一种量化多路输入的模拟数字转换器的制作方法

本发明属于集成电路中数据量化处理技术领域，具体涉及一种量化多路输入的模拟数字转换器。

背景技术：

近年来，随着数据、人工智能和物联网等新兴信息技术迅猛发展，给经济社会带来了深刻影响。而在物联网技术中，对传感器等末端设备采集来的模拟信号进行量化、处理是其中举足轻重的一个环节。

数据量化就是将模拟信号转换成数字信号，而实现模拟信号到数字信号转换的电路，称为模拟数字转换器。现有模拟数字转换器的种类有多种，主要包括流水线结构a/d转换器、逐次逼近模拟数字转换器(saradc)、过采样模拟数字转换器等。

传统的模拟数字转换器，在对多路信号进行量化时，一般采用如下两种方法：

(1)结合图1结构所示，使用多个模拟数字转换器，同时对所有的输入信号进行量化，得到多个量化结果。但是，在本方法中，存在附加电路多、实现复杂、功耗较大的问题。

(2)结合图2结构所示，使用一个模拟转换器，采用时间交织的方式，对输入信号进行量化，得到各个量化结果。但是，在本方法中，多路信号需要依次量化，即前一个输入信号被量化前，后一个输入信号无法被量化，存在量化灵活性较差的问题；另外，为保证时间交织的精准，需要附加多相位采样时钟，并对多相位采样时钟的精度要求较高，提高了硬件成本。

综上可知，对现有模拟数字转换器而言，如何低成本、高效率且灵活的实现多路输入信号的量化是一个丞待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供一种量化多路输入的模拟数字转换器，以有效解决上述背景技术中提出的问题，从而减少多路量化时的功耗、附加电路和硬件成本，并有效提高量化效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种量化多路输入的模拟数字转换器，主要包括数字模拟转换器、选择开关阵列、比较器和数字控制电路，其中：

所述数字模拟转换器共设有n组，用于在量化处理中同时采样n路输入信号；每组所述数字模拟转换器的数量均为两个，且每个数字模拟转换器的输入端均连接有采样开关，每组所述数字模拟转换器均通过选择开关阵列与比较器的正、负端连接，且每个数字模拟转换器中均包括电容阵列，构成电容型数字模拟转换器；采样时，闭合采样开关，每组所述数字模拟转换器中电容阵列的上级板均采入共模电压，下级板分别采入正、负端输入信号；

所述比较器用于依次比较量化n组输入信号的量化差值，且在执行一组输入信号的比较时，基于电容阵列中的电容位数依次执行多次比较，并输出最后一次比较结果为量化结果；

所述数字控制电路连接于比较器的输出端，并根据比较器的每次比较结果执行电容置位；且在执行一组输入信号的比较时，基于电容比较顺序执行置位的电容为待比较的一组电容，待比较的一组电容置位后，比较器依据置位后的电容状态进行比较。

优选的，所述选择开关阵列由n个选择开关组合而成，且一个选择开关对应于一个数字模拟转换器；在执行一组输入信号的比较时，闭合与该组输入信号相对应的选择开关。

优选的，所述数字模拟转换器执行采样时，至少闭合一组选择开关，用于调整比较器正、负端的初始电压。

优选的，所述比较器正、负端的初始电压均为共模电压。

优选的，所述比较器在执行一组输入信号的比较时，分别为多次比较结果附加权重，其中第一次比较结果的权重最大。

优选的，所述比较器依次比较量化n组输入信号的量化差值时，每完成一组输入信号的量化后，断开该组输入信号所对应的选择开关，并闭合另一组未量化的输入信号所对应的选择开关。

优选的，所述比较器依次比较量化n组输入信号的量化差值时，每完成一组输入信号的量化后、及断开该组输入信号所对应的选择开关前，复位该组数字模拟转换器中电容阵列的上级板，用于将比较器正、负端的电压复位至初始共模电压。

优选的，所述比较器的每次比较结果均为高电平或低电平，且比较结果为高电平时，待比较的一组电容中与比较器负端连接的电容置位；比较结果为低电平时，待比较的一组电容中与比较器正端连接的电容置位。

优选的，所述电容置位的方式为：电容下极板置位于与共模电压连接的状态。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

基于本发明所提的模拟数字转换器，可同时量化多路输入信号，且在量化过程中：

相对于传统的使用多个模拟数字转换器的方法而言，本发明只使用了一个模拟数字转换器，减少了电路器件，降低了电路复杂性，降低了成本，同时减少了电路功耗；

相对于传统的使用一个数字模拟转换器，采用时间交织的方式进行量化的方法而言，本发明不需要时间交织，也无需设置精准的多相位采样时钟，即可同时采样、量化多路输入信号，从而有效减小了数字模拟转换器的设计难度，并降低了硬件成本。

另外，在整体量化过程中，基于复位操作，使得输入信号的量化选择次序不分先后，从而有效增加了电路量化的灵活性。

附图说明

图1为现有使用多个模拟数字转换器进行多路量化时的结构原理图；

图2为现有使用一个模拟数字转换器进行时间交织式的多路量化时的结构原理图；

图3为本发明所提供的模拟数字转换器的结构示意图；

图4为使用本发明所提的模拟数字转换器进行多路量化时的流程图；

图5为本发明所提供的模拟数字转换器中电容型数字模拟转换器电路的结构示意图；

图6为使用本发明所提的模拟数字转换器进行多路量化时的量化周期时序图。

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。

在本发明中，提供了一种量化多路输入的模拟数字转换器，且其具体结构请参阅图3所示，主要包括数字模拟转换器、选择开关阵列、比较器和数字控制电路，其中：

数字模拟转换器共设有n组，且每组数字模拟转换器的数量均为两个，用于在量化处理中同时采样2n路输入信号；每个数字模拟转换器的输入端均连接有采样开关，每组数字模拟转换器均通过选择开关阵列与比较器的正、负端连接，且每个数字模拟转换器中均包括电容阵列，构成电容型数字模拟转换器；

比较器用于依次比较量化n组输入信号的量化差值；

数字控制电路连接于比较器的输出端，并根据比较器的每次比较结果执行电容置位。

基于上述公开结构，在此提供关于量化多路输入信号的具体流程，且该流程如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤s1.采样阶段：闭合采样开关，使得每组数字模拟转换器中电容阵列的上级板均采入共模电压，下级板分别采入正、负端输入信号，以此通过n组数字模拟转换器同时采样1-n组差分输入信号，且每组输入信号均包括正端输入信号和负端输入信号；与此同时，至少闭合一组选择开关，以此使得比较器的两端电压均达到共模电压，从而限定比较器的初始电压(在图3及图5中示出的均为闭合信号1所对应的一组选择开关)。

步骤s2.采样结束，断开所有采样开关和选择开关。

步骤s3.量化阶段：任意选择一路输入信号开始量化，具体以量化信号1为例：选择与信号1相对应的选择开关闭合，比较器两端分别获得正输入信号1和负端输入信号1，并进行比较，获得第一次比较结果，数字控制电路根据第一次比较结果对该组数字模拟转换器中的电容阵列进行置位；

具体，参考图5所示，在进行量化比较过程中，按照图5中从左向右的比较顺序进行电容阵列中多个电容的依次比较，由此，则在获取第一次比较结果后，通过数字控制电路控制电容阵列中最左侧的一组电容(正负两端的电容)进行置位，其中最左侧的一组电容即为该量化状态下的待比较的一组电容。

进一步的，关于电容置位方式为：电容下极板置位于与共模电压连接的状态。

更进一步的，比较器进行比较后所获取的比较结果为高电平或低电平；其中：第一次比较结果为高电平时，将最左侧的一组电容中与比较器负端连接的电容置位，此时比较器正端接1，负端接0，由此进行第二次比较，并获得第二次比较结果；第一次比较结果为低电平时，将最左侧的一组电容中与比较器正端连接的电容置位，此时比较器正端接0，负端接1，由此进行第二次比较，并获得第二次比较结果；

综上，根据第二次比较结果，对由左向右的第二组电容进行置位，并重复上述比较；由此依次完成电容阵列中多组电容的比较，直至完成最后一组电容的比较后获取最后一次比较结果，并以最后一次比较结果为该组输入信号(信号1)的量化结果，且该量化结果为正输入信号1与负端输入信号1的量化差值。

另外，在上述多次比较的过程中，每获得一次比较结果，均设定一定的权重，且该权重通过自定义预设形成，其中第一次比较结果的权重最大。

步骤s4.复位阶段：在完成步骤s3所公开的一组信号(信号1)的量化后，复位该组数字模拟转换器中电容阵列的上级板，以此保证比较器正、负端的电压均复位至初始共模电压；在完成比较器电压复位后再断开上述闭合的选择开关(即信号1所对应的一组选择开关)。

基于此，能有效达到对各路输入信号的量化没有先后顺序的效果，由此可以依据需要任意选取需要量化的某一路输入信号，从而提高了电路量化的灵活性。

步骤s5.然后随机选择另一路输入信号(具体，除信号1以外的信号均可)所对应的选择开关，重复步骤s3-步骤s5，直至完成n路输入信号的量化。

综上所述，整体模拟数字转换器同时采样信号，依次进行量化，从而达到同时量化多路输入信号的目的。

另外，针对上述量化过程，以一路输入信号的量化为一个小周期，则n个小周期构成n路输入信号同时量化的大周期，且n路输入信号同时量化的具体时序图如图6所示；结合图示可知，在整体量化过程中：

第一个量化小周期，量化第一组信号，此时，其他组信号处于空闲状态。第一组信号量化完成后，进入第二个量化小周期，量化第二组信号，此时，其他组信号处于空闲状态。依次类推，在最后一个量化小周期中进行最后一组信号的量化时，其他组信号处于空闲状态。最后一组信号量化完成后，所有信号量化完毕，量化周期结束。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。