CN110380728B - 一种高分辨率的混合模数电路转换装置及转换方法 - Google Patents

一种高分辨率的混合模数电路转换装置及转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高分辨率的混合模数电路转换装置及转换方法，包括了Flash ADC电路、LC ADC电路；所述的Flash ADC电路由分压电阻模块、M个比较器、编码器构成；所述的LC ADC电路由比较器A、比较器B、计数器T、控制逻辑模块、n位可逆计数器R、n位DAC构成、多路选择器、模拟减法器。Flash ADC的电路复杂度和功耗会随着分辨率的提高而呈指数上升，LC ADC的数据量也会随着分辨率的提高而大幅上升，虽然两种ADC电路的采样方式不同，但分辨率都较低，本发明中将Flash ADC电路和LC ADC电路相结合，可在保持模数转换电路较快的采样率的同时有效提高模数转换的分辨率。

Description

一种高分辨率的混合模数电路转换装置及转换方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种高分辨率的混合模数电路转换装置及转换方法。
背景技术
模数转换器是连接模拟信号和数字信号的桥梁，实现模拟信号到数字信号的转换。随着数字信号处理技术的快速发展，模数转换器得到非常广泛的应用，发展并演变了多种模数转换器结构。而不同的模数转换器有各自的优缺点，不能使每个指标都做得很好，现有技术中Flash ADC虽然速度很快，但分辨率较低，Flash ADC的电路复杂度和功耗会随着分辨率的提高而呈指数上升，而LC ADC的分辨率虽然也不高，LC ADC的数据量也会随着分辨率的提高而大幅上升，因此虽然两种ADC(Analog-to-Digital Converter,ADC)电路的采样方式不同，但它们的分辨率都较低，一般不高于6位，当两者相结合时可以有效提升模数电路的分辨率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模数转换电路(Analog-to-Digital Converter,ADC)，通过将过电平模数转换电路(Level-Crossing ADC,LC ADC)引入Flash ADC电路，来提高混合模数转换电路的分辨率的电路转换装置及转换方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高分辨率的混合模数电路转换装置，包括了Flash ADC电路、LC ADC电路；所述的Flash ADC电路由分压电阻模块、M个比较器、编码器构成；所述的LC ADC电路由比较器A、比较器B、计数器T、控制逻辑模块、n位可逆计数器R、n位DAC构成、多路选择器、模拟减法器。
进一步，所述Flash ADC电路中M个比较器与输出数字信号高m位之间的关系满足下式：M+1＝2m。
进一步，适用于上述一种高分辨率的混合模数电路装置的转换方法，还包括以下步骤：
S1、电路转换装置工作时，首先将输入模拟信号VIN通过m位Flash ADC电路的模数转换得到输出数字信号高m位二进制数；
S2、然后再将输出数字信号高m位二进制数传给LC ADC电路中的多路选择器，通过LC ADC电路的模数转换得到输出数字信号低n位二进制数。
进一步，S1具体包括以下步骤：
S1-1、电路转换装置工作时，所述分压电阻模块产生M＝(2m-1)个参考电平VRi(i＝1,2…M)，模拟信号VIN输入Flash ADC电路的M个比较器；
S1-2、所述模拟信号VIN和参考电平在M个比较器中分别进行比较；
S1-3、比较后产生温度计码，通过所述编码器将温度计码转换成输出数字信号高m位二进制数。
进一步，S2具体包括以下步骤：
S2-1、所述多路选择器根据输入的输出数字信号高m位二进制数，选择其中一路输入模拟电平VRi作为模拟减法器的输入，将模拟减法器的输出电平(VIN–VRi)作为LC ADC电路的模拟输入量VI；
S2-2、初始化n位可逆计数器R的数字量；
S2-3、将n位可逆计数器R的数据输入n位DAC模块，得到VH和VL；
S2-4、将VH和VL分别通过比较器A和比较器B，与待转换的模拟输入量VI进行比较，通过控制逻辑模块进行判定，若VL≤VI≤VH，则计数器T进行计数加1操作，重复S2-3步骤；若VL大于VI，则计数器R进行减1操作，若VI大于VH，则计数器R进行加1操作，进入S2-5步骤；
S2-5、从n位可逆计数器R和计数器T分别输出模数转换的输出数字信号低n位二进制数及持续时间，然后计数器T清零，再次进行S2-3步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计新颖，可实现性高。根据不同模数转换器的优缺点，将Flash ADC电路和LC ADC电路相结合，可在保持模数转换电路较快的采样率的同时有效提高模数转换的分辨率。
附图说明
图1为LC ADC电路的采样示意图。
图2为Flash ADC电路的采样示意图。
图3为本发明一种高分辨率的混合模数电路转换装置及转换方法的示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅附图1-2，本发明实施例中，LC ADC是根据信号幅值的变化程度来采样的，通过记录模拟信号地幅值及其持续时间(通过计数器实现)来实现模数转换；而Flash ADC采用的是时间均匀采样。Flash ADC的电路复杂度和功耗会随着分辨率的提高而呈指数上升，LC ADC的数据量也会随着分辨率的提高而大幅上升，虽然两种ADC电路的采样方式不同，但分辨率都较低，本发明中将Flash ADC电路和LC ADC电路相结合，可在保持模数转换电路较快的采样率的同时有效提高模数转换的分辨率。
如图3所示，将一种高分辨率的混合模数电路转假设为(m+n)位ADC，其在FlashADC电路的基础上引入了LC ADC电路；所述的Flash ADC电路由分压电阻模块、M个比较器、编码器构成；所述的LC ADC电路由比较器A、比较器B、计数器T、控制逻辑模块、n位可逆计数器R、n位DAC构成、多路选择器、模拟减法器。上述的Flash ADC电路中M个比较器与输出数字信号高m位之间的关系满足下式：M+1＝2m。电路转换装置工作时，首先将输入模拟信号VIN通过m位Flash ADC电路的模数转换得到输出数字信号高m位二进制数；然后再将输出数字信号高m位二进制数传给LC ADC电路中的多路选择器，通过LC ADC电路的模数转换得到输出数字信号低n位二进制数。
实施例1
在高分辨率的混合模数电路中的Flash ADC电路工作时，所述分压电阻模块产生M＝(2m-1)个参考电平VRi(i＝1,2…M)输入相应的M个比较器中，同时模拟信号VIN输入FlashADC电路的M个比较器；将所述模拟信号VIN和参考电平在M个比较器中分别进行比较；从而产生温度计码，通过所述编码器将温度计码转换成输出数字信号高m位二进制数输出。
输出数字信号高m位二进制数输入到LC ADC电路中的多路选择器，多路选择器选择其中一路输入模拟电平VRi作为模拟减法器的输入，将模拟减法器的输出电平(VIN–VRi)作为LC ADC电路的模拟输入量VI；此时初始化n位可逆计数器R的数字量；将n位可逆计数器R的数据输入n位DAC模块，得到VH和VL；将VH和VL分别通过比较器A和比较器B，与待转换的模拟输入量VI进行比较，通过控制逻辑模块进行判定，若判定为VL≤VI≤VH，则计数器T进行计数加1操作，重复上一步骤；若VL大于VI，则计数器R进行减1操作，若VI大于VH，则计数器R进行加1操作，并进入下一步骤；从n位可逆计数器R和计数器T分别输出模数转换的输出数字信号低n位二进制数及持续时间，然后计数器T清零，再次将n位可逆计数器R的数据输入n位DAC模块，得到新的VH和VL。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高分辨率的混合模数电路转换装置，包括了：Flash ADC电路、LC ADC电路、多路选择器、模拟减法器；所述的Flash ADC电路由分压电阻模块、M个比较器、编码器构成；
M个比较器均为双端输入、单端输出的比较器，需要进行模数转换的输入电压VIN连接至每个比较器的同相输入端；分压电阻模块会产生M个参考电压VRi，i=1，2，…，M,M个参考电压VRi分别连接至M个比较器的反相输入端；M个比较器的输出为温度计码，它们作为编码器的输入，编码器的输出连接至多路选择器的控制端作为多路选择器的输入；
所述的LC ADC电路由比较器A、比较器B、计数器T、控制逻辑模块、n位可逆计数器R、n位DAC构成；
模拟减法器的输出连接至比较器A的同相输入端和比较器B的反相输入端；n位DAC的输出连接至比较器A的反相输入端和比较器B的同相输入端；比较器A和比较器B的输出端连接至控制逻辑模块，作为控制逻辑模块的输入；控制逻辑模块的两路输出分别连接至计数器T和n位可逆计数器R；n位可逆计数器R的输出连接至n位DAC作为n位DAC的输入信号；
利用所述高分辨率的混合模数电路转换装置进行转换的方法，包括以下步骤：
S1、电路转换装置工作时，首先将输入模拟信号VIN通过m位Flash ADC电路的模数转换得到输出数字信号高m位二进制数；
S1具体包括以下步骤：
S1-1、电路转换装置工作时，所述分压电阻模块产生
Figure DEST_PATH_IMAGE002
个参考电平VRi，i=1,2…M，模拟信号VIN输入Flash ADC电路的M个比较器；
S1-2、所述模拟信号VIN和参考电平在M个比较器中分别进行比较；
S1-3、比较后产生温度计码，通过所述编码器将温度计码转换成输出数字信号高m位二进制数；
S2、然后再将输出数字信号高m位二进制数传给LC ADC电路中的多路选择器，通过LCADC电路的模数转换得到输出数字信号低n位二进制数；
S2具体包括以下步骤：
S2-1、所述多路选择器根据输入的输出数字信号高m位二进制数，选择其中一路输入模拟电平VRi作为模拟减法器的输入，将模拟减法器的输出电平VIN – VRi作为LC ADC电路的模拟输入量VI；
S2-2、初始化n位可逆计数器R的数字量；
S2-3、将n位可逆计数器R的数据输入n位DAC模块，得到VH和VL；
S2-4、将VH和VL分别通过比较器A和比较器B与待转换的模拟输入量VI 进行比较，通过控制逻辑模块进行判定，若VL≤VI≤VH，则计数器T进行计数加1操作，重复S2-3步骤；若VL大于VI，则计数器R进行减1操作，若VI大于VH，则计数器R进行加1操作，进入S2-5步骤；
S2-5、从n位可逆计数器R和计数器T分别输出模数转换的输出数字信号低n位二进制数及持续时间，然后计数器T清零，再次进行S2-3步骤。
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