本公開(kāi)涉及集成電路，更具體地，涉及一種縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、在溫度、濕度、壓力與生物等傳感器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter,adc)被廣泛應(yīng)用，其將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，之后才能送入數(shù)字電路進(jìn)行復(fù)雜的存儲(chǔ)、運(yùn)算。因此，作為對(duì)目標(biāo)信號(hào)的第一級(jí)處理電路，adc的轉(zhuǎn)換精度、帶寬決定了傳感器的主要性能。在上述應(yīng)用環(huán)境中，模擬信號(hào)通常幅值很小、變化緩慢，往往要求adc具有16bits以上的精度、1khz左右的帶寬。此外，上述環(huán)境中的傳感器通常使用電池供電，且散熱能力有限，因此要求adc具有較低的功耗。adc的精度、帶寬的提升以功耗為代價(jià)，并不能單純地追求精度或帶寬中的某一項(xiàng)，而應(yīng)當(dāng)在保證精度與帶寬的前提下，通過(guò)架構(gòu)或電路層面的改進(jìn)來(lái)降低整體功耗。

2、在縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，其性能主要由δσ?adc(delta-sigma?adc)決定，其精度取決于調(diào)制器的噪聲傳遞函數(shù)（noise?transfer?function，ntf）的階數(shù)，階數(shù)越高則可將更多的量化噪聲整形出信號(hào)帶。傳統(tǒng)的zoom?adc通過(guò)增加δσ?adc中積分器的個(gè)數(shù)來(lái)提高ntf的階數(shù)，從而提高整體adc精度。但這種方法的弊端在于，需要使用更多的運(yùn)算放大器來(lái)搭建級(jí)聯(lián)積分器。運(yùn)算放大器通常是電路中功耗最大的模塊，因此傳統(tǒng)方法為了追求精度而極大地增加了功耗，削弱了zoom?adc的高能效優(yōu)勢(shì)，同時(shí)高階δσ?adc的環(huán)路難以穩(wěn)定，將導(dǎo)致輸入動(dòng)態(tài)范圍變小、設(shè)計(jì)難度增大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、（一）要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、本公開(kāi)提供了一種縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于至少部分解決上述技術(shù)問(wèn)題之一。

3、（二）技術(shù)方案

4、本公開(kāi)提供一種縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該系統(tǒng)包括：粗量化模塊，用于對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出殘差信號(hào)以及第一數(shù)字信號(hào)；數(shù)字邏輯模塊，用于對(duì)第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)界，輸出第一參考電壓和第二參考電壓；細(xì)量化模塊，用于對(duì)殘差信號(hào)進(jìn)行細(xì)量化，輸出第二數(shù)字信號(hào)或第三數(shù)字信號(hào)，其中，第二數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)噪聲耦合模塊處理后反饋至細(xì)量化模塊；噪聲耦合模塊，用于基于第二數(shù)字信號(hào)生成反饋信號(hào)；其中，反饋信號(hào)用于降低細(xì)量化過(guò)程中的量化噪聲；輸出模塊，用于基于第一數(shù)字信號(hào)和第三數(shù)字信號(hào)生成輸出結(jié)果。

5、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，粗量化模塊包括：n位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換和量化，輸出殘差信號(hào)和第一數(shù)字信號(hào)，其中，第一數(shù)字信號(hào)是輸入的模擬信號(hào)的數(shù)字表達(dá)，殘差信號(hào)輸出至細(xì)量化模塊，第一數(shù)字信號(hào)輸出至數(shù)字邏輯模塊。

6、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，數(shù)字邏輯模塊包括：數(shù)字邏輯電路，用于將第一數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第四數(shù)字信號(hào)，并基于第四數(shù)字信號(hào)確定第一參考電壓和第二參考電壓；其中，第四數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)范圍大于第一數(shù)字信號(hào)。

7、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，細(xì)量化模塊包括：第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于基于第一參考電壓、第二參考電壓將第二數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一模擬信號(hào)；積分器組，用于對(duì)輸入的模擬信號(hào)、殘差信號(hào)和第一模擬信號(hào)進(jìn)行整形，得到第一整形信號(hào)和第二整形信號(hào)；加法器，用于對(duì)第一整形信號(hào)、第二整形信號(hào)以及反饋信號(hào)進(jìn)行整合，得到第二模擬信號(hào)；量化器，用于對(duì)第二模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出第二數(shù)字信號(hào)或第三數(shù)字信號(hào)。

8、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，反饋信號(hào)至少包括第一反饋信號(hào)和第三反饋信號(hào)，噪聲耦合模塊包括：模擬延時(shí)單元，用于對(duì)第二模擬信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，得到第一反饋信號(hào)；數(shù)字延時(shí)單元，用于對(duì)第二數(shù)字信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，得到第二反饋信號(hào)；第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將第二反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為第三反饋信號(hào)。

9、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換系數(shù)基于量化器在上一周期輸出的第二數(shù)字信號(hào)決定。

10、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，模擬延時(shí)單元包括：第一電容陣列和第二電容陣列，其中，第一電容陣列和第二電容陣列的結(jié)構(gòu)相同，通過(guò)電容實(shí)現(xiàn)信號(hào)的延時(shí)，其中，電容的狀態(tài)基于相位確定。

11、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，數(shù)字延時(shí)單元包括：d觸發(fā)器，用于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行延時(shí)。

12、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，在細(xì)量化模塊中進(jìn)行多個(gè)周期的細(xì)量化處理，在細(xì)量化處理周期滿足預(yù)設(shè)條件的情況下，將當(dāng)前周期量化器輸出的第二數(shù)字信號(hào)作為第三數(shù)字信號(hào)輸出至輸出模塊。

13、根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，輸出模塊通過(guò)對(duì)第一數(shù)字信號(hào)和第三數(shù)字信號(hào)進(jìn)行組合得到輸出結(jié)果，其中，組合方式基于第三數(shù)字信號(hào)的值確定；當(dāng)?shù)谌龜?shù)字信號(hào)的值為1時(shí)，取第一數(shù)字信號(hào)中的第一內(nèi)容；當(dāng)?shù)谌龜?shù)字信號(hào)的值為0時(shí)，取第一數(shù)字信號(hào)中的第二內(nèi)容；通過(guò)對(duì)第一內(nèi)容或第二內(nèi)容進(jìn)行順序排列，得到輸出結(jié)果。

14、（三）有益效果

15、本公開(kāi)提供的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器至少包括以下有益效果：

16、通過(guò)增加噪聲耦合模塊，將量化器的輸入與輸出相減后得到量化噪聲，再將量化噪聲經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)后反饋到量化器輸入端。由此在原有噪聲傳遞函數(shù)ntf的基礎(chǔ)上再增加一階噪聲整形，避免了高功耗運(yùn)算放大器的使用，在增大整形階數(shù)的同時(shí)避免了運(yùn)放個(gè)數(shù)的增加，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而以較小的功耗代價(jià)獲得了等同于高階δσ?adc的精度，實(shí)現(xiàn)更高的能效。

技術(shù)特征：

1.一種縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述粗量化模塊包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述數(shù)字邏輯模塊包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述細(xì)量化模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述反饋信號(hào)至少包括第一反饋信號(hào)和第三反饋信號(hào)，所述噪聲耦合模塊包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換系數(shù)基于所述量化器在上一周期輸出的第二數(shù)字信號(hào)決定。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模擬延時(shí)單元包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述數(shù)字延時(shí)單元包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在所述細(xì)量化模塊中進(jìn)行多個(gè)周期的細(xì)量化處理，在所述細(xì)量化處理周期滿足預(yù)設(shè)條件的情況下，將當(dāng)前周期量化器輸出的第二數(shù)字信號(hào)作為第三數(shù)字信號(hào)輸出至輸出模塊。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述輸出模塊通過(guò)對(duì)所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第三數(shù)字信號(hào)進(jìn)行組合得到輸出結(jié)果，其中，組合方式基于所述第三數(shù)字信號(hào)的值確定；

技術(shù)總結(jié)
本公開(kāi)提供了一種縮放式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，包括：粗量化模塊，用于對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出殘差信號(hào)以及第一數(shù)字信號(hào)；數(shù)字邏輯模塊，用于對(duì)第一數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)界，輸出第一參考電壓和第二參考電壓；細(xì)量化模塊，用于對(duì)殘差信號(hào)進(jìn)行細(xì)量化，輸出第二數(shù)字信號(hào)或第三數(shù)字信號(hào)，其中，第二數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)噪聲耦合模塊處理后反饋至細(xì)量化模塊；噪聲耦合模塊，用于基于第二數(shù)字信號(hào)生成反饋信號(hào)；其中，反饋信號(hào)用于降低細(xì)量化過(guò)程中的量化噪聲；輸出模塊，用于基于第一數(shù)字信號(hào)和第三數(shù)字信號(hào)生成輸出結(jié)果。該轉(zhuǎn)換器通過(guò)噪聲耦合模塊增大整形階數(shù)，以較小的功耗代價(jià)獲得整體精度的提升，有效提高能效。

技術(shù)研發(fā)人員：李文昌,李冠锜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9