CN111211784B - 双步交替采样电路及积分器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种双步交替采样电路及积分器系统,所述双步交替采样电路包括并联设置的第一采样/积分保持开关电容电路及第二采样/积分保持开关电容电路,所述第一采样/积分保持开关电容电路包括第一电容型DAC模块、第一采样开关模块、第一控制开关模块,所述第二采样/积分保持开关电容电路包括第二电容型DAC模块、第二采样开关模块、第二控制开关模块,所述第一电容型DAC模块和第二电容型DAC模块交替连接参考电压信号和目标信号。本发明采用双步交替采样的工作方式,在没有影响环路时序的前提下,有效增加了一倍的采样建立时间,从而大大提高了采样精度。
Description
技术领域
本发明属于混合信号芯片技术领域,具体涉及一种双步交替采样电路及积分器系统。
背景技术
在传统的delta-sigma ADC(Σ-Δ模数转换器)中,前端级利用电荷存储组件(即采样电容)对输入电压进行采样,而且电荷随后被累积在另一组组件中(即积分器),积分样本随后被模数转换器(ADC)量化,例如,闪烁型ADC,ADC输出经由反馈DAC循环回来以从输入电压中抽取掉。反馈DAC根据ADC输出的多个位状态对基准电压采样。
由于高精度delta-sigma ADC对于电容噪声的要求极高,需要很大电容值的采样电容,在传统设计中会导致第一级积分器的建立时间被电容限制,大大影响了采样精度和速度。
因此,针对上述技术问题,有必要提供一种双步交替采样电路及积分器系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双步交替采样电路及积分器系统,以提高采样精度。
为了实现上述目的,本发明一实施例提供的技术方案如下:
一种双步交替采样电路,所述双步交替采样电路包括并联设置的第一采样/积分保持开关电容电路及第二采样/积分保持开关电容电路,所述第一采样/积分保持开关电容电路包括第一电容型DAC模块、连接第一电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第一采样开关模块、连接第一电容型DAC模块与积分器的第一控制开关模块,所述第二采样/积分保持开关电容电路包括第二电容型DAC模块、连接第二电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第二采样开关模块、连接第二电容型DAC模块与积分器的第二控制开关模块,所述第一电容型DAC模块和第二电容型DAC模块交替连接参考电压信号和目标信号。
一实施例中,所述双步交替采样电路包括:
第一采样阶段,第一电容型DAC模块通过第一采样开关模块与目标信号相连,第一控制开关模块短接,第一电容型DAC模块进行目标信号的采样,第二电容型DAC模块通过第二采样开关模块与参考电压信号相连,并通过第二控制开关模块与积分器相连,第二电容型DAC模块用于为积分器提供上一次采样的目标信号;
第二采样阶段,第二电容型DAC模块通过第二采样开关模块与目标信号相连,第二控制开关模块短接,第二电容型DAC模块进行目标信号的采样,第一电容型DAC模块通过第一采样开关模块与参考电压信号相连,并通过第一控制开关模块与积分器相连,第一电容型DAC模块用于为积分器提供上一次采样的目标信号。
一实施例中,所述第一电容型DAC模块包括并联设置的第一采样电容和第二采样电容,第二电容型DAC模块包括并联设置的第三采样电容和第四采样电容。
一实施例中,所述第一采样开关模块、第二采样开关模块、第一控制开关模块、第二控制开关模块包括若干第一时序开关和第二时序开关,于第一采样阶段下,第一时序开关导通,第二时序开关关断,与第二采样阶段下,第二时序开关导通,第一时序开关关断。
一实施例中,所述第一采样开关模块包括与第一采样电容一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关、以及与第二采样电容一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关,其中,第一时序开关分别与目标信号的正负端相连,第二时序开关分别与第一参考电压信号和第二参考电压信号相连;所述第二采样开关模块包括与第三采样电容一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关、以及与第四采样电容一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关,其中,第一时序开关分别与第一参考电压信号和第二参考电压信号相连,第二时序开关分别与目标信号的正负端相连。
一实施例中,所述积分器包括差分放大器及耦接于差分放大器的输入端和输出端之间的第一反馈电容和第二反馈电容。
一实施例中,所述第一控制开关模块包括连接于第一采样电容和第二采样电容之间的第一时序开关、连接于第一采样电容和第一反馈电容以及第二采样电容和第二反馈电容之间的第二时序开关;所述第二控制开关模块包括连接于第三采样电容和第四采样电容之间的第二时序开关、连接于第三采样电容和第一反馈电容以及第四采样电容和第二反馈电容之间的第一时序开关。
本发明另一实施例提供的技术方案如下:
一种积分器系统,所述积分器系统包括:
双步交替采样电路,所述采样电路为上述的双步交替采样电路;
若干积分器,与所述双步交替采样电路相连。
一实施例中,所述积分器系统包括依次与双步交替采样电路相连的第一积分器和第二积分器,所述第一积分器的工作频率为第二积分器工作频率的1/2。
一实施例中,所述第一积分器包括差分放大器及耦接于差分放大器的输入端和输出端之间的第一反馈电容和第二反馈电容。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明采用双步交替采样的工作方式,在没有影响环路时序的前提下,有效增加了一倍的采样建立时间,从而大大提高了采样精度;
第一级积分器工作频率是后续积分器工作频率的1/2,可以得到有效的第一级积分器的输出。
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中记载的一些实施例,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他的附图。
图1为本发明一具体实施例中双步交替采样电路的电路原理图;
图2为本发明一具体实施例中积分器系统的电路原理图;
图3为本发明一具体实施例中双步交替采样电路在环路中的时序图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种双步交替采样电路,包括并联设置的第一采样/积分保持开关电容电路及第二采样/积分保持开关电容电路,第一采样/积分保持开关电容电路包括第一电容型DAC模块、连接第一电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第一采样开关模块、连接第一电容型DAC模块与积分器的第一控制开关模块,第二采样/积分保持开关电容电路包括第二电容型DAC模块、连接第二电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第二采样开关模块、连接第二电容型DAC模块与积分器的第二控制开关模块,第一电容型DAC模块和第二电容型DAC模块交替连接参考电压信号和目标信号。
本发明还公开了一种积分器系统,包括:
双步交替采样电路;
若干积分器,与所述双步交替采样电路相连。
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
参图1所示,本发明一具体实施例中的双步交替采样电路,其包括并联设置的第一采样/积分保持开关电容电路(Sample group A)及第二采样/积分保持开关电容电路(Sample group B)。
结合图2所示,本发明另一实施例中的积分器系统,包括:
双步交替采样电路,采样电路为图1中的双步交替采样电路;
若干积分器,与双步交替采样电路相连。
本实施例中的积分器可以为多级积分器,其中,第一级积分器包括差分放大器及耦接于差分放大器的输入端和输出端之间的第一反馈电容C3和第二反馈电容C4。
进一步地,差分放大器的输入端和输出端上设有若干斩波器(chopper)。
以下结合图1、图2对上述实施例中的双步交替采样电路进行详细说明。
第一采样/积分保持开关电容电路(Sample group A)包括第一电容型DAC模块、连接第一电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第一采样开关模块、连接第一电容型DAC模块与积分器的第一控制开关模块。
具体地,第一电容型DAC模块包括并联设置的第一采样电容C11和第二采样电容C12。
第一采样开关模块包括与第一采样电容C11一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关以及与第二采样电容C12一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关其中,第一时序开关和分别与目标信号Signal的正负端相连,第二时序开关和分别与第一参考电压信号和第二参考电压信号(VrefP/N,分别表示正向/反向的参考电压信号)相连。
第二采样/积分保持开关电容电路(Sample group B)包括第二电容型DAC模块、连接第二电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第二采样开关模块、连接第二电容型DAC模块与积分器的第二控制开关模块,第一电容型DAC模块和第二电容型DAC模块交替连接参考电压信号和目标信号。
具体地,第二电容型DAC模块包括并联设置的第三采样电容C21和第四采样电容C22。
第二采样开关模块包括与第三采样电容C21一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关以及与第四采样电容C22一端相连且并联设置的第一时序开关和第二时序开关其中,第一时序开关和分别与第一参考电压信号和第二参考电压信号(VrefP/N)相连,第二时序开关和分别与目标信号Signal的正负端相连。
本实施例中的第一采样开关模块、第二采样开关模块、第一控制开关模块、第二控制开关模块包括若干第一时序开关和第二时序开关,于第一采样阶段(即第一时序)下,第一时序开关导通,第二时序开关关断,与第二采样阶段(即第二时序)下,第二时序开关导通,第一时序开关关断。
结合图3所示,本实施例中的双步交替采样电路包括:
第一采样阶段,于第一时序下,第一电容型DAC模块通过第一采样开关模块与目标信号Signal相连,第一控制开关模块短接,第一电容型DAC模块进行目标信号的采样,第二电容型DAC模块通过第二采样开关模块与参考电压信号VrefP/N相连,并通过第二控制开关模块与积分器相连,第二电容型DAC模块用于为积分器提供上一次采样的目标信号;
第二采样阶段,于第二时序下,第二电容型DAC模块通过第二采样开关模块与目标信号Signal相连,第二控制开关模块短接,第二电容型DAC模块进行目标信号的采样,第一电容型DAC模块通过第一采样开关模块与参考电压信号VrefP/N相连,并通过第一控制开关模块与积分器相连,第一电容型DAC模块用于为积分器提供上一次采样的目标信号。
可见,于第一时序下由第一采样/积分保持开关电容电路(Sample group A)完成目标信号的采样,第二采样/积分保持开关电容电路(Sample group B)为积分器提供上一次采样的目标信号;而于第二时序下由第二采样/积分保持开关电容电路(Sample group B)完成目标信号的采样,第一采样/积分保持开关电容电路(SamplegroupA)为积分器提供上一次采样的目标信号。故双步交替采样电路能够通过环路工作时序(第一时序和第二时序交替)完成目标信号的交替采样。
本发明中的积分器系统可包括依次与双步交替采样电路相连的第一积分器和第二积分器,第二级积分器在第一级积分器中任何一个组采样结构的积分工作阶段末尾,对第一级积分结果进行采样。
当采样电路采用上述双步交替采样电路时,第二级积分器工作在原始工作频率上,第一积分器的工作频率为第二积分器工作频率的1/2。第二级积分器可以在和两个时序中,借助Sample group A和Sample group B采样电路的交替工作,都可以得到有效的第一级积分器的输出。
应当理解的是,本发明中的双步交替采样电路及积分器系统可应用于所有delta-sigma(Σ-Δ)类型的ADC转换芯片中。
上技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果:
本发明采用双步交替采样的工作方式,在没有影响环路时序的前提下,有效增加了一倍的采样建立时间,从而大大提高了采样精度;
第一级积分器工作频率是后续积分器工作频率的1/2,可以得到有效的第一级积分器的输出。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施例加以描述,但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种双步交替采样电路,其特征在于,所述双步交替采样电路包括并联设置的第一采样/积分保持开关电容电路及第二采样/积分保持开关电容电路,所述第一采样/积分保持开关电容电路包括第一电容型DAC模块、连接第一电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第一采样开关模块、连接第一电容型DAC模块与积分器的第一控制开关模块,所述第二采样/积分保持开关电容电路包括第二电容型DAC模块、连接第二电容型DAC模块与参考电压信号或目标信号的第二采样开关模块、连接第二电容型DAC模块与积分器的第二控制开关模块,所述第一电容型DAC模块和第二电容型DAC模块交替连接参考电压信号和目标信号;
所述双步交替采样电路包括:
第一采样阶段,第一电容型DAC模块通过第一采样开关模块与目标信号相连,第一控制开关模块短接,第一电容型DAC模块进行目标信号的采样,第二电容型DAC模块通过第二采样开关模块与参考电压信号相连,并通过第二控制开关模块与积分器相连,第二电容型DAC模块用于为积分器提供上一次采样的目标信号;
第二采样阶段,第二电容型DAC模块通过第二采样开关模块与目标信号相连,第二控制开关模块短接,第二电容型DAC模块进行目标信号的采样,第一电容型DAC模块通过第一采样开关模块与参考电压信号相连,并通过第一控制开关模块与积分器相连,第一电容型DAC模块用于为积分器提供上一次采样的目标信号;
所述第一电容型DAC模块包括并联设置的第一采样电容C11和第二采样电容C12,第二电容型DAC模块包括并联设置的第三采样电容C21和第四采样电容C22;
所述第一采样开关模块、第二采样开关模块、第一控制开关模块、第二控制开关模块包括若干第一时序开关和第二时序开关,于第一采样阶段下,第一时序开关导通,第二时序开关关断,与第二采样阶段下,第二时序开关导通,第一时序开关关断;
2.根据权利要求1所述的双步交替采样电路,其特征在于,所述积分器包括差分放大器及耦接于差分放大器的输入端和输出端之间的第一反馈电容C3和第二反馈电容C4。
4.一种积分器系统,其特征在于,所述积分器系统包括:
双步交替采样电路,所述采样电路为权利要求1~3中任一项所述的双步交替采样电路;
若干积分器,与所述双步交替采样电路相连。
5.根据权利要求4所述的积分器系统,其特征在于,所述积分器系统包括依次与双步交替采样电路相连的第一积分器和第二积分器,所述第一积分器的工作频率为第二积分器工作频率的1/2。
6.根据权利要求5所述的积分器系统,其特征在于,所述第一积分器包括差分放大器及耦接于差分放大器的输入端和输出端之间的第一反馈电容和第二反馈电容。
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