逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換方法和傳感信號(hào)處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)，具體涉及一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換方法和 傳感信號(hào)處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一個(gè)通用的傳感器信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)中，如圖1所示，傳感器1的輸出信號(hào)通過放大 電路2進(jìn)行信號(hào)放大，放大后的信號(hào)被模數(shù)轉(zhuǎn)換器3(ADC)采集并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào) 被發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器4(DSP)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換器3是系統(tǒng)中的重要組件，而逐次 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器是其中常用的一種類型。模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸出數(shù)值反映的是輸入電壓與其 參考電壓的比值和極性關(guān)系。
[0003] 由于傳感器的靈敏度存在差異，不同的傳感器在相同的傳感量輸入得到的輸出電 壓并不相等，經(jīng)過相同增益的放大電路放大后，輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸入電壓也不相等， 也會(huì)導(dǎo)致最終輸入到數(shù)字信號(hào)處理器4的輸入信號(hào)不能正確反映傳感器的檢測值。通常，放 大電路2中會(huì)加入增益調(diào)節(jié)電路，使不同靈敏度的傳感器在相同傳感量輸入的情況下得到 相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入電壓。但是，放大電路2中的增益調(diào)節(jié)往往達(dá)不到精度的要求，需要 進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且，上述傳感器1的輸出信號(hào)除有用信號(hào)部分外還包含一個(gè)不可用的電 壓信號(hào)，通常被稱為零漂電壓。零漂電壓也會(huì)被放大電路2放大并被模數(shù)轉(zhuǎn)換器3采集，這也 會(huì)導(dǎo)致模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸出不精確。并且，由于零漂電壓的存在，放大電路2的輸入輸出動(dòng)態(tài) 范圍將被減小?，F(xiàn)有技術(shù)通常在放大電路2中加入零漂電壓的調(diào)節(jié)電路，但是由于精度的限 制，無法完全消除零漂電壓。而且，放大電路2和模數(shù)轉(zhuǎn)換器3本身也同樣存在著零漂電壓， 若不加以調(diào)節(jié)，則將降低傳感器檢測的動(dòng)態(tài)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換方法和傳感信號(hào)處理 裝置，以實(shí)現(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中對(duì)零漂電壓進(jìn)行補(bǔ)償并可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考 電壓。
[0005] 第一方面，提供一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：
[0006]第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸入數(shù)字信號(hào)和采樣端的電壓輸出對(duì)應(yīng)的模擬輸出電壓；
[0007] 歸零開關(guān)，連接在所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端和零電壓端之間；
[0008] 采樣開關(guān)，連接在所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端和模擬信號(hào)輸入端之間；
[0009]比較器，具有與所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接的第一輸入端以及與零電壓端 連接的第二輸入端；
[0010] 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于輸出模擬補(bǔ)償電壓；
[0011] 第一補(bǔ)償電容，連接在所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端和所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸 出端之間；
[0012] 第二補(bǔ)償電容，連接在所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與零電壓端之間；以及，
[0013]控制電路，與所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和比較器連接，用于根據(jù)比較器輸出信號(hào)以逐 次逼近的方式逐位確定與模擬信號(hào)輸入端的模擬輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0014]優(yōu)選地，所述控制電路用于在第一模式下控制所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端連接 到零電壓端歸零，在第二模式下控制所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端連接到模擬信號(hào)輸入端 對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，在第三模式下控制所述采樣開關(guān)和歸零開關(guān)關(guān)斷，在第四模式 下根據(jù)比較器輸出信號(hào)控制以逐次逼近的方式確定與模擬信號(hào)輸入端的模擬輸入信號(hào)對(duì) 應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；
[0015] 所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于在第一模式和第二模式下輸出未疊加零漂電壓補(bǔ)償值 的模擬補(bǔ)償電壓，在第三和第四模式下輸出疊加零漂電壓補(bǔ)償值的模擬補(bǔ)償電壓。
[0016] 優(yōu)選地，所述第二補(bǔ)償電容為可調(diào)電容，用于調(diào)節(jié)參考電壓。
[0017]優(yōu)選地，所述第二補(bǔ)償電容包括多個(gè)相互并聯(lián)的電容單元，每個(gè)所述電容單元包 括：
[0018] 第一開關(guān)，連接在電容單元的第一端和中間端之間；
[0019] 子電容以及第二開關(guān)，并聯(lián)連接在所述中間端和所述電容單元的第二端之間；
[0020] 其中，所述第一開關(guān)和第二開關(guān)的控制信號(hào)相反。
[0021 ]優(yōu)選地，所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括：
[0022] N+1個(gè)采樣電容，每個(gè)采樣電容的第一端與公共端連接，其中，第N+1個(gè)采樣電容的 第二端與零電壓端連接；
[0023] N個(gè)控制開關(guān)，分別與第1至第N個(gè)采樣電容的第二端連接，用于將對(duì)應(yīng)的采樣電容 的第二端連接至參考電壓端或零電壓端，所述N個(gè)控制開關(guān)的控制端與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 輸入端連接；
[0024] 其中，所述公共端與所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端和輸出端連接，第i個(gè)采樣電容 的電容值為第1個(gè)采樣電容的電容值的2H倍，? = 1，2，···，Ν。第N+1個(gè)電容的電容值等于第 一個(gè)采樣電容的電容值。
[0025]優(yōu)選地，所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括：
[0026] Ν+2個(gè)采樣電容，第1至第M個(gè)采樣電容的第一端與第一公共端連接，第Μ+1至第N個(gè) 采樣電容的第一端與第二公共端連接，第Ν+1個(gè)采樣電容連接在第一公共端和零電壓端之 間，第Ν+2個(gè)采樣電容連接在第一公共端和第二公共端之間，其中M為大于1小于N的整數(shù)；
[0027] N個(gè)控制開關(guān)，分別與第1至第N個(gè)采樣電容的第二端連接，用于將對(duì)應(yīng)的采樣電容 的第二端連接至參考電壓端或零電壓端，所述N個(gè)控制開關(guān)的控制端與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 輸入端連接；
[0028] 其中，所述第一公共端與所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端連接，第二公共端與所述 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，第i個(gè)采樣電容的電容值為第1個(gè)采樣電容的電容值的2 1-1 倍，i = 1，2，…，M;第j個(gè)采樣電容的電容值為第1個(gè)采樣電容的電容值的2j+1倍，j = M+ 1，…，N-1，N;第N+1個(gè)及Ν+2個(gè)采樣電容的電容值等于第1個(gè)采樣電容的電容值。
[0029] 優(yōu)選地，所述控制電路用于在第一模式下控制歸零開關(guān)導(dǎo)通、采樣開關(guān)關(guān)斷，同時(shí) 控制所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號(hào)第N位為0,第1至N-I位為1，在第二模式下控制所 述采樣開關(guān)導(dǎo)通、歸零開關(guān)關(guān)斷，同時(shí)保持第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號(hào)不變，在第三模 式下控制采樣開關(guān)和歸零開關(guān)均關(guān)斷，同時(shí)保持第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號(hào)不變，在 第四模式下保持采樣開關(guān)和歸零開關(guān)關(guān)斷，從輸入數(shù)字信號(hào)的第N位向第1位逐位遍歷，對(duì) 于每個(gè)當(dāng)前位，將當(dāng)前位設(shè)置為〇,在所述比較器的輸出信號(hào)表征第一輸入端的電壓大于第 二輸入端的電壓時(shí)，將當(dāng)前位改變?yōu)?，否則將輸入數(shù)字信號(hào)的當(dāng)前位確定為〇,直至輸入數(shù) 字信號(hào)的所有位均被確定；
[0030] 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于在第一模式和第二模式下輸出未疊加零漂電壓補(bǔ)償值的模 擬補(bǔ)償電壓，在第三和第四模式下輸出疊加有零漂電壓補(bǔ)償值的模擬補(bǔ)償電壓。
[0031] 優(yōu)選地，所述第一補(bǔ)償電容、第二補(bǔ)償電容以及零漂電壓補(bǔ)償值與零漂電壓滿足 如下關(guān)€·
[0032]
[0033] 其中，Vz為零漂電壓，Ccis為第一補(bǔ)償電容的電容值，Cc為第二補(bǔ)償電容的電容值，Co 為第N+1個(gè)采樣電容的電容值。
[0034] 優(yōu)選地，所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和參考電壓端的電壓的關(guān)系滿足如 下關(guān)T
[0035]
[0036I 其中，AV為所述逐次退近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，Vr為所述參考電壓端的電壓， Ccis為第一補(bǔ)償電容的電容值，α為第二補(bǔ)償電容的電容值，Co為第1個(gè)采樣電容的電容值。
[0037] 第二方面，提供一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，應(yīng)用于逐次逼近型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述 逐次逼近型數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸入數(shù)字信號(hào)和采樣端的模擬信號(hào)輸出 對(duì)應(yīng)的輸出模擬電壓;歸零開關(guān)，連接在所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端和零電壓端之間;采 樣開關(guān)，連接在所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端和模擬信號(hào)輸入端之間；比較器，具有與所述 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接的第一輸入端以及與零電壓端連接的第二輸入端;第二數(shù)模 轉(zhuǎn)換器，用于輸出模擬補(bǔ)償電壓;第一補(bǔ)償電容，連接在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端和所述電 容開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸出端之間；第二補(bǔ)償電容，連接在第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與零電壓端之 間；以及控制電路，用于根據(jù)比較器輸出信號(hào)以逐次逼近的方式逐位確定與模擬信號(hào)輸入 端的模擬輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；
[0038] 所述方法包括：
[0039] 在第一模式下控制所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端連接到零電壓端進(jìn)行歸零，控制 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器向第一補(bǔ)償電容施加未疊加零漂電壓補(bǔ)償值的模擬補(bǔ)償電壓；
[0040] 在第二模式下控制所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣端連接到模擬信號(hào)輸入端對(duì)模擬 輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，控制第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器向第一補(bǔ)償電容施加未疊加零漂電壓補(bǔ)償值的模 擬補(bǔ)償電壓；
[0041]在第三模式下控制所述采樣開關(guān)和歸零開關(guān)關(guān)斷，并控制所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器向 第一補(bǔ)償電容施加疊加有零漂電壓補(bǔ)償值的模擬補(bǔ)償電壓；
[0042]在第四模式下，控制第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器保持向第一補(bǔ)償電容施加疊加有零漂電壓補(bǔ) 償值的模擬補(bǔ)償電壓，根據(jù)比較器輸出信號(hào)調(diào)整對(duì)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號(hào)，以逐 次逼近的方式確定與模擬信號(hào)輸入端的模擬輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0043]優(yōu)選地，根據(jù)比較器輸出信號(hào)調(diào)整對(duì)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號(hào)，以逐次逼 近的方式確定與模擬信號(hào)輸入端的模擬輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)包括：
[0044]保持采樣開關(guān)和歸零開關(guān)關(guān)斷，控制對(duì)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字信號(hào)從最高位 向最低位遍歷，對(duì)于每個(gè)當(dāng)前位，將當(dāng)前位設(shè)置為0,在所述比較器的輸出信號(hào)表征第一輸 入端的電壓大于第二輸入端的電壓時(shí)，將當(dāng)前位改變?yōu)?，否則將輸入數(shù)字信號(hào)的當(dāng)前位確 定為0,直至輸入數(shù)字信號(hào)的所有位均被確定。
[0045] 優(yōu)選地，所述第一補(bǔ)償電容、第二補(bǔ)償電容以及零漂電壓補(bǔ)償值與零漂電壓滿足 如下關(guān)
[0046]
[0047] 其中，Vz為零漂電壓，C