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)2通過把自歸零電容Cz移到積分放大器的負(fù)向輸入端，避免増加反相放大器，只需要保證Buffer、積分放大器和比較器自身環(huán)路的穩(wěn)定性即可，降低了電路復(fù)雜 度。在積分轉(zhuǎn)換階段的連接關(guān)系，取決于具體的積分ADC結(jié)構(gòu)，本申請?zhí)岢龅膬煞N結(jié)構(gòu)不拘泥于某ー種積分ADC,適用于各種積分ADC結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明結(jié)構(gòu)I和2中Buffer的電路結(jié)構(gòu)可以是運(yùn)算放大器，也可以是源級跟隨器，不拘泥于某ー種特殊電路結(jié)構(gòu)，只要能完成緩沖功能就行；本發(fā)明結(jié)構(gòu)I中自歸零輔助電路604中的反相放大器的電路結(jié)構(gòu)可以是運(yùn)算放大器，也可以是單級放大器，只要能完成反相放大的功能就行。以上對本發(fā)明所提供的一種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.ー種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括自歸零和積分轉(zhuǎn)換，其特征在于，所述積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括 緩沖器，用于增大模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號和基準(zhǔn)信號的驅(qū)動(dòng)カ； 積分器，用于對緩沖器的輸出信號進(jìn)行積分； 比較模塊，用于比較積分器的輸出和基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生標(biāo)志信號；以及 自歸零輔助電路，用于消除緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓。
2.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述比較模塊包括比較器和第四開關(guān)，在自歸零階段，通過第四開關(guān)把比較器連成閉環(huán)。
3.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述自歸零輔助電路包括自歸零電容和第三開關(guān)。
4.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述自歸零輔助電路包括動(dòng)態(tài)功耗控制的反相放大器、自歸零電容和第三開關(guān)。
5.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述積分器包括積分放大器、積分電阻、第一開關(guān)、第二開關(guān)和積分電容，其中第一開關(guān)與積分電阻并聯(lián)，通過閉合第一開關(guān)將緩沖器的失調(diào)電壓保存到積分電容和自歸零電容上。
6.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 在自歸零階段，所述緩沖器的輸出連接積分器的輸入； 所述積分器的輸出通過自歸零輔助電路反饋到積分器輸入，從而構(gòu)成閉環(huán)，將積分器的失調(diào)電壓保存到自歸零電容上，積分器通過積分電容與比較模塊連接，將比較模塊的失調(diào)電壓保存在積分電容上。
7.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述緩沖器包括運(yùn)算放大器或源極跟隨器。
8.如權(quán)利要求I所述的積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述自歸零輔助電路的反相放大器包括運(yùn)算放大器或單級放大器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括用于增大模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入信號和基準(zhǔn)信號驅(qū)動(dòng)力的緩沖器，用于對緩沖器的輸出信號進(jìn)行積分的積分器，用于比較積分器的輸出和基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生標(biāo)志信號的比較模塊，以及在自歸零階段消除緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓的自歸零輔助電路，通過將失調(diào)電壓保存到積分電容和自歸零電容上，消除了緩沖器、積分器和比較模塊的失調(diào)電壓，實(shí)現(xiàn)過程中不需要增加額外的頻率補(bǔ)償電路，大大降低了電路的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度。
文檔編號H03M1/50GK102868408SQ201110187470
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者王晶, 于?？?申請人:北京立博信榮科技有限公司