CN104796147A - 一种逐次逼近模数转换器 - Google Patents

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吴劲
李仕仁
曾圣勇
黄海娜
陈天维
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Guangdong Zhong Ze Automatic Identification Technology Co Ltd
Cruel Electronics Co Ltd Slightly In Foshan
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Guangdong Zhong Ze Automatic Identification Technology Co Ltd
Cruel Electronics Co Ltd Slightly In Foshan
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Abstract

本发明公开了一种逐次逼近模数转换器，包括：模拟多路复用器、放大器、偏置电路、比较器、逐次逼近寄存器、数模转换DAC模块，数模转换DAC模块包括：RDAC模块和CDAC模块，其中：模拟多路复用器连接着放大器，放大器一端与偏置电路串联接入到比较器，放大器的另一端与数模转换DAC模块中的RDAC受控于数模转换DAC模块中的CDAC接入到比较器一端，比较器与逐次逼近寄存器连接着，逐次逼近寄存器将结果输入至数模转换DAC模块的RDAC模块和CDAC模块。本发明实施例采用RDAC和CDAC缩放组合DAC结构，并且将CDAC与比较器直接相连，形成采样电容电路，提高了SAR ADC的速度和精度。

Description

一种逐次逼近模数转换器
技术领域
本发明涉及RFID阅读器技术领域，具体涉及一种逐次逼近模数转换器。
背景技术
射频识别(RadfoFrequencyIdentification，简称RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过电磁波或电感祸合方式传递信号，以完成对目标对象的自动识别。与条形码、磁卡、接触式IC卡等其它自动识别技术相比，即RFID技术具有识别过程无须人工干预、可同时识别多个目标、信息存储量大、可工作于各种恶劣环境等优点。因此，RFID技术已经被广泛地应用于固定资产管理、生产线自动化、动物和车辆识别、公路收费、门禁系统、仓储、商品防伪、航空包裹管理、集装箱管理等领域。典型的射频识别系统可以分为标签、阅读器和后端数据处理系统三个部分。
由于阅读器和卡片之间的信息传输是通过射频天线无线传输的，将卡片反馈回来的模拟信号转化成数字信号涉及到逐次逼近模数转换器(SAR ADC)。逐次逼近模数转换器(SAR ADC)具有以下特点：(1)需要多个时钟周期完成模数转换过程；(2)静态功耗主要消耗在比较器和偏置电路，动态功耗主要消耗在开关电容电路；(3)影响其精度的主要因素是组成的DAC模块的电阻和电容的匹配性。
图1所示为传统SAR ADC的结构框图，第一个周期，输入信号与DAC产生的参考信号Vref/2进行比较，将比较后的结果传输给逐次逼近寄存器，逐次逼近寄存器根据比较的结果判断下一个周期与输入信号进行比较的参考信号Vref/4或Vref*3/4，重复这个过程，直到产生最后的数字输出结果。
具体的比较过程如图2所示。图中，Vin为输入信号的一个情况，Vin两侧为在此情况下经过逐次逼近寄存器判断后，每个周期DAC所产生的参考电平，其他横线为当输入信号为其他情况时每个周期可能产生的参考电平，SARADC的转换结果如横坐标所示，图2中只显示了前五位的比较结果和参考电平的可能性，后几位的判断过程与前五位的类似。
发明内容
SAR ADC是中速中精度的模数转换器，由于现代集成电路工艺的尺寸越来越小，精度越来越高，匹配性越来越好，所以SAR ADC的精度可以达到8-12位。
本发明设计的就是一个12位的逐次逼近模数转换器，其主要组成分为模拟电路和数字电路两部分，其中模拟电路包括模拟多路复用器、偏置电路、采样缓冲放大器、比较器和DAC，数字部分包括逐次移位寄存器、状态控制器和时序逻辑控制器。
本发明提供了一种逐次逼近模数转换器，包括：模拟多路复用器、放大器、偏置电路、比较器、逐次逼近寄存器、数模转换DAC模块，数模转换DAC模块包括：RDAC模块和CDAC模块，其中：模拟多路复用器连接着放大器，放大器一端与偏置电路串联接入到比较器，放大器的另一端与数模转换DAC模块中的RDAC受控于数模转换DAC模块中的CDAC接入到比较器一端，比较器与逐次逼近寄存器连接着，逐次逼近寄存器将结果输入至数模转换DAC模块的RDAC模块和CDAC模块。
所述模拟多路复用器为四输入模拟多路复用器。
所述放大器为采样缓冲放大器。
所述RDAC模块包括开关网络、译码器和电阻。
所述CDAC模块包括由若干个网络电容端形成的选择开关。
本发明实施例采用四输入模拟多路复用器，用数字控制选通逻辑选中相应的信道，其次，采用采样缓冲放大器，无损失的传输输入信号，这里会消耗一部分的静态功耗，但对性能影响较大，最后，采用由电阻组成的数模转换器RDAC和由电容组成的数模转换器CDAC缩放组合DAC结构，并且将CDAC与比较器直接相连，形成采样电容电路，提高了SAR ADC的速度和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是现有技术中的逐次逼近模数转换器结构示意图；
图2是现有技术中的逐次逼近模数转换器中比较器输出结果示意图；
图3是本发明实施例中的逐次逼近模数转换器结构示意图；
图4是本发明实施例中的逐次逼近模数转换器电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图3示出了本发明实施例中的逐次逼近模数转换器结构示意图，该逐次逼近模数转换器包括：模拟多路复用器、放大器、偏置电路、比较器、逐次逼近寄存器、数模转换DAC模块，数模转换DAC模块包括：RDAC模块和CDAC模块，其中：模拟多路复用器连接着放大器，放大器一端与偏置电路串联接入到比较器，放大器的另一端与数模转换DAC模块中的RDAC受控于数模转换DAC模块中的CDAC接入到比较器一端，比较器与逐次逼近寄存器连接着，逐次逼近寄存器将结果输入至数模转换DAC模块的RDAC模块和CDAC模块。
图4示出了本发明实施例中的逐次逼近模数转换器电路原理图，该模拟多路复用器为四输入模拟多路复用器。该放大器为采样缓冲放大器，即一个buffer。该RDAC模块包括开关网络、译码器和电阻。该CDAC模块包括由若干个网络电容端形成的选择开关。
在实施本发明实施过程中，先将4个待采样模拟信号通过模拟多路复用器选择一路出来，用buffer对其进行缓冲放大，传输到由图中RDAC模块和CDAC模块缩放组合组成的采样电路，并且与比较器相连，输出给逐次逼近寄存器模块反馈回到组合的DAC结构中。重复这么一个过程，输出结果。
本发明实施例采用四输入模拟多路复用器，用数字控制选通逻辑选中相应的信道，其次，采用采样缓冲放大器，无损失的传输输入信号，这里会消耗一部分的静态功耗，但对性能影响较大，最后，采用由电阻组成的数模转换器RDAC和由电容组成的数模转换器CDAC缩放组合DAC结构，并且将CDAC与比较器直接相连，形成采样电容电路，提高了SAR ADC的速度和精度。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的逐次逼近模数转换器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种逐次逼近模数转换器，其特征在于，包括：模拟多路复用器、放大器、偏置电路、比较器、逐次逼近寄存器、数模转换DAC模块，数模转换DAC模块包括：RDAC模块和CDAC模块，其中：模拟多路复用器连接着放大器，放大器一端与偏置电路串联接入到比较器，放大器的另一端与数模转换DAC模块中的RDAC受控于数模转换DAC模块中的CDAC接入到比较器一端，比较器与逐次逼近寄存器连接着，逐次逼近寄存器将结果输入至数模转换DAC模块的RDAC模块和CDAC模块。
2.如权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述模拟多路复用器为四输入模拟多路复用器。
3.如权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述放大器为采样缓冲放大器。
4.如权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述RDAC模块包括开关网络、译码器和电阻。
5.如权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述CDAC模块包括由若干个网络电容端形成的选择开关。
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