CN101478309A - 一种提高模数转换器精度的系统及方法 - Google Patents

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白建军
苏秀敏
刘军
陈恒
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VeriSilicon Microelectronics Shanghai Co Ltd
VeriSilicon Microelectronics Beijing Co Ltd
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VeriSilicon Microelectronics Shanghai Co Ltd
Verisilicon Holdings Co Ltd Cayman Islands
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Abstract

本发明揭示了一种提高模数转换器精度的系统，用于电荷重新分布型逐次逼近模数转换器，该系统包括控制逻辑模块、比较器、数模转换器及若干数据线，其中，所述系统进一步包括连接于控制逻辑模块与数模转换器之间的温度计编码器，所述温度计编码器用于将控制逻辑模块中输出的二进制编码转为温度计编码。本发明在模数转换器中引入了温度计编码，同传统的二进制码相比匹配精度更高，在不采用数字校正的情况下，传统的采用二进制码SARADC匹配精度达到10比特；而本发明在SAR ADC中引入了温度计编码，使其匹配精度提高到12比特。

Description

一种提高模数转换器精度的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种提高模数转换器精度的系统及方法，尤其涉及一种提高电荷重新分布型逐次逼近模数转换器精度的系统及方法。
背景技术
现有的电荷重新分布型(Charge redistribution)逐次逼近模数转换器(SAR ADC)都是采用二进制编码。如图1所示N位模数转换器中的部分电路，其包括依次连接的控制逻辑模块8’，二进制数据线7’、单位电容、比较器2’及参考电压1’。从控制逻辑模块8’中输出的N位二进制编码信号经N位二进制数据线7’控制单位电容。
N位二进制数据线7’控制二进制加权的N位电容阵列。以一个传统的4位逐次逼近模数转换器为例，4位二进制码分别控制4组电容，4组电容包含的单位电容分别为：8、4、2、1，这种二进制加权电容阵列对应关系比较单一，抵消误差积累效应比较困难。
目前一些可提高模数转换器精度的方法，需要采用数字校正，使模数转换器的设计和使用都比较复杂。例如：Michidel de Wit，Khen-Sang Tan在IEEE JSSC 1993年4月第128卷第4册《低功耗12比特自校准模数转换器》(A Low-Power 12-b Analog-to-Digital Converter withOn-Chip Precision Trimming)提出的方法是通过校准来提高模数转换器精度。设计复杂，而且用户在使用前需要有一个校准的过程。KANTI BACRANIA在IEEE JSSC 1986年12月第6期《具数字纠错的12比特逐次逼近模数转换器》(A 12-bit Sucessive-Approximation-Type ADCwith Digital Error Correction)提出的提高模数转换器精度方法中需要加入数字纠正模块进行纠错，设计和使用都比较复杂。
因此，实有必要设计一种设计和使用都比较简单的提高模数转换器精度的系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高模数转换器精度的系统，用于电荷重新分布型逐次逼近模数转换器中。
另外，本发明还提供一种提高模数转换器精度的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种提高模数转换器精度的系统，用于电荷重新分布型逐次逼近模数转换器，该系统包括控制逻辑模块、比较器、数模转换器及若干数据线，其特征在于：所述系统进一步包括连接于控制逻辑模块与数模转换器之间的温度计编码器，所述温度计编码器用于将控制逻辑模块中输出的二进制编码转为温度计编码。
一种使用上述系统的模数转换器。
一种使用上述系统的芯片。
一种应用上述系统提高模数转换器精度的方法，应用于电荷重新分布型逐次逼近模数转换器中，其特征在于，该方法中采用了温度计编码，该方法包括以下步骤：
步骤一，温度计编码器用于将控制逻辑模块中输出的二进制编码转为温度计编码；
步骤二，上述温度计编码通过数据线分别控制对应的单位电容的打开或关闭；
步骤三，随机排列所述步骤二中的数据线对单位电容的对应关系，用于抵消单位电容误差的积累效应。
一种使用上述方法的模数转换器。
一种使用上述方法的芯片。
与现有技术相比，本发明在模数转换器中引入了温度计编码，其有益效果在于：在不采用数字校正的情况下提高电荷重新分布型逐次逼近模数转换器的精度，同传统的二进制码相比，本方法的匹配精度更高。在不采用数字校正的情况下，传统的采用二进制码SARADC匹配精度达到10比特；而本发明在SARADC中引入了温度计编码，其精度可提高到12比特。同时，采同本发明方法模数转换器具有面积小，设计简单，使用方便的优点。
附图说明
图1为现有逐次逼近模数转换器中的部分电路；
图2为本发明的逐次逼近模数转换器中的部分电路。
具体实施方式
下面结合附图2对本发明技术方案的实施作进一步的详细描述：
如图2所示N位模数转换器中的部分电路，其包括依次连接的控制逻辑模块8，数据线、单位电容、比较器2及参考电压1。
从控制逻辑模块8中输出的N位二进制编码信号经N位数据线7输入温度计编码器10，N二进制编码经温度计编码器10转成2N-1位温度计码后，然后通过2N-1位数据线控制2N-1个单位电容。随机排列这些单位电容以实现更高的匹配精度。
以一个4位逐次逼近模数转换器为例说明，4位二进制码转成15位温度计码，然后通过15位信号线去控制一个有15个单位电容的电容阵列，15位信号线对应于15个单位电容可以有很多种对应关系，根据单位电容的误差特性选择一种对应关系来抵消误差积累效应。
2N-1位数据线对应2N-1个单位电容有很多种对应方法，从理论上讲，将对应关系完全随机排列可以有效的抵消单位电容误差的积累效应，就可以使2N-1个单位电容达到更高的匹配精度。实际应用中可以根据单位电容的匹配误差特性对随机排列关系进行一定的简化，以达到复杂度与效果的折中。
本发明在模数转换器中引入了温度计编码，在不采用数字校正的情况下提高电荷重新分布型逐次逼近模数转换器的精度，同传统的二进制码相比，本方法的匹配精度更高。在不采用数字校正的情况下，传统的采用二进制码SAR ADC匹配精度达到10比特；而本发明在SAR ADC中引入了温度计编码，其精度可提高到12比特。同时，采同本发明方法模数转换器具有面积小，设计简单，使用方便的优点。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案，均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims (6)

1.一种提高模数转换器精度的系统，用于电荷重新分布型逐次逼近模数转换器，该系统包括控制逻辑模块、比较器、数模转换器及若干数据线，其特征在于：所述系统进一步包括连接于控制逻辑模块与数模转换器之间的温度计编码器，所述温度计编码器用于将控制逻辑模块中输出的二进制编码转为温度计编码。
2.一种使用权利要求1的系统的模数转换器。
3.一种使用权利要求1的系统的芯片。
4.一种应用权利要求1的系统提高模数转换器精度的方法，应用于电荷重新分布型逐次逼近模数转换器中，其特征在于，该方法中采用了温度计编码，该方法包括以下步骤：
步骤一，温度计编码器用于将控制逻辑模块中输出的二进制编码转为温度计编码；
步骤二，上述温度计编码通过数据线分别控制对应的单位电容的打开或关闭；
步骤三，随机排列所述步骤二中的数据线对单位电容的对应关系，用于抵消单位电容误差的积累效应。
5.一种使用权利要求4的方法的模数转换器。
6.一种使用权利要求4的方法的芯片。
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