逐次逼近模數轉換器和傳感信號處理裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種逐次逼近模數轉換器和傳感信號處理裝置。通過在第一數模轉換器的輸出端上增加第一補償電容，并通過第二數模轉換器向第一補償電容施加對零漂電壓的補償電壓，同時，在現有的逐次逼近型的第一數模轉換器的輸出端與零電壓端之間連接可調的第二補償電容，通過調節第二補償電容可以對實際進行模數轉換的參考電壓進行調節。由此，可以實現在模數轉換器中對零漂電壓進行補償并可以根據需要調節模數轉換器的參考電壓。進而可以調節放大電路殘留的零漂電壓以及模數轉換器自身器件的零漂電壓，還可以通過調節模數轉換器參考電壓使不同靈敏度的傳感器在相同傳感輸入量的情況下得到相同的輸出值，正確地反映傳感器的傳感量輸入。
【專利說明】
逐次逼近模數轉換器和傳感信號處理裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及集成電路技術，具體涉及一種逐次逼近模數轉換器和傳感信號處 理裝置。
【背景技術】
[0002] 在一個通用的傳感器信號調理系統中，如圖1所示，傳感器1的輸出信號通過放大 電路2進行信號放大，放大后的信號被模數轉換器3(ADC)采集并轉化為數字信號，數字信號 被發送到數字信號處理器4(DSP)進行數據處理。模數轉換器3是系統中的重要組件，而逐次 逼近模數轉換器是其中常用的一種類型。模數轉換器3的輸出數值反映的是輸入電壓與其 參考電壓的比值和極性關系。
[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，經過相同增益的放大電路放大后，輸入到模數轉換器3的輸入電壓也不相等， 也會導致最終輸入到數字信號處理器4的輸入信號不能正確反映傳感器的檢測值。通常，放 大電路2中會加入增益調節電路，使不同靈敏度的傳感器在相同傳感量輸入的情況下得到 相同的模數轉換器輸入電壓。但是，放大電路2中的增益調節往往達不到精度的要求，需要 進一步進行調節。而且，上述傳感器1的輸出信號除有用信號部分外還包含一個不可用的電 壓信號，通常被稱為零漂電壓。零漂電壓也會被放大電路2放大并被模數轉換器3采集，這也 會導致模數轉換器3的輸出不精確。并且，由于零漂電壓的存在，放大電路2的輸入輸出動態 范圍將被減小。現有技術通常在放大電路2中加入零漂電壓的調節電路，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和模數轉換器3本身也同樣存在著零漂電壓， 若不加以調節，則將降低傳感器檢測的動態范圍。 【實用新型內容】
[0004] 有鑒于此，本實用新型提供一種逐次逼近模數轉換器和傳感信號處理裝置，以實 現在模數轉換器中對零漂電壓進行補償并可以根據需要調節模數轉換器的參考電壓。
[0005] 第一方面，提供一種逐次逼近模數轉換器，包括：
[0006]第一數模轉換器，根據輸入數字信號和采樣端的電壓輸出對應的模擬輸出電壓；
[0007] 歸零開關，連接在所述第一數模轉換器的采樣端和零電壓端之間；
[0008] 采樣開關，連接在所述第一數模轉換器的采樣端和模擬信號輸入端之間；
[0009]比較器，具有與所述第一數模轉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] 第二數模轉換器，用于輸出模擬補償電壓；
[0011] 第一補償電容，連接在所述第二數模轉換器的輸出端和所述第一數模轉換器的輸 出端之間；
[0012] 第二補償電容，連接在所述第一數模轉換器的輸出端與零電壓端之間；以及，
[0013] 控制電路，與所述第一數模轉換器和比較器連接，用于根據比較器輸出信號以逐 次逼近的方式逐位確定與模擬信號輸入端的模擬輸入信號對應的數字信號。
[0014] 優選地，所述控制電路用于在第一模式下控制所述第一數模轉換器的采樣端連接 到零電壓端歸零，在第二模式下控制所述第一數模轉換器的采樣端連接到模擬信號輸入端 對模擬輸入信號進行采樣，在第三模式下控制所述采樣開關和歸零開關關斷，在第四模式 下根據比較器輸出信號控制以逐次逼近的方式確定與模擬信號輸入端的模擬輸入信號對 應的數字信號；
[0015] 所述第二數模轉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償值 的模擬補償電壓，在第三和第四模式下輸出疊加零漂電壓補償值的模擬補償電壓。
[0016] 優選地，所述第二補償電容為可調電容，用于調節參考電壓。
[0017] 優選地，所述第二補償電容包括多個相互并聯的電容單元，每個所述電容單元包 括：
[0018] 第一開關，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，并聯連接在所述中間端和所述電容單元的第二端之間；
[0020] 其中，所述第一開關和第二開關的控制信號相反。
[0021 ]優選地，所述第一數模轉換器包括：
[0022] N+1個采樣電容，每個采樣電容的第一端與公共端連接，其中，第N+1個采樣電容的 第二端與零電壓端連接；
[0023] N個控制開關，分別與第1至第N個采樣電容的第二端連接，用于將對應的采樣電容 的第二端連接至參考電壓端或零電壓端，所述N個控制開關的控制端與第一數模轉換器的 輸入端連接；
[0024] 其中，所述公共端與所述第一數模轉換器的采樣端和輸出端連接，第i個采樣電容 的電容值為第1個采樣電容的電容值的2H倍，? = 1，2，···，Ν。第N+1個電容的電容值等于第 一個采樣電容的電容值。
[0025]優選地，所述第一數模轉換器包括：
[0026] Ν+2個采樣電容，第1至第Μ個采樣電容的第一端與第一公共端連接，第Μ+1至第Ν個 采樣電容的第一端與第二公共端連接，第Ν+1個采樣電容連接在第一公共端和零電壓端之 間，第Ν+2個采樣電容連接在第一公共端和第二公共端之間，其中Μ為大于1小于Ν的整數；
[0027] Ν個控制開關，分別與第1至第Ν個采樣電容的第二端連接，用于將對應的采樣電容 的第二端連接至參考電壓端或零電壓端，所述Ν個控制開關的控制端與第一數模轉換器的 輸入端連接；
[0028] 其中，所述第一公共端與所述第一數模轉換器的采樣端連接，第二公共端與所述 第一數模轉換器的輸出端連接，第i個采樣電容的電容值為第1個采樣電容的電容值的2 1^1 倍，i = 1，2，…，Μ;第j個采樣電容的電容值為第1個采樣電容的電容值的23+1倍，j = M+ 1，…，N-1，N;第N+1個及Ν+2個采樣電容的電容值等于第1個采樣電容的電容值。
[0029] 優選地，所述控制電路用于在第一模式下控制歸零開關導通、采樣開關關斷，同時 控制所述第一數模轉換器的輸入數字信號第Ν位為0,第1至Ν-1位為1，在第二模式下控制所 述采樣開關導通、歸零開關關斷，同時保持第一數模轉換器的輸入數字信號不變，在第三模 式下控制采樣開關和歸零開關均關斷，同時保持第一數模轉換器的輸入數字信號不變，在 第四模式下保持采樣開關和歸零開關關斷，從輸入數字信號的第Ν位向第1位逐位遍歷，對 于每個當前位，將當前位設置為0,在所述比較器的輸出信號表征第一輸入端的電壓大于第 二輸入端的電壓時，將當前位改變為1，否則將輸入數字信號的當前位確定為0,直至輸入數 字信號的所有位均被確定；
[0030] 所述數模轉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償值的模 擬補償電壓，在第三和第四模式下輸出疊加有零漂電壓補償值的模擬補償電壓。
[0031] 優選地，所述第一補償電容、第二補償電容以及零漂電壓補償值與零漂電壓滿足 如下關系：
[0032]
[0033] 其中，Vz為零漂電壓，c〇s為第一補償電容的電容值，α為第二補償電容的電容值，Co 為第N+1個采樣電容的電容值。
[0034] 優選地，所述逐次逼近模數轉換器的參考電壓和參考電壓端的電壓的關系滿足如 下關系：
[0035]
[0036] 其中，VR'為所述逐次逼近模數轉換器的參考電壓，VR為所述參考電壓端的電壓， 為第一補償電容的電容值，α為第二補償電容的電容值，Co為第1個采樣電容的電容值。
[0037]第二方面，提供一種傳感信號處理裝置，包括：
[0038] 傳感器，用于感應物理量輸出模擬檢測信號；
[0039] 放大電路，用于放大所述模擬檢測信號；
[0040] 模數轉換器，用于將放大后的模擬檢測信號轉換為數字檢測信號；以及
[0041] 數字信號處理器，用于處理所述數字檢測信號；
[0042] 其中，所述模數轉換器為如上所述的逐次逼近模數轉換器。
[0043] 優選地，所述傳感器為磁力計、加速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器中的至少 一種。
[0044] 通過在第一數模轉換器的輸出端上增加第一補償電容，并通過第二數模轉換器向 第一補償電容施加對零漂電壓的補償電壓，同時，在現有的逐次逼近型的模數轉換器的比 較器的第一輸入端與零電壓端之間連接可調的第二補償電容，通過調節第二補償電容可以 對實際進行模數轉換的參考電壓進行調節。由此，可以實現在模數轉換器中對零漂電壓進 行補償并可以根據需要調節模數轉換器的參考電壓。進而可以調節放大電路殘留的零漂電 壓以及模數轉換器自身器件的零漂電壓，還可以通過調節模數轉換器參考電壓使不同靈敏 度的傳感器在相同傳感輸入量的情況下得到相同的輸出值，正確地反映傳感器的傳感量輸 入。
【附圖說明】
[0045] 通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目 的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：
[0046] 圖1是現有技術中傳感信號處理裝置的示意圖；
[0047] 圖2是現有的逐次逼近模數轉換器的電路圖；
[0048] 圖3是本實用新型實施例的逐次逼近模數轉換器的電路圖；
[0049] 圖4是本實用新型實施例的可調電容的電路圖；
[0050] 圖5是本實用新型實施例的逐次逼近模數轉換器進行數模轉換的流程圖；
[0051] 圖6是本實用新型另一個實施例的逐次逼近模數轉換器的電路圖；
[0052]圖7是應用本實用新型實施例的逐次逼近模數轉換器的傳感器信號處理裝置。
【具體實施方式】
[0053]以下基于實施例對本實用新型進行描述，但是本實用新型并不僅僅限于這些實施 例。在下文對本實用新型的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人 員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型的 實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0054]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且 附圖不一定是按比例繪制的。
[0055]同時，應當理解，在以下的描述中，"電路"是指由至少一個元件或子電路通過電氣 連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路"連接到"另一元件或稱元件/電路"連接 在"兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之 間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件"直接耦接到"或"直接連 接到"另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
[0056]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的"包括"、"包含"等類似 詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義;也就是說，是"包括但不限于"的含 義。
[0057] 在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語"第一"、"第二"等僅用于描述目的， 而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，"多 個"的含義是兩個或兩個以上。
[0058] 圖2是現有的逐次逼近模數轉換器的電路圖。
[0059] 如圖2所示，現有的逐次逼近模數轉換器包括數模轉換器DAC、比較器CMP以及控制 電路CTR。逐次逼近模數轉換器還包括歸零開關SWzero和采樣開關SW IN。其中比較器CMP的第 一輸入端與數模轉換器DAC的輸出端連接，第二輸入端連接到零電平端0。數模轉換器DAC的 輸入端(也即用于輸入數字信號的端口）與控制電路CTR連接。數模轉換器DAC還包括一個采 樣端r，其與歸零開關SWz_和采樣開關SW IN連接。其中，歸零開關SWZERQ連接在采樣端r和零 電平端0之間，采樣開關SW IN連接在采樣端r和模擬輸入信號端之間，模擬輸入信號端可以通 過米樣開關SWiN輸入逐次逼近模數轉換器的輸入模擬信號Vi。
[0060] 具體地，逐次逼近模數轉換器的數模轉換器DAC可以包括N+1個電容Co到CN，其正端 (也即第一端)均連接到公共端c，所述公共端c與所述采樣端r以及數模轉換器DAC的輸出端 連接。其中數模轉換器DAC還包括N個控制開關K〇到Kh，其分別與電容Co到Cm的負端連接， 以將對應的電容Ci的負端連接到參考電壓端V R或零電壓端0。
[0061 ]控制電路CTR通過三個步驟來實現模數轉換：
[0062] 第一個步驟為歸零過程，歸零開關SWzero導通，采樣開關SWIN關斷。控制電路CTR輸 出到開關Kn-適制信號Bn-A〇,電容(^負端接到參考電壓端VR，開關ΚΝ-2，···，Κ1，Κ0的控制 信號Bn-2，…，Bl，Β0為1，則電容CN-2，…，&，C0的負端接到0。
[0063] 第二個步驟為采樣過程，控制電路CTR控制數模轉換器DAC的開關狀態不變，同時 控制歸零開關SWZERQ關斷，采樣開關SW IN導通。比較器第一輸入端A接到輸入模擬信號Vi。此 時第一輸入端A電容上的電荷為：
[0064] Q=(Vi-VR) · Cn-1+Vi · (Cn-2+......+C1+C0) = 2n · Co · Vi_2N-1 · Co · Vr
[0065] 第三個步驟為轉換過程。控制電路CTR首先保持數模轉換器DAC的開關狀態不變， 此時比較器的第一輸入端A的電壓VA等于輸入模擬信號Vi。通過比較器CMP判斷V A的正負極 性。
[0066] 在轉換過程中，電容上的電荷保持不變，比較器CMP的輸入端A點電壓滿足：
[0067]
[0068] 也即，第一輸入端A的電壓VA可以表征輸入模擬信號與當前由控制電路CTR輸入到 數模轉換器DAC的數字信號所對應的模擬信號的差值，如果V A大于零，則說明當前的數字信 號所對應的模擬信號相對于模擬輸入信號偏小，如果VA小于零，則說明當前數字信號所對 應的模擬信號相對于模擬輸入信號偏大。
[0069] 根據比較器CMP的比較結果來決定是否改變與數字信號的最高位對應的開關Kh 的狀態。若比較結果為高(也即，Va小于零），則將開關Kh的狀態保持開關狀態不變;若比較 結果為低(也即，VA大于零），則由接V R改為接0。
[0070] 接下去，按照最高位相同的方法，依次將低位的開關先接到VR(對應的數字位為 〇)，然后根據比較器CMP的比較結果來決定當前開關的狀態是否發生改變。由此，逐位地確 定數字信號，直到所有N個開關(也即N個位)的狀態均被確定。
[0071] 如上所述，現有的逐次逼近模數轉換器雖然可以進行模數轉換，但是無法根據前 級連接的傳感器不同，有效地調節采樣端的電壓Vr，由此，會使得模數轉換在某些情況下不 精確。同時，現有的逐次逼近模數轉換器也無法解決零漂電壓的負面影響。
[0072] 圖3是本實用新型實施例的逐次逼近模數轉換器的電路圖。
[0073] 如圖3所示，本實用新型實施例的逐次逼近模數轉換器包括第一數模轉換器DAC1、 比較器CMP1、控制電路CTR1、歸零開關SWzero、采樣開關SW IN、第一補償電容Cos、第二補償電容 Cc以及第二數模轉換器DAC2。其中比較器CMP1的第一輸入端A與第一數模轉換器DAC1的輸 出端連接，第二輸入端連接到零電平端0。第一數模轉換器DAC1的輸入端(也即用于輸入數 字信號的端口）與控制電路CTR1連接。控制電路CTR1向第一數模轉換器DAC1輸入數字信號 Bn-iBn-2……BiBo以控制其輸出。第一數模轉換器DAC1還包括一個采樣端r，其與歸零開關 SWzero和采樣開關SWIN連接。其中，歸零開關SWzero連接在采樣端r和零電平端0之間，采樣開 關SWiN連接在米樣端r和模擬輸入信號端之間，模擬輸入信號端可以通過米樣開關SWiN輸入 逐次逼近模數轉換器的輸入模擬信號I。
[0074]其中，第一數模轉換器DAC1根據輸入的數字信號和采樣端的模擬信號輸出對應的 第一模擬電壓Va。
[0075]比較器CMP1具有與所述第一數模轉換器DAC1的輸出端連接的第一輸入端A(反相 輸入端），以及與零電壓端〇連接的第二輸入端(同相輸入端）。
[0076] 第二數模轉換器DAC2用于根據輸入數字信號向第一補償電容Cos輸出模擬補償電 壓Vc〇
[0077] 第一補償電容Cos連接在第二數模轉換器DAC2的輸出端和所述電容開關網絡的輸 出端之間。具體地，第一補償電容Cos的負端與第二數模轉換器DAC2的輸出端連接，正端與第 一數模轉換器DAC1的輸出端連接。
[0078] 第二補償電容α連接在第一數模轉換器的輸出端與零電壓端之間。優選地，第二 補償電容α為可調電容，其可用于調節進行模數轉換的實際參考電壓。具體地，第二補償電 容α為一個電路結構，可以基于多個開關的控制實現電容值的可調。第二補償電容α的一個 優選實施方式的電路圖如圖4所示。
[0079]第二補償電容CG包括多個相互并聯的電容單元G:\Gn，每個所述電容單元Gi包括 第一開關Kii、子電容Cci和第二開關Ki2。
[0080] 第一開關Ku連接在電容單元的第一端P和中間端m之間。子電容CGl以及第二開關 Kl2并聯連接在所述中間端m和電容單元的第二端η之間。第一開關Ku和第二開關Kl2的控制 信號相反。在圖4中，通過在第一開關Ku和第二開關K l2的控制端之間連接非門來保證控制 信號相反。當然，本領域技術人員容易理解，也可以采用其它的方式來實現。由此，第一開關 Kil導通時，第二開關Ki2關斷，子電容C(；i被接入到第一端ρ和第二端η。在第第一開關Kil關斷 時，第二開關Ki2導通，一方面子電容CGi從第一端P上斷開，同時，通過第二開關Ki2對所存儲 的電荷放電歸零。通過不同的電容單元Gi的狀態，即可改變第一端p和第二端η之間的電容 值，實現電容值可調。
[0081] 更優選地，不同的電容單元的子電容0^可以具有不同的電容值，例如，可以設置使 得CGi = CG1 · 2卜、
[0082]控制電路CTR1用于根據比較器CMP1輸出信號以逐次逼近的方式逐位確定與模擬 信號輸入端的模擬輸入信號對應的數字信號。
[0083]具體地，在本實施例中，第一數模轉換器DAC1包括N+1個采樣電容Co到Cn、N個控制 開關Ko到Kh。其中，N+1個采樣電容Co到CN的正端(也即第一端)均連接到公共端c，所述公共 端c與所述采樣端r以及第一數模轉換器DAC1的輸出端A連接。其中，第N+1個采樣電容&的 負端(也即第二端)連接到零電平端0』個控制開關K〇到Κ Ν-?ν別與采樣電容Co到Cm的負端 連接，以將對應的電容Ci的負端連接到參考電壓端V R或零電壓端0。具體地，在控制信號Bi為 1時，控制開關Ki連接到零電壓端0,在控制信號Bi為0時，控制開關Ki連接到參考電壓端V R。 其中，第i個采樣電容Ch的電容值為第1個采樣電容的電容值Co的2H倍，? = 1，2，···，Ν，& 艮P，Ci-1 = 2土-1 · C〇，i = l，......，N
[0084]在本實用新型實施例中，控制電路CTR1通過增加一個補償過程，通過改變第一補 償電容Cos上的電壓值來對零漂電壓進行補償。
[0085] 控制電路CTR1的控制流程圖如圖5所示。
[0086] 在步驟S510、在第一模式下，控制所述第一數模轉換器DAC1的采樣端r連接到零電 壓端〇進行歸零，控制第二數模轉換器DAC2向第一補償電容Cos施加未疊加零漂電壓補償值 的模擬補償電壓Vc = Vqs_int。
[0087] 具體地，通過控制歸零開關SWzero導通、采樣開關SWIN關斷，同時向第一數模轉換器 DAC1輸入數字信號0111….111 (也即，最高位為，其余位均為0)來實現該歸零的過程。
[0088] 在步驟S520、在第二模式下，控制所述第一數模轉換器DAC1的采樣端r連接到模擬 信號輸入端對模擬輸入信號1進行采樣，控制第二數模轉換器DAC2向第一補償電容Cos施加 未疊加零漂電壓補償值的模擬補償電壓Vc = V〇S_INT。也即，在第一模式和第二模式下，輸入 到第二數模轉換器DAC2的數字信號均相同，為一初始信號。
[0089] 在步驟520結束后，第一數模轉換器DAC1的輸出端A的電壓VA滿足：
[0090] Q=(Vi-Vr) · Cn-i+Vi · (Cn-2+......+Ci+Co)+Vi · (Cg+Cos)-Cos · Vos_init
[0091] =(2N · Co+Cg+Cos) · Vi~2N 1 · Co · Vr-Cos · Vosjnit
[0092] 在步驟S530、在第三模式下，控制所述采樣開關SWIN和歸零開關SWzero關斷，并控制 所述第二數模轉換器DAC2向第一補償電容Cos施加疊加有零漂電壓補償值的模擬補償電壓 Vc = V〇S-INT-VoSo
[0093]由于米樣開關SWin和歸零開關SWzerq均關斷，所有米樣電容、第一補償電容Cos和第 二補償電容α(第二補償電容α在工作前調整好其電容值，在工作中電容值不改變)上的電 荷僅由于零漂電壓補償值的引入而變化，從而對零漂電壓進行補償。
[0094] 此時，由于第二補償電容Cos上的電荷變化，第一數模轉換器DAC1的輸出端Α的電壓 Va變化為：
[0095]
[0096] 在步驟540、在第四模式下，控制第二數模轉換器DAC2保持向第一補償電容Cos施加 疊加有零漂電壓補償值的模擬補償電壓V C = VQS_INT-VQS，根據比較器CMP1的輸出信號控制調 整對第一數模轉換器DAC1的輸入數字信號，以逐次逼近的方式確定與模擬信號輸入端的模 擬輸入信號對應的數字信號。
[0097]具體地，在第四模式下，控制電路CTR1保持采樣開關SWIN和歸零開關SWzero關斷，控 制對第一數模轉換器DAC1的輸入數字信號從最高位向最低位遍歷，對于每個當前位，保持 當前位設置不變，在所述比較器的輸出信號表征第一輸入端的電壓大于第二輸入端的電壓 時，將當前位改變為1，否則將輸入數字信號的當前位確定為〇,直至輸入數字信號的所有位 均被確定。
[0098] 對應地，在第一數模轉換器DAC1內，從第N個采樣電容Cm和第N個控制開關 始（第N個控制開關Κν^的初始狀態為0)，保持當前0111……111的輸入不變，判斷比較器 CMP 1的輸出，如果CMP1的輸出表征第一輸入端的電壓Va大于第二輸入端的電壓0，則說明當 前數字信號對應的模擬信號小于模擬輸入信號，需要將當前位設置為1(也即，需要改變當 前位對應的控制開關的狀態）。否則，則應將輸入數字信號的當前位設置為0。再轉而以相同 的方式確定下一位數字信號(也即，以相同的方式確定下一個控制開關的狀態），由此，直至 所有的輸入數字信號的位均被確定。
[0099] 在轉換過程中，電容上的電荷保持不變，比較器CMP的輸入端A點電壓滿足：
[0100]
[0101]有上述公式可知，相對于現有技術中的輸入端A點電壓：
[0102]
[0103] 本實用新型的電壓VA增加了一項零_調節電壓
， 其可以補償Vi中攜帶的以及由于逐項逼近型模數轉換器自身器件原因所導致的零漂電壓 進行補償，改變所疊加的零漂電壓補償值-Vos即可進行零漂調節。相關參數可以通過實驗或 計算測量獲取。同時，參考電壓VR增加了一個增益因3
，改變可變電容 α即可進行參考電壓調節，以使得本實用新型實施例的逐項逼近型模數轉換器可以適應于 不同的床干起，提高轉換精度和動態范圍。
[0104] 通過在第一數模轉換器的輸出端上增加第一補償電容，并通過第二數模轉換器向 第一補償電容施加對零漂電壓的補償電壓，同時，在現有的模數轉換器的比較器輸入端之 間連接可調的第二補償電容，通過調節第二補償電容可以對實際進行模數轉換的參考電壓 進行調節。由此，可以實現在模數轉換器中對零漂電壓進行補償并可以根據需要調節模數 轉換器的參考電壓。進而可以調節放大電路殘留的零漂電壓以及模數轉換器自身器件的零 漂電壓，還可以通過調節模數轉換器參考電壓使不同靈敏度的傳感器在相同傳感輸入量的 情況下得到相同的輸出值，正確地反映傳感器的傳感量輸入。
[0105] 圖6是本實用新型另一個實施例的逐次逼近模數轉換器的電路圖。如圖6所示的逐 次逼近模數轉換器的結構與圖3相同，其對零漂電壓進行補償并調節參考電壓的原理也相 同。不同的是，圖6所示的逐次逼近模數轉換器的第一數模轉換器DAC1'具有不同的結構。
[0106] 第一數模轉換器DAC1'中包括N+2個采樣電容Co至CN+1。在圖6中，第1至第Μ個采樣 電容Co至C 3的第一端與第一公共端xl連接，其中，Μ為大于1小于Ν的整數。在圖6中，Ν=8，Μ = 4第Μ+1至第Ν個采樣電容C4至C7的第一端與第二公共端χ2連接。第Ν+1個采樣電容C8連接在 第一公共端和零電壓端之間。第N+2個采樣電容C 9連接在第一公共端xl和第二公共端x2之 間。應理解，雖然在圖6中，M=N/2,但是，Μ也可以為其它值，例如，在N=8時，Μ可以為3或5。
[0107] Ν個控制開關Κο至ΚΝ4，分別與第1至第Ν個采樣電容的第二端（負端)連接，用于將 對應的采樣電容的第二端連接至參考電壓端V R或零電壓端0,所述Ν個控制開關Κο至Κη的控 制端與第一數模轉換器的輸入端連接；
[0108] 其中，所述第一公共端與所述第一數模轉換器的采樣端連接，第二公共端與所述 第一數模轉換器的輸出端連接，第i個采樣電容的電容值為第1個采樣電容的電容值的2 1^1 倍，i = 1，2，…，Μ;第j個采樣電容的電容值為第1個采樣電容的電容值的23+1倍，j = M+ 1，…，N-1，N;第N+1個及N+2個采樣電容的電容值等于第1個采樣電容的電容值。
[0109] 由此，本實施例的第一數模轉換器通過增加一個電容，可以減少對于電容值的范 圍要求，可以在較小的電容值范圍內實現與圖3所示的數模轉換器DAC1相同的電荷屬性和 特性。
[0110] 在此基礎上，控制電路CTR1基于與上一實施例相同的控制方式，既可以控制逐次 逼近模數轉換器進行模數變換，并同時對零漂電壓進行補償。同時，可以通過調節第二補償 電容來調節實際的參考電壓，以適應不同的傳感器。
[0111] 圖7是應用本實用新型實施例的逐次逼近模數轉換器的傳感信號處理裝置。如圖7 所示，所述傳感信號處理裝置包括傳感器1、放大電路2、模數轉換器3'和數字信號處理器4。
[0112] 其中，傳感器1用于感應物理量輸出模擬檢測信號。所述傳感器為磁力計、加速度 傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器中的至少一種。
[0113]放大電路2用于放大所述模擬檢測信號。
[0114] 模數轉換器3'為本實用新型實施例所述的逐次逼近模數轉換器，其用于將放大后 的模擬檢測信號轉換為數字檢測信號。
[0115] 數字信號處理器4用于處理所述數字檢測信號。
[0116] 由于應用了本實用新型實施例的具有參考電壓可調和可進行零漂電壓補償的逐 次逼近模數轉換器，圖7所示的傳感信號處理裝置可以更加準確地獲得和處理傳感器檢測 的物理量。
[0117] 以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領域 技術人員而言，本實用新型可以有各種改動和變化。凡在本實用新型的精神和原理之內所 作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種逐次逼近模數轉換器，包括： 第一數模轉換器，根據輸入數字信號和采樣端的電壓輸出對應的模擬輸出電壓； 歸零開關，連接在所述第一數模轉換器的采樣端和零電壓端之間； 采樣開關，連接在所述第一數模轉換器的采樣端和模擬信號輸入端之間； 比較器，具有與所述第一數模轉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； 第二數模轉換器，用于輸出模擬補償電壓； 第一補償電容，連接在所述第二數模轉換器的輸出端和所述第一數模轉換器的輸出端 之間； 第二補償電容，連接在所述第一數模轉換器的輸出端與零電壓端之間；以及， 控制電路，與所述第一數模轉換器和比較器連接，用于根據比較器輸出信號以逐次逼 近的方式逐位確定與模擬信號輸入端的模擬輸入信號對應的數字信號。2. 根據權利要求1所述的逐次逼近模數轉換器，其中，所述控制電路用于在第一模式下 控制所述第一數模轉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模 轉換器的采樣端連接到模擬信號輸入端對模擬輸入信號進行采樣，在第三模式下控制所述 采樣開關和歸零開關關斷，在第四模式下根據比較器輸出信號控制以逐次逼近的方式確定 與模擬信號輸入端的模擬輸入信號對應的數字信號； 所述第二數模轉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償值的模 擬補償電壓，在第三和第四模式下輸出疊加零漂電壓補償值的模擬補償電壓。3. 根據權利要求1所述的逐次逼近模數轉換器，其中，所述第二補償電容為可調電容， 用于調節參考電壓。4. 根據權利要求3所述的逐次逼近模數轉換器，其中，所述第二補償電容包括多個相 互并聯的電容單元，每個所述電容單元包括： 第一開關，連接在電容單元的第一端和中間端之間； 子電容以及第二開關，并聯連接在所述中間端和所述電容單元的第二端之間； 其中，所述第一開關和第二開關的控制信號相反。5. 根據權利要求1所述的逐次逼近模數轉換器，其中，所述第一數模轉換器包括： N+1個采樣電容，每個采樣電容的第一端與公共端連接，其中，第N+1個采樣電容的第二 端與零電壓端連接； N個控制開關，分別與第1至第N個采樣電容的第二端連接，用于將對應的采樣電容的第 二端連接至參考電壓端或零電壓端，所述N個控制開關的控制端與第一數模轉換器的輸入 端連接； 其中，所述公共端與所述第一數模轉換器的采樣端和輸出端連接，第i個采樣電容的電 容值為第1個采樣電容的電容值的2H倍，1 = 1，2，一，叱第奸1個電容的電容值等于第一個 采樣電容的電容值。6. 根據權利要求1所述的逐次逼近模數轉換器，其中，所述第一數模轉換器包括： N+2個采樣電容，第1至第M個采樣電容的第一端與第一公共端連接，第M+1至第N個采樣 電容的第一端與第二公共端連接，第N+1個采樣電容連接在第一公共端和零電壓端之間，第 N+2個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； N個控制開關，分別與第1至第N個采樣電容的第二端連接，用于將對應的采樣電容的第 二端連接至參考電壓端或零電壓端，所述N個控制開關的控制端與第一數模轉換器的輸入 端連接； 其中，所述第一公共端與所述第一數模轉換器的采樣端連接，第二公共端與所述第一 數模轉換器的輸出端連接，第i個采樣電容的電容值為第1個采樣電容的電容值的21-1倍，i =1，2,…，M;第j個采樣電容的電容值為第1個采樣電容的電容值的2^4倍，j=M+l，…，N-1，N;第N+1個及N+2個采樣電容的電容值等于第1個采樣電容的電容值。7. 根據權利要求5或6所述的逐次逼近模數轉換器，其中，所述控制電路用于在第一模 式下控制歸零開關導通、采樣開關關斷，同時控制所述第一數模轉換器的輸入數字信號第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導通、歸零開關關斷，同時保持第 一數模轉換器的輸入數字信號不變，在第三模式下控制采樣開關和歸零開關均關斷，同時 保持第一數模轉換器的輸入數字信號不變，在第四模式下保持采樣開關和歸零開關關斷， 從輸入數字信號的第N位向第1位逐位遍歷，對于每個當前位，將當前位設置為0,在所述比 較器的輸出信號表征第一輸入端的電壓大于第二輸入端的電壓時，將當前位改變為1，否則 將輸入數字信號的當前位確定為〇,直至輸入數字信號的所有位均被確定； 所述數模轉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償值的模擬補 償電壓，在第三和第四模式下輸出疊加有零漂電壓補償值的模擬補償電壓。8. -種傳感信號處理裝置，包括： 傳感器，用于感應物理量輸出模擬檢測信號； 放大電路，用于放大所述模擬檢測信號； 模數轉換器，用于將放大后的模擬檢測信號轉換為數字檢測信號；以及 數字信號處理器，用于處理所述數字檢測信號； 其中，所述模數轉換器為如權利要求1-7中任一項所述的逐次逼近模數轉換器。9. 根據權利要求8所述的傳感信號處理裝置，其特征在于，所述傳感器為磁力計、加速 度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器中的至少一種。
【文檔編號】H03M1/38GK205510016SQ201521141952
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】周小爽, 胡鐵剛, 葛康康
【申請人】杭州士蘭微電子股份有限公司