CN103560788A - Sar adc电路、电子设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种SAR ADC电路、电子设备及方法，该SAR ADC电路包括DAC模块、比较器及输入电源，还包括：第一共模模块，与比较器的正端及输入电源连接，用于对输入电源进行调整后输出第一共模电压至比较器；第二共模模块，与比较器的负端及输入电源连接，用于对输入电源进行调整后输出第二共模电压至比较器；以及，失调校正模块，用于控制第一共模模块调节第一共模电压的大小或控制第二共模模块调节第二共模电压的大小，以校正SAR ADC电路的失调。本发明由于只需通过调节电阻的大小即可对第一共模电压或第二共模电压进行调节，结构十分简单，且能有效的校正SARADC电路的失调，十分实用。
Description
技术领域
本发明涉及模拟数字转换技术领域，尤其涉及一种SAR ADC电路、电子设备及方法。
背景技术
近年来，随着数字信号处理技术的快速发展，滤波、变频、调制/解调等信息处理任务均已进入数字领域。为了使用强大的数字信号处理技术来对真实世界中的模拟信号进行处理，用于在模拟信号和数字信号之间起桥梁作用的模数转换器在电视、移动装置和其他消费电子产品中，均得到了极为广泛的应用。
连续接近式寄存器型模数转换器(Successive Approximation RegisterAnalog to Digital Converter，简称SAR ADC)是中等至高等分辨率应用的常用模数转换结构，其使用一系列阶段将模拟电压转换成数字比特，其中每个阶段将一个模拟电压和一个参考电压进行比较，以产生一个数字比特。然而，如SAR ADC中比较器本身的失调、SAR ADC芯片内部的地与PCB版级的地不平衡以及电容的不匹配、开关的非理性因素等多种情况均会造成SAR ADC的失调，从而导致一定范围内的被测试信号无法被ADC进行有效的测量，因此，需要一种技术方案来解决SAR ADC失调的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种结构简单且能有效的校正失调的SARADC电路、电子设备及方法。
为了达到上述目的，本发明提出一种SAR ADC电路，包括包括DAC模块、比较器及输入电源，还包括：第一共模模块，与所述比较器的正端及所述输入电源连接，用于对所述输入电源进行调整后输出第一共模电压至所述比较器；
第二共模模块，与所述比较器的负端及所述输入电源连接，用于对所述输入电源进行调整后输出第二共模电压至所述比较器；
以及，
失调校正模块，用于控制所述第一共模模块调节第一共模电压的大小或控制所述第二共模模块调节第二共模电压的大小，以校正SAR ADC电路的失调。
优选地，所述DAC模块包括若干第一电容，每一第一电容的一端经一个三端开关选择与接地端、输入电压或参考电压连接，每一第一电容的另一端与所述比较器的正端连接。
优选地，所述比较器的负端经一第二电容接地。
优选地，所述第一共模模块包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与第二电阻相串联后的一端与所述输入电源连接，另一端接地，所述第一共模电压由所述第一电阻与第二电阻之间的位置输出，所述第一电阻或所述第二电阻为可调电阻。
优选地，所述失调校正模块还用于：
在所述输入电压为0时，对所述比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对所述第一共模模块中的可调电阻大小进行调整，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。
优选地，所述第二共模模块包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与第二电阻相串联后的一端与所述输入电源连接，另一端接地，所述第二共模电压由所述第一电阻及所述第二电阻之间的位置输出，所述第一电阻或所述第二电阻为可调电阻。
优选地，所述失调校正模块还用于：
在所述输入电压为0时，对所述比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对所述第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的SAR ADC电路。
本发明又提出一种SAR ADC电路的失调校正方法，包括：
失调校正分压模块对第一共模模块输出的第一共模电压或第二共模模块输出的第二共模电压大小进行调整，以校正SAR ADC电路的失调。
优选地，在所述输入电压为0时，所述失调校正分压模块对所述比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对所述第一共模模块或所述第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。
本发明提出的一种SAR ADC电路、电子设备及方法，在输入电压为0时，对比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对第一共模模块或第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，以调整第一共模电压或第二共模电压的大小，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。从而使所述第一共模电压与所述第二共模电压的差值抵消SAR ADC电路的失调，由于只需通过调节电阻的大小即可对第一共模电压或第二共模电压进行调节，结构十分简单，且能有效的校正SAR ADC电路的失调，十分实用。
附图说明
图1是本发明较佳实施例SAR ADC电路的电路图。
为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1是本发明较佳实施例SAR ADC电路的电路图。
本发明较佳实施例提出一种SAR ADC电路，包括DAC模块1、比较器2及输入电源VCC，DAC模块1包括若干第一电容，每一第一电容的一端经一个三端开关K可选择与接地端VREFN、输入电压Vin或参考电压VREFP连接，每一第一电容的另一端与所述比较器2的正端连接。其中，若干第一电容呈二进制权重关系，若干第一电容的电容量从小到大依次为C、C、2C、4C、8C......2N*C。
所述SAR ADC电路还包括：第一共模模块3，与所述比较器2的正端及所述输入电源VCC连接，用于对所述输入电源VCC进行调整后输出第一共模电压V3至所述比较器2；所述第一共模模块3包括电阻R1及电阻R2，所述输入电源VCC经串联的所述电阻R1、所述电阻R2接地，所述第一共模电压V3在所述电阻R1及所述电阻R2之间产生，即所述第一共模电压V3由所述电阻R1及所述电阻R2对输入电源VCC分压所得，其中，所述电阻R1或所述电阻R2为可调电阻。所述输入电源VCC为所述比较器2的工作电源，本实施例中，所述电阻R1和所述电阻R2的初始阻值相等，即所述第一共模电压V3的初始电压等于所述输入电源VCC的一半，也即所述比较器2的工作电源的一半。
第二共模模块4，与所述比较器2的负端及所述输入电源VCC连接，用于对所述输入电源VCC进行调整后输出第二共模电压V4至所述比较器2；所述第二共模模块4包括电阻R3及电阻R4，所述输入电源VCC经串联的所述电阻R3、所述电阻R4接地，所述第二共模电压V4在所述电阻R3及所述电阻R4之间产生，即所述第二共模电压V4由所述电阻R3及所述电阻R4对输入电源VCC分压所得，其中，所述电阻R3或所述电阻R4为可调电阻。所述输入电源VCC为所述比较器2的工作电源，本实施例中，所述电阻R1和所述电阻R4的初始阻值相等，即所述第二共模电压V4的初始电压等于所述输入电源VCC的一半，也即所述比较器2的工作电源的一半。所述比较器2的负端还经一第二电容C2接地。
所述SAR ADC电路还包括：失调校正模块5，用于控制所述第一共模模块3调节第一共模电压V3的大小或控制所述第二共模模块4调节第二共模电压V4的大小，以校正SAR ADC电路的失调。
本发明较佳实施例SAR ADC电路的工作原理具体描述如下：
本实施例的SAR ADC电路中，在DAC模块1对输入电压Vin进行采样后，比较器2的正端电压V+=1/2VREFP-Vin+V3，比较器2的负端电压V-=V4，则比较器2的正、负端电压差△U=（V+）-（V-）=1/2VREFP-Vin+V3-V4，当△U>0时，则比较器2的输出端输出高电平状态，当△U<0时，则比较器2的输出端输出低电平状态。
如不对本实施例的SAR ADC电路进行失调校正，则由于V3、V4均为VCC的一半，V3=V4，则△U=1/2VREFP-Vin。
若SAR ADC电路存在正的失调δ，则输入电压为Vin时，由于正的失调δ，在比较器2的正端，测得的输入电压值为（Vin+δ），则△U=0-（Vin+δ）+V3-V4=-Vin-δ，当输入电压Vin为0时，则△U=-δ<0，则比较器2的输出端输出低电平状态，对SAR ADC电路的失调进行校正，由失调校正模块5对比较器2输出的高低电平状态进行检测，当检测到比较器2的输出端输出低电平状态时，则对所述第一共模模块3或所述第二共模模块4中的可调电阻大小进行调整，即对第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小进行调整，则调整后第一共模电压V3与第二共模电压V4不再相等，则△U=-δ+V3-V4，失调校正模块5调整第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小至（V3-V4）=δ时，则△U=-δ+V3-V4=0，即抵消掉了SAR ADC电路中存在的正的失调δ，而当△U=-δ+V3-V4=0时，比较器2的输出端输出的高低电平状态会发生翻转，则失调校正模块5可根据实时检测的比较器2的输出端输出的高低电平状态来对第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小进行调整，当比较器2的输出端输出的高低电平状态发生翻转即由低电平状态翻转为高电平状态时，则可知失调校正模块5已调至（V3-V4）=δ，即此时SAR ADC电路中存在的正的失调δ已校正。
若SAR ADC电路存在负的失调δ，则输入电压为Vin时，由于负的失调δ，在比较器2的正端，测得的输入电压值为（Vin-δ），则△U=0-（Vin-δ）+V3-V4=-Vin+δ，当输入电压Vin为0时，则△U=+δ>0，则比较器2的输出端输出高电平状态，对SAR ADC电路的失调进行校正，由失调校正模块5对比较器2输出的高低电平状态进行检测，当检测到比较器2的输出端输出高电平状态时，则对所述第一共模模块3或所述第二共模模块4中的可调电阻大小进行调整，即对第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小进行调整，则调整后第一共模电压V3与第二共模电压V4不再相等，则△U=+δ+（V3-V4），失调校正模块5调整第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小至（V3-V4）=-δ时，则△U=+δ+V3-V4=0，即抵消掉了SAR ADC电路中存在的负的失调δ，而当△U=+δ+V3-V4=0时，比较器2的输出端输出的高低电平状态会发生翻转，则失调校正模块5可根据实时检测的比较器2的输出端输出的高低电平状态来对第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小进行调整，当比较器2的输出端输出的高低电平状态发生翻转即由高电平状态翻转为低电平状态时，则可知失调校正模块5已调至（V3-V4）=-δ，即此时SARADC电路中存在的负的失调δ已校正。
本实施例中，失调校正模块5对第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小进行调整时，可只对第一共模电压V3进行调整或只对第二共模电压V4进行调整，也可同时对第一共模电压V3和第二共模电压V4进行调整，只要能保证调整后（V3-V4）符合校正所需要求即可，也即R1、R2、R3、R4中至少有一个为可调电阻，失调校正模块5通过对可调电阻阻值大小的调节来调整（V3-V4）的大小，在本实施例中，仅以R4为可调电阻进行示意，当然，也不限定R1、R2、R3、R4中其他一个或多个作为可调电阻的情况。
本实施例中，失调校正模块5对第一共模电压V3或第二共模电压V4的电压调整精度决定了失调校正后残余失调的最大值，如果第一共模电压V3或第二共模电压V4的电压调整精度小于SAR ADC电路的精度1LSB，那么就可以保证SAR ADC电路失调校正后的残余失调电压小于1LSB。
本实施例在输入电压Vin为0时，对比较器2输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对第一共模模块3或第二共模模块4中的可调电阻大小进行调整，以调整第一共模电压V3或第二共模电压V4的大小，直至所述比较器2输出的高低电平状态翻转。从而使所述第一共模电压V3与所述第二共模电压V4的差值抵消SAR ADC电路的失调，由于只需通过调节电阻的大小即可对第一共模电压V3或第二共模电压V4进行调节，结构十分简单，且能有效的校正SAR ADC电路的失调，十分实用。
本发明还提出一种电子设备，该电子设备包括上述SAR ADC电路，其工作原理如上所述，在此不再赘述。由于采用了上述SAR ADC电路，能在SARADC电路出现正、负失调时随时进行校正，由于只需通过调节电阻的大小即可对第一共模电压V3或第二共模电压V4进行调节，结构十分简单，且能有效的校正SAR ADC电路的失调，十分实用，测量结果更加精确。
本发明又提出一种SAR ADC电路的失调校正方法，由失调校正分压模块对第一共模模块输出的第一共模电压或第二共模模块输出的第二共模电压大小进行调整，以校正SAR ADC电路的失调。在输入电压为0时，对比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对第一共模模块或第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，以调整第一共模电压或第二共模电压的大小，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。从而使所述第一共模电压与所述第二共模电压的差值抵消SAR ADC电路的失调，由于只需通过调节电阻的大小即可对第一共模电压或第二共模电压进行调节，结构十分简单，且能有效的校正SAR ADC电路的失调，十分实用。
上述SAR ADC电路、电子设备及方法，在输入电压为0时，对比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对第一共模模块或第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，以调整第一共模电压或第二共模电压的大小，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。从而使所述第一共模电压与所述第二共模电压的差值抵消SAR ADC电路的失调，由于只需通过调节电阻的大小即可对第一共模电压或第二共模电压进行调节，结构十分简单，且能有效的校正SAR ADC电路的失调，十分实用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种SAR ADC电路，包括DAC模块、比较器及输入电源，其特征在于，还包括：
第一共模模块，与所述比较器的正端及所述输入电源连接，用于对所述输入电源进行调整后输出第一共模电压至所述比较器；
第二共模模块，与所述比较器的负端及所述输入电源连接，用于对所述输入电源进行调整后输出第二共模电压至所述比较器；
以及，
失调校正模块，用于控制所述第一共模模块调节第一共模电压的大小或控制所述第二共模模块调节第二共模电压的大小，以校正SAR ADC电路的失调。
2.根据权利要求1所述的SAR ADC电路，其特征在于，所述DAC模块包括若干第一电容，每一第一电容的一端经一个三端开关选择与接地端、输入电压或参考电压连接，每一第一电容的另一端与所述比较器的正端连接。
3.根据权利要求2所述的SAR ADC电路，其特征在于，所述比较器的负端经一第二电容接地。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的SAR ADC电路，其特征在于，所述第一共模模块包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与第二电阻相串联后的一端与所述输入电源连接，另一端接地，所述第一共模电压由所述第一电阻与第二电阻之间的位置输出，所述第一电阻或所述第二电阻为可调电阻。
5.根据权利要求4所述的SAR ADC电路，其特征在于，所述失调校正模块还用于：
在所述输入电压为0时，对所述比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对所述第一共模模块中的可调电阻大小进行调整，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的SAR ADC电路，其特征在于，所述第二共模模块包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与第二电阻相串联后的一端与所述输入电源连接，另一端接地，所述第二共模电压由所述第一电阻及所述第二电阻之间的位置输出，所述第一电阻或所述第二电阻为可调电阻。
7.根据权利要求6所述的SAR ADC电路，其特征在于，所述失调校正模块还用于：
在所述输入电压为0时，对所述比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对所述第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。
8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的SARADC电路。
9.一种SAR ADC电路的失调校正方法，其特征在于，包括：
失调校正分压模块对第一共模模块输出的第一共模电压或第二共模模块输出的第二共模电压大小进行调整，以校正SAR ADC电路的失调。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述输入电压为0时，所述失调校正分压模块对所述比较器输出的高低电平状态进行检测，并根据检测的高低电平状态对所述第一共模模块或所述第二共模模块中的可调电阻大小进行调整，直至所述比较器输出的高低电平状态翻转。
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