逐次逼近模数转换器和传感信号处理装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种逐次逼近模数转换器和传感信号处理装置。通过在第一数模转换器的输出端上增加第一补偿电容，并通过第二数模转换器向第一补偿电容施加对零漂电压的补偿电压，同时，在现有的逐次逼近型的第一数模转换器的输出端与零电压端之间连接可调的第二补偿电容，通过调节第二补偿电容可以对实际进行模数转换的参考电压进行调节。由此，可以实现在模数转换器中对零漂电压进行补偿并可以根据需要调节模数转换器的参考电压。进而可以调节放大电路残留的零漂电压以及模数转换器自身器件的零漂电压，还可以通过调节模数转换器参考电压使不同灵敏度的传感器在相同传感输入量的情况下得到相同的输出值，正确地反映传感器的传感量输入。
【专利说明】
逐次逼近模数转换器和传感信号处理装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及集成电路技术，具体涉及一种逐次逼近模数转换器和传感信号处 理装置。
【背景技术】
[0002] 在一个通用的传感器信号调理系统中，如图1所示，传感器1的输出信号通过放大 电路2进行信号放大，放大后的信号被模数转换器3(ADC)采集并转化为数字信号，数字信号 被发送到数字信号处理器4(DSP)进行数据处理。模数转换器3是系统中的重要组件，而逐次 逼近模数转换器是其中常用的一种类型。模数转换器3的输出数值反映的是输入电压与其 参考电压的比值和极性关系。
[0003] 由于传感器的灵敏度存在差异，不同的传感器在相同的传感量输入得到的输出电 压并不相等，经过相同增益的放大电路放大后，输入到模数转换器3的输入电压也不相等， 也会导致最终输入到数字信号处理器4的输入信号不能正确反映传感器的检测值。通常，放 大电路2中会加入增益调节电路，使不同灵敏度的传感器在相同传感量输入的情况下得到 相同的模数转换器输入电压。但是，放大电路2中的增益调节往往达不到精度的要求，需要 进一步进行调节。而且，上述传感器1的输出信号除有用信号部分外还包含一个不可用的电 压信号，通常被称为零漂电压。零漂电压也会被放大电路2放大并被模数转换器3采集，这也 会导致模数转换器3的输出不精确。并且，由于零漂电压的存在，放大电路2的输入输出动态 范围将被减小。现有技术通常在放大电路2中加入零漂电压的调节电路，但是由于精度的限 制，无法完全消除零漂电压。而且，放大电路2和模数转换器3本身也同样存在着零漂电压， 若不加以调节，则将降低传感器检测的动态范围。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，本实用新型提供一种逐次逼近模数转换器和传感信号处理装置，以实 现在模数转换器中对零漂电压进行补偿并可以根据需要调节模数转换器的参考电压。
[0005] 第一方面，提供一种逐次逼近模数转换器，包括：
[0006]第一数模转换器，根据输入数字信号和采样端的电压输出对应的模拟输出电压；
[0007] 归零开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和零电压端之间；
[0008] 采样开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和模拟信号输入端之间；
[0009]比较器，具有与所述第一数模转换器的输出端连接的第一输入端以及与零电压端 连接的第二输入端；
[0010] 第二数模转换器，用于输出模拟补偿电压；
[0011] 第一补偿电容，连接在所述第二数模转换器的输出端和所述第一数模转换器的输 出端之间；
[0012] 第二补偿电容，连接在所述第一数模转换器的输出端与零电压端之间；以及，
[0013] 控制电路，与所述第一数模转换器和比较器连接，用于根据比较器输出信号以逐 次逼近的方式逐位确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号。
[0014] 优选地，所述控制电路用于在第一模式下控制所述第一数模转换器的采样端连接 到零电压端归零，在第二模式下控制所述第一数模转换器的采样端连接到模拟信号输入端 对模拟输入信号进行采样，在第三模式下控制所述采样开关和归零开关关断，在第四模式 下根据比较器输出信号控制以逐次逼近的方式确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对 应的数字信号；
[0015] 所述第二数模转换器用于在第一模式和第二模式下输出未叠加零漂电压补偿值 的模拟补偿电压，在第三和第四模式下输出叠加零漂电压补偿值的模拟补偿电压。
[0016] 优选地，所述第二补偿电容为可调电容，用于调节参考电压。
[0017] 优选地，所述第二补偿电容包括多个相互并联的电容单元，每个所述电容单元包 括：
[0018] 第一开关，连接在电容单元的第一端和中间端之间；
[0019] 子电容以及第二开关，并联连接在所述中间端和所述电容单元的第二端之间；
[0020] 其中，所述第一开关和第二开关的控制信号相反。
[0021 ]优选地，所述第一数模转换器包括：
[0022] N+1个采样电容，每个采样电容的第一端与公共端连接，其中，第N+1个采样电容的 第二端与零电压端连接；
[0023] N个控制开关，分别与第1至第N个采样电容的第二端连接，用于将对应的采样电容 的第二端连接至参考电压端或零电压端，所述N个控制开关的控制端与第一数模转换器的 输入端连接；
[0024] 其中，所述公共端与所述第一数模转换器的采样端和输出端连接，第i个采样电容 的电容值为第1个采样电容的电容值的2H倍，? = 1，2，···，Ν。第N+1个电容的电容值等于第 一个采样电容的电容值。
[0025]优选地，所述第一数模转换器包括：
[0026] Ν+2个采样电容，第1至第Μ个采样电容的第一端与第一公共端连接，第Μ+1至第Ν个 采样电容的第一端与第二公共端连接，第Ν+1个采样电容连接在第一公共端和零电压端之 间，第Ν+2个采样电容连接在第一公共端和第二公共端之间，其中Μ为大于1小于Ν的整数；
[0027] Ν个控制开关，分别与第1至第Ν个采样电容的第二端连接，用于将对应的采样电容 的第二端连接至参考电压端或零电压端，所述Ν个控制开关的控制端与第一数模转换器的 输入端连接；
[0028] 其中，所述第一公共端与所述第一数模转换器的采样端连接，第二公共端与所述 第一数模转换器的输出端连接，第i个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的2 1^1 倍，i = 1，2，…，Μ;第j个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的23+1倍，j = M+ 1，…，N-1，N;第N+1个及Ν+2个采样电容的电容值等于第1个采样电容的电容值。
[0029] 优选地，所述控制电路用于在第一模式下控制归零开关导通、采样开关关断，同时 控制所述第一数模转换器的输入数字信号第Ν位为0,第1至Ν-1位为1，在第二模式下控制所 述采样开关导通、归零开关关断，同时保持第一数模转换器的输入数字信号不变，在第三模 式下控制采样开关和归零开关均关断，同时保持第一数模转换器的输入数字信号不变，在 第四模式下保持采样开关和归零开关关断，从输入数字信号的第Ν位向第1位逐位遍历，对 于每个当前位，将当前位设置为0,在所述比较器的输出信号表征第一输入端的电压大于第 二输入端的电压时，将当前位改变为1，否则将输入数字信号的当前位确定为0,直至输入数 字信号的所有位均被确定；
[0030] 所述数模转换器用于在第一模式和第二模式下输出未叠加零漂电压补偿值的模 拟补偿电压，在第三和第四模式下输出叠加有零漂电压补偿值的模拟补偿电压。
[0031] 优选地，所述第一补偿电容、第二补偿电容以及零漂电压补偿值与零漂电压满足 如下关系：
[0032]
[0033] 其中，Vz为零漂电压，c〇s为第一补偿电容的电容值，α为第二补偿电容的电容值，Co 为第N+1个采样电容的电容值。
[0034] 优选地，所述逐次逼近模数转换器的参考电压和参考电压端的电压的关系满足如 下关系：
[0035]
[0036] 其中，VR'为所述逐次逼近模数转换器的参考电压，VR为所述参考电压端的电压， 为第一补偿电容的电容值，α为第二补偿电容的电容值，Co为第1个采样电容的电容值。
[0037]第二方面，提供一种传感信号处理装置，包括：
[0038] 传感器，用于感应物理量输出模拟检测信号；
[0039] 放大电路，用于放大所述模拟检测信号；
[0040] 模数转换器，用于将放大后的模拟检测信号转换为数字检测信号；以及
[0041] 数字信号处理器，用于处理所述数字检测信号；
[0042] 其中，所述模数转换器为如上所述的逐次逼近模数转换器。
[0043] 优选地，所述传感器为磁力计、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器中的至少 一种。
[0044] 通过在第一数模转换器的输出端上增加第一补偿电容，并通过第二数模转换器向 第一补偿电容施加对零漂电压的补偿电压，同时，在现有的逐次逼近型的模数转换器的比 较器的第一输入端与零电压端之间连接可调的第二补偿电容，通过调节第二补偿电容可以 对实际进行模数转换的参考电压进行调节。由此，可以实现在模数转换器中对零漂电压进 行补偿并可以根据需要调节模数转换器的参考电压。进而可以调节放大电路残留的零漂电 压以及模数转换器自身器件的零漂电压，还可以通过调节模数转换器参考电压使不同灵敏 度的传感器在相同传感输入量的情况下得到相同的输出值，正确地反映传感器的传感量输 入。
【附图说明】
[0045] 通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目 的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0046] 图1是现有技术中传感信号处理装置的示意图；
[0047] 图2是现有的逐次逼近模数转换器的电路图；
[0048] 图3是本实用新型实施例的逐次逼近模数转换器的电路图；
[0049] 图4是本实用新型实施例的可调电容的电路图；
[0050] 图5是本实用新型实施例的逐次逼近模数转换器进行数模转换的流程图；
[0051] 图6是本实用新型另一个实施例的逐次逼近模数转换器的电路图；
[0052]图7是应用本实用新型实施例的逐次逼近模数转换器的传感器信号处理装置。
【具体实施方式】
[0053]以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施 例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人 员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的 实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0054]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且 附图不一定是按比例绘制的。
[0055]同时，应当理解，在以下的描述中，"电路"是指由至少一个元件或子电路通过电气 连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路"连接到"另一元件或称元件/电路"连接 在"两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之 间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件"直接耦接到"或"直接连 接到"另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0056]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的"包括"、"包含"等类似 词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说，是"包括但不限于"的含 义。
[0057] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"等仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，"多 个"的含义是两个或两个以上。
[0058] 图2是现有的逐次逼近模数转换器的电路图。
[0059] 如图2所示，现有的逐次逼近模数转换器包括数模转换器DAC、比较器CMP以及控制 电路CTR。逐次逼近模数转换器还包括归零开关SWzero和采样开关SW IN。其中比较器CMP的第 一输入端与数模转换器DAC的输出端连接，第二输入端连接到零电平端0。数模转换器DAC的 输入端(也即用于输入数字信号的端口）与控制电路CTR连接。数模转换器DAC还包括一个采 样端r，其与归零开关SWz_和采样开关SW IN连接。其中，归零开关SWZERQ连接在采样端r和零 电平端0之间，采样开关SW IN连接在采样端r和模拟输入信号端之间，模拟输入信号端可以通 过米样开关SWiN输入逐次逼近模数转换器的输入模拟信号Vi。
[0060] 具体地，逐次逼近模数转换器的数模转换器DAC可以包括N+1个电容Co到CN，其正端 (也即第一端)均连接到公共端c，所述公共端c与所述采样端r以及数模转换器DAC的输出端 连接。其中数模转换器DAC还包括N个控制开关K〇到Kh，其分别与电容Co到Cm的负端连接， 以将对应的电容Ci的负端连接到参考电压端V R或零电压端0。
[0061 ]控制电路CTR通过三个步骤来实现模数转换：
[0062] 第一个步骤为归零过程，归零开关SWzero导通，采样开关SWIN关断。控制电路CTR输 出到开关Kn-適制信号Bn-A〇,电容(^负端接到参考电压端VR，开关ΚΝ-2，···，Κ1，Κ0的控制 信号Bn-2，…，Bl，Β0为1，则电容CN-2，…，&，C0的负端接到0。
[0063] 第二个步骤为采样过程，控制电路CTR控制数模转换器DAC的开关状态不变，同时 控制归零开关SWZERQ关断，采样开关SW IN导通。比较器第一输入端A接到输入模拟信号Vi。此 时第一输入端A电容上的电荷为：
[0064] Q=(Vi-VR) · Cn-1+Vi · (Cn-2+......+C1+C0) = 2n · Co · Vi_2N-1 · Co · Vr
[0065] 第三个步骤为转换过程。控制电路CTR首先保持数模转换器DAC的开关状态不变， 此时比较器的第一输入端A的电压VA等于输入模拟信号Vi。通过比较器CMP判断V A的正负极 性。
[0066] 在转换过程中，电容上的电荷保持不变，比较器CMP的输入端A点电压满足：
[0067]
[0068] 也即，第一输入端A的电压VA可以表征输入模拟信号与当前由控制电路CTR输入到 数模转换器DAC的数字信号所对应的模拟信号的差值，如果V A大于零，则说明当前的数字信 号所对应的模拟信号相对于模拟输入信号偏小，如果VA小于零，则说明当前数字信号所对 应的模拟信号相对于模拟输入信号偏大。
[0069] 根据比较器CMP的比较结果来决定是否改变与数字信号的最高位对应的开关Kh 的状态。若比较结果为高(也即，Va小于零），则将开关Kh的状态保持开关状态不变;若比较 结果为低(也即，VA大于零），则由接V R改为接0。
[0070] 接下去，按照最高位相同的方法，依次将低位的开关先接到VR(对应的数字位为 〇)，然后根据比较器CMP的比较结果来决定当前开关的状态是否发生改变。由此，逐位地确 定数字信号，直到所有N个开关(也即N个位)的状态均被确定。
[0071] 如上所述，现有的逐次逼近模数转换器虽然可以进行模数转换，但是无法根据前 级连接的传感器不同，有效地调节采样端的电压Vr，由此，会使得模数转换在某些情况下不 精确。同时，现有的逐次逼近模数转换器也无法解决零漂电压的负面影响。
[0072] 图3是本实用新型实施例的逐次逼近模数转换器的电路图。
[0073] 如图3所示，本实用新型实施例的逐次逼近模数转换器包括第一数模转换器DAC1、 比较器CMP1、控制电路CTR1、归零开关SWzero、采样开关SW IN、第一补偿电容Cos、第二补偿电容 Cc以及第二数模转换器DAC2。其中比较器CMP1的第一输入端A与第一数模转换器DAC1的输 出端连接，第二输入端连接到零电平端0。第一数模转换器DAC1的输入端(也即用于输入数 字信号的端口）与控制电路CTR1连接。控制电路CTR1向第一数模转换器DAC1输入数字信号 Bn-iBn-2……BiBo以控制其输出。第一数模转换器DAC1还包括一个采样端r，其与归零开关 SWzero和采样开关SWIN连接。其中，归零开关SWzero连接在采样端r和零电平端0之间，采样开 关SWiN连接在米样端r和模拟输入信号端之间，模拟输入信号端可以通过米样开关SWiN输入 逐次逼近模数转换器的输入模拟信号I。
[0074]其中，第一数模转换器DAC1根据输入的数字信号和采样端的模拟信号输出对应的 第一模拟电压Va。
[0075]比较器CMP1具有与所述第一数模转换器DAC1的输出端连接的第一输入端A(反相 输入端），以及与零电压端〇连接的第二输入端(同相输入端）。
[0076] 第二数模转换器DAC2用于根据输入数字信号向第一补偿电容Cos输出模拟补偿电 压Vc〇
[0077] 第一补偿电容Cos连接在第二数模转换器DAC2的输出端和所述电容开关网络的输 出端之间。具体地，第一补偿电容Cos的负端与第二数模转换器DAC2的输出端连接，正端与第 一数模转换器DAC1的输出端连接。
[0078] 第二补偿电容α连接在第一数模转换器的输出端与零电压端之间。优选地，第二 补偿电容α为可调电容，其可用于调节进行模数转换的实际参考电压。具体地，第二补偿电 容α为一个电路结构，可以基于多个开关的控制实现电容值的可调。第二补偿电容α的一个 优选实施方式的电路图如图4所示。
[0079]第二补偿电容CG包括多个相互并联的电容单元G:\Gn，每个所述电容单元Gi包括 第一开关Kii、子电容Cci和第二开关Ki2。
[0080] 第一开关Ku连接在电容单元的第一端P和中间端m之间。子电容CGl以及第二开关 Kl2并联连接在所述中间端m和电容单元的第二端η之间。第一开关Ku和第二开关Kl2的控制 信号相反。在图4中，通过在第一开关Ku和第二开关K l2的控制端之间连接非门来保证控制 信号相反。当然，本领域技术人员容易理解，也可以采用其它的方式来实现。由此，第一开关 Kil导通时，第二开关Ki2关断，子电容C(；i被接入到第一端ρ和第二端η。在第第一开关Kil关断 时，第二开关Ki2导通，一方面子电容CGi从第一端P上断开，同时，通过第二开关Ki2对所存储 的电荷放电归零。通过不同的电容单元Gi的状态，即可改变第一端p和第二端η之间的电容 值，实现电容值可调。
[0081] 更优选地，不同的电容单元的子电容0^可以具有不同的电容值，例如，可以设置使 得CGi = CG1 · 2卜、
[0082]控制电路CTR1用于根据比较器CMP1输出信号以逐次逼近的方式逐位确定与模拟 信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号。
[0083]具体地，在本实施例中，第一数模转换器DAC1包括N+1个采样电容Co到Cn、N个控制 开关Ko到Kh。其中，N+1个采样电容Co到CN的正端(也即第一端)均连接到公共端c，所述公共 端c与所述采样端r以及第一数模转换器DAC1的输出端A连接。其中，第N+1个采样电容&的 负端(也即第二端)连接到零电平端0』个控制开关K〇到Κ Ν-?ν别与采样电容Co到Cm的负端 连接，以将对应的电容Ci的负端连接到参考电压端V R或零电压端0。具体地，在控制信号Bi为 1时，控制开关Ki连接到零电压端0,在控制信号Bi为0时，控制开关Ki连接到参考电压端V R。 其中，第i个采样电容Ch的电容值为第1个采样电容的电容值Co的2H倍，? = 1，2，···，Ν，& 艮P，Ci-1 = 2土-1 · C〇，i = l，......，N
[0084]在本实用新型实施例中，控制电路CTR1通过增加一个补偿过程，通过改变第一补 偿电容Cos上的电压值来对零漂电压进行补偿。
[0085] 控制电路CTR1的控制流程图如图5所示。
[0086] 在步骤S510、在第一模式下，控制所述第一数模转换器DAC1的采样端r连接到零电 压端〇进行归零，控制第二数模转换器DAC2向第一补偿电容Cos施加未叠加零漂电压补偿值 的模拟补偿电压Vc = Vqs_int。
[0087] 具体地，通过控制归零开关SWzero导通、采样开关SWIN关断，同时向第一数模转换器 DAC1输入数字信号0111….111 (也即，最高位为，其余位均为0)来实现该归零的过程。
[0088] 在步骤S520、在第二模式下，控制所述第一数模转换器DAC1的采样端r连接到模拟 信号输入端对模拟输入信号1进行采样，控制第二数模转换器DAC2向第一补偿电容Cos施加 未叠加零漂电压补偿值的模拟补偿电压Vc = V〇S_INT。也即，在第一模式和第二模式下，输入 到第二数模转换器DAC2的数字信号均相同，为一初始信号。
[0089] 在步骤520结束后，第一数模转换器DAC1的输出端A的电压VA满足：
[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] 在步骤S530、在第三模式下，控制所述采样开关SWIN和归零开关SWzero关断，并控制 所述第二数模转换器DAC2向第一补偿电容Cos施加叠加有零漂电压补偿值的模拟补偿电压 Vc = V〇S-INT-VoSo
[0093]由于米样开关SWin和归零开关SWzerq均关断，所有米样电容、第一补偿电容Cos和第 二补偿电容α(第二补偿电容α在工作前调整好其电容值，在工作中电容值不改变)上的电 荷仅由于零漂电压补偿值的引入而变化，从而对零漂电压进行补偿。
[0094] 此时，由于第二补偿电容Cos上的电荷变化，第一数模转换器DAC1的输出端Α的电压 Va变化为：
[0095]
[0096] 在步骤540、在第四模式下，控制第二数模转换器DAC2保持向第一补偿电容Cos施加 叠加有零漂电压补偿值的模拟补偿电压V C = VQS_INT-VQS，根据比较器CMP1的输出信号控制调 整对第一数模转换器DAC1的输入数字信号，以逐次逼近的方式确定与模拟信号输入端的模 拟输入信号对应的数字信号。
[0097]具体地，在第四模式下，控制电路CTR1保持采样开关SWIN和归零开关SWzero关断，控 制对第一数模转换器DAC1的输入数字信号从最高位向最低位遍历，对于每个当前位，保持 当前位设置不变，在所述比较器的输出信号表征第一输入端的电压大于第二输入端的电压 时，将当前位改变为1，否则将输入数字信号的当前位确定为〇,直至输入数字信号的所有位 均被确定。
[0098] 对应地，在第一数模转换器DAC1内，从第N个采样电容Cm和第N个控制开关 始（第N个控制开关Κν^的初始状态为0)，保持当前0111……111的输入不变，判断比较器 CMP 1的输出，如果CMP1的输出表征第一输入端的电压Va大于第二输入端的电压0，则说明当 前数字信号对应的模拟信号小于模拟输入信号，需要将当前位设置为1(也即，需要改变当 前位对应的控制开关的状态）。否则，则应将输入数字信号的当前位设置为0。再转而以相同 的方式确定下一位数字信号(也即，以相同的方式确定下一个控制开关的状态），由此，直至 所有的输入数字信号的位均被确定。
[0099] 在转换过程中，电容上的电荷保持不变，比较器CMP的输入端A点电压满足：
[0100]
[0101]有上述公式可知，相对于现有技术中的输入端A点电压：
[0102]
[0103] 本实用新型的电压VA增加了一项零_调节电压
， 其可以补偿Vi中携带的以及由于逐项逼近型模数转换器自身器件原因所导致的零漂电压 进行补偿，改变所叠加的零漂电压补偿值-Vos即可进行零漂调节。相关参数可以通过实验或 计算测量获取。同时，参考电压VR增加了一个增益因3
，改变可变电容 α即可进行参考电压调节，以使得本实用新型实施例的逐项逼近型模数转换器可以适应于 不同的床干起，提高转换精度和动态范围。
[0104] 通过在第一数模转换器的输出端上增加第一补偿电容，并通过第二数模转换器向 第一补偿电容施加对零漂电压的补偿电压，同时，在现有的模数转换器的比较器输入端之 间连接可调的第二补偿电容，通过调节第二补偿电容可以对实际进行模数转换的参考电压 进行调节。由此，可以实现在模数转换器中对零漂电压进行补偿并可以根据需要调节模数 转换器的参考电压。进而可以调节放大电路残留的零漂电压以及模数转换器自身器件的零 漂电压，还可以通过调节模数转换器参考电压使不同灵敏度的传感器在相同传感输入量的 情况下得到相同的输出值，正确地反映传感器的传感量输入。
[0105] 图6是本实用新型另一个实施例的逐次逼近模数转换器的电路图。如图6所示的逐 次逼近模数转换器的结构与图3相同，其对零漂电压进行补偿并调节参考电压的原理也相 同。不同的是，图6所示的逐次逼近模数转换器的第一数模转换器DAC1'具有不同的结构。
[0106] 第一数模转换器DAC1'中包括N+2个采样电容Co至CN+1。在图6中，第1至第Μ个采样 电容Co至C 3的第一端与第一公共端xl连接，其中，Μ为大于1小于Ν的整数。在图6中，Ν=8，Μ = 4第Μ+1至第Ν个采样电容C4至C7的第一端与第二公共端χ2连接。第Ν+1个采样电容C8连接在 第一公共端和零电压端之间。第N+2个采样电容C 9连接在第一公共端xl和第二公共端x2之 间。应理解，虽然在图6中，M=N/2,但是，Μ也可以为其它值，例如，在N=8时，Μ可以为3或5。
[0107] Ν个控制开关Κο至ΚΝ4，分别与第1至第Ν个采样电容的第二端（负端)连接，用于将 对应的采样电容的第二端连接至参考电压端V R或零电压端0,所述Ν个控制开关Κο至Κη的控 制端与第一数模转换器的输入端连接；
[0108] 其中，所述第一公共端与所述第一数模转换器的采样端连接，第二公共端与所述 第一数模转换器的输出端连接，第i个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的2 1^1 倍，i = 1，2，…，Μ;第j个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的23+1倍，j = M+ 1，…，N-1，N;第N+1个及N+2个采样电容的电容值等于第1个采样电容的电容值。
[0109] 由此，本实施例的第一数模转换器通过增加一个电容，可以减少对于电容值的范 围要求，可以在较小的电容值范围内实现与图3所示的数模转换器DAC1相同的电荷属性和 特性。
[0110] 在此基础上，控制电路CTR1基于与上一实施例相同的控制方式，既可以控制逐次 逼近模数转换器进行模数变换，并同时对零漂电压进行补偿。同时，可以通过调节第二补偿 电容来调节实际的参考电压，以适应不同的传感器。
[0111] 图7是应用本实用新型实施例的逐次逼近模数转换器的传感信号处理装置。如图7 所示，所述传感信号处理装置包括传感器1、放大电路2、模数转换器3'和数字信号处理器4。
[0112] 其中，传感器1用于感应物理量输出模拟检测信号。所述传感器为磁力计、加速度 传感器、温度传感器、湿度传感器中的至少一种。
[0113]放大电路2用于放大所述模拟检测信号。
[0114] 模数转换器3'为本实用新型实施例所述的逐次逼近模数转换器，其用于将放大后 的模拟检测信号转换为数字检测信号。
[0115] 数字信号处理器4用于处理所述数字检测信号。
[0116] 由于应用了本实用新型实施例的具有参考电压可调和可进行零漂电压补偿的逐 次逼近模数转换器，图7所示的传感信号处理装置可以更加准确地获得和处理传感器检测 的物理量。
[0117] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域 技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所 作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种逐次逼近模数转换器，包括： 第一数模转换器，根据输入数字信号和采样端的电压输出对应的模拟输出电压； 归零开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和零电压端之间； 采样开关，连接在所述第一数模转换器的采样端和模拟信号输入端之间； 比较器，具有与所述第一数模转换器的输出端连接的第一输入端以及与零电压端连接 的第二输入端； 第二数模转换器，用于输出模拟补偿电压； 第一补偿电容，连接在所述第二数模转换器的输出端和所述第一数模转换器的输出端 之间； 第二补偿电容，连接在所述第一数模转换器的输出端与零电压端之间；以及， 控制电路，与所述第一数模转换器和比较器连接，用于根据比较器输出信号以逐次逼 近的方式逐位确定与模拟信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号。2. 根据权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其中，所述控制电路用于在第一模式下 控制所述第一数模转换器的采样端连接到零电压端归零，在第二模式下控制所述第一数模 转换器的采样端连接到模拟信号输入端对模拟输入信号进行采样，在第三模式下控制所述 采样开关和归零开关关断，在第四模式下根据比较器输出信号控制以逐次逼近的方式确定 与模拟信号输入端的模拟输入信号对应的数字信号； 所述第二数模转换器用于在第一模式和第二模式下输出未叠加零漂电压补偿值的模 拟补偿电压，在第三和第四模式下输出叠加零漂电压补偿值的模拟补偿电压。3. 根据权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其中，所述第二补偿电容为可调电容， 用于调节参考电压。4. 根据权利要求3所述的逐次逼近模数转换器，其中，所述第二补偿电容包括多个相 互并联的电容单元，每个所述电容单元包括： 第一开关，连接在电容单元的第一端和中间端之间； 子电容以及第二开关，并联连接在所述中间端和所述电容单元的第二端之间； 其中，所述第一开关和第二开关的控制信号相反。5. 根据权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其中，所述第一数模转换器包括： N+1个采样电容，每个采样电容的第一端与公共端连接，其中，第N+1个采样电容的第二 端与零电压端连接； N个控制开关，分别与第1至第N个采样电容的第二端连接，用于将对应的采样电容的第 二端连接至参考电压端或零电压端，所述N个控制开关的控制端与第一数模转换器的输入 端连接； 其中，所述公共端与所述第一数模转换器的采样端和输出端连接，第i个采样电容的电 容值为第1个采样电容的电容值的2H倍，1 = 1，2，一，叱第奸1个电容的电容值等于第一个 采样电容的电容值。6. 根据权利要求1所述的逐次逼近模数转换器，其中，所述第一数模转换器包括： N+2个采样电容，第1至第M个采样电容的第一端与第一公共端连接，第M+1至第N个采样 电容的第一端与第二公共端连接，第N+1个采样电容连接在第一公共端和零电压端之间，第 N+2个采样电容连接在第一公共端和第二公共端之间，其中M为大于1小于N的整数； N个控制开关，分别与第1至第N个采样电容的第二端连接，用于将对应的采样电容的第 二端连接至参考电压端或零电压端，所述N个控制开关的控制端与第一数模转换器的输入 端连接； 其中，所述第一公共端与所述第一数模转换器的采样端连接，第二公共端与所述第一 数模转换器的输出端连接，第i个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的21-1倍，i =1，2,…，M;第j个采样电容的电容值为第1个采样电容的电容值的2^4倍，j=M+l，…，N-1，N;第N+1个及N+2个采样电容的电容值等于第1个采样电容的电容值。7. 根据权利要求5或6所述的逐次逼近模数转换器，其中，所述控制电路用于在第一模 式下控制归零开关导通、采样开关关断，同时控制所述第一数模转换器的输入数字信号第N 位为0,第1至N-I位为1，在第二模式下控制所述采样开关导通、归零开关关断，同时保持第 一数模转换器的输入数字信号不变，在第三模式下控制采样开关和归零开关均关断，同时 保持第一数模转换器的输入数字信号不变，在第四模式下保持采样开关和归零开关关断， 从输入数字信号的第N位向第1位逐位遍历，对于每个当前位，将当前位设置为0,在所述比 较器的输出信号表征第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，将当前位改变为1，否则 将输入数字信号的当前位确定为〇,直至输入数字信号的所有位均被确定； 所述数模转换器用于在第一模式和第二模式下输出未叠加零漂电压补偿值的模拟补 偿电压，在第三和第四模式下输出叠加有零漂电压补偿值的模拟补偿电压。8. -种传感信号处理装置，包括： 传感器，用于感应物理量输出模拟检测信号； 放大电路，用于放大所述模拟检测信号； 模数转换器，用于将放大后的模拟检测信号转换为数字检测信号；以及 数字信号处理器，用于处理所述数字检测信号； 其中，所述模数转换器为如权利要求1-7中任一项所述的逐次逼近模数转换器。9. 根据权利要求8所述的传感信号处理装置，其特征在于，所述传感器为磁力计、加速 度传感器、温度传感器、湿度传感器中的至少一种。
【文档编号】H03M1/38GK205510016SQ201521141952
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】周小爽, 胡铁刚, 葛康康
【申请人】杭州士兰微电子股份有限公司