一种新架构的逐次比较式模数转换电路

技术领域

本发明涉及一种新架构的逐次比较式模数转换电路，属于模数转换电路技术领域。

背景技术

在载人登月一体化远程微波交会雷达研发中，需要高速、大动态、低功耗的模数转换芯片(以下简称AD芯片)。而目前采用的AD芯片种类有闪存型，逐次比较(逼近)式、流水运算式、过采样型(∑-Δ)型。

比较了几种类型AD芯片后，其中逐次比较(SAR)式具有精度高、功耗低、结构简单、占用芯片面积小得优点。不足之处在于采样率低、要求各个模块的匹配性高，内部DAC精度要求高等缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种新架构的逐次比较式模数转换电路，该电路无需外围时钟驱动，自动进行逐位比较，无比较时自动无失真切换至下一级输入，提高了该类型AD的转换速度，降低了AD芯片的时延和抖动。

本发明的技术方案是：

一种新架构的逐次比较式模数转换电路，包括：运算放大器A1、运算放大器A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2；

电阻R1的一端作为输入正端用于接收外部输入电压Vin，电阻R1的另一端连接运算放大器A1的同相输入端和运算放大器A2的同相输入端；

电阻R2的一端作为输入负端用于接收参考电压Vref，电阻R2的另一端连接运算放大器A1的反相输入端和二极管D1的阴极；二极管D1的阳极连接运算放大器A1的输出端和二极管D2的阳极，运算放大器A1的输出端用于向外部输出本位有效信号；

二极管D2的阴极连接运算放大器A2的反相输入端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接运算放大器A2的输出端；运算放大器A2的输出端用于向外部输出比较电压。

Flag输出高于0的电压指示本位比较有效。

电阻R3的阻值为电阻R2阻值的两倍。

利用上述的一种新架构的逐次比较式模数转换电路依次串联形成多位模数转换电路，N个逐次比较式模数转换电路依次串联，第n位逐次比较式模数转换电路输出的比较电压作为第n+1位逐次比较式模数转换电路的输入电压Vin，n∈[1，N]，N为正整数。

多位模数转换电路的输出电压V

其中，V

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明电路实现的数学表达式与传统的数学表达式不一样，数学表达式如下式所示；

2)本发明采用二极管的单向导通性用于选择是否在该位进行比较；

3)本发明使用二极管进行对数和指数运算电路的实现，从而在比较的时候进行信号还原和放大；

4)本发明电路无需外围时钟驱动，自动进行逐位比较，无比较时自动无失真切换至下一级输入，降低了AD芯片的时延和抖动；

5)每一位比较自动生成标志位，<0为无效，≥0为有效，用于判决该位操作是否有效，并将标志输出给数字部分用于形成模拟电压转换数字的结果。

附图说明

图1为本发明新架构的逐次比较式模数转换电路图。

图2为本发明形成多位模数转换电路的电路图。

具体实施方式

为了提升该类芯片的性能，通过研究了逐次比较式AD芯片的原理和优缺点，本发明提出了一中新架构的AD转换架构可以克服传统的逐次比较式AD芯片的缺点，提高该类型AD芯片的速度、精度、并降低结构复杂度、且更加容易实现位数扩展。

本发明采用全新的逐次比较式AD芯片架构，每位采用两个运放为主要芯片，引入两个二极管。利用二极管的单向导通性实现快速比较、减法运算、位数切换并输出指示信号。利用运放的虚短特性实现输入信号在无失真的情况下传递至下一位。该电路自动比较、自动切换所在比较位、自动输出指示信号。不需要时钟信号按节拍操作、不需要单独的比较电路可以显著提高逐次比较式AD芯片的工作速度、降低功耗、时延和抖动。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参考附图1对本发明进一步详细说明：

一、电路介绍：

如图1所示，包括：运算放大器A1、运算放大器A2；电阻R1、电阻R2、电阻R3；二极管D1、二极管D2；焊盘XB1、焊盘XB2、焊盘XB3、焊盘XB4。

电阻R1的一端作为输入正端用于接收外部输入电压Vin，电阻R1的另一端连接运算放大器A1的同相输入端和运算放大器A2的同相输入端；

电阻R2的一端作为输入负端用于接收参考电压Vref，电阻R2的另一端连接运算放大器A1的反相输入端和二极管D1的阴极；二极管D1的阳极连接运算放大器A1的输出端和二极管D2的阳极，运算放大器A1的输出端用于向外部输出本位有效信号；

二极管D2的阴极连接运算放大器A2的反相输入端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接运算放大器A2的输出端；运算放大器A2的输出端用于向外部输出比较电压。Flag输出高于0的电压指示本位比较有效。

电阻R3的阻值为电阻R2阻值的两倍。电阻R2的阻值为1800欧姆，电阻R3的阻值为3600欧姆。

利用上述的一种新架构的逐次比较式模数转换电路依次串联形成多位模数转换电路，N个逐次比较式模数转换电路依次串联，第n位逐次比较式模数转换电路输出的比较电压作为第n+1位逐次比较式模数转换电路的输入电压Vin，n∈[1，N]，N为正整数，如图2所示。

多位模数转换电路的输出电压V

其中，V

输入信号Vin由焊盘XB1引入接至电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别接至放大器A1和放大器A2的输入正端；参考电压由焊盘XB2输入并接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别接至放大器A1的输入负端和二极管D1的阴极端，二极管D1的阳极端分别接至放大器A1的输出端、二极管D2的阳极、焊盘XB3；二极管D2的阴极端分别接至放大器A2的输入负端和电阻R3的一端；电阻R3的另一端分别接至放大器A2的输出端和焊盘XB4。

二、方法介绍

如图1所示，Vin为电压信号输入，Vref为参考电压输入，Vout为下一位比较的电压输出，Flag为本位比较的有效性标志信号。Vin输入至运算放大器A1的正端进行比较，当Vin>Vref时，运放输出一个＞0的值，二极管正向导通成对数电路状态输出为Vin+Vd，其中Vd如(1)式所示。二极管D2成指数工作状态，对D1的对数运算还原成线性运算，Vout如(2)式所示。该电路实现了2倍参考电压与输入信号的减法。Flag输出高于0的电压指示本位比较有效。

V

当V

多位串联后，通过改变Vref的值就可以实现多位比较。最终的输出V

V

表1本发明实施例中采用的原件的型号

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。