用于高精度ADC的模拟信号处理电路、方法、芯片及装置与流程

本公开涉及集成电路，具体涉及一种用于高精度adc的模拟信号处理电路、方法、芯片及装置。

背景技术：

1、模拟数字转换器(analogue?to?digital?converter，adc)是一种将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件，应用于各类数据采集系统中。其中，电荷分享型逐次逼近(successive?approximation?register，sar)adc是一种常用的实现高精度转换的adc架构，具有转换效率高、占用面积小、实时性好等特点，在工业、测量和医疗等领域有广泛应用。

2、对于传统的sar?adc，待转换模拟信号需要先经过一个放大器将信号调整到一个合适的范围，并增加信号的驱动能力，从而可以有效驱动adc的采样电路。然而，在其内部的采样电容充电的过程中，特别是在多路复用系统或者离散时间采样条件下，由于sar?adc的输入节点上会产生很大的电压阶跃，因此会导致放大器或输入信号源受到较大的扰动，且为了提升信号建立速度增加放大器的带宽会导致噪声增加。针对这个问题，相关技术中的高精度adc输入信号处理电路，是通过额外增加辅助放大器?？?，并将该辅助放大器?？榈姆聪蚴淙攵撕褪涑龆肆?，构成单位增益缓冲器，从而在adc采样阶段，可以借助缓冲器，很快将adc的输入端电压建立到与主放大器?？榈氖涑龆说缪菇咏?，之后，当主放大器?？榈氖涑龆擞隺dc的输入端直接相连时，可以将adc的输入端电压精确建立，从而使得主放大器?？榈氖涑龆说缪谷员３衷谖榷ǖ淖刺?，不受到采样电容充电的扰动，且因主放大器?？榈拇斫闲?，使得adc采样到的信号具有较低的噪声。

3、然而，在上述电路的采样阶段中，对采样电容预充电的过程完全由预充电缓冲器完成，如果要使预充电的时间尽可能短，作为预充电缓冲器的放大器需要有较大的压摆率和带宽，放大器本身会产生较大的功耗，并且会占用较大面积，导致电路的功耗和面积开销较大。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种用于高精度adc的模拟信号处理电路、方法、芯片及装置。

2、第一方面，本公开实施例中提供了一种用于高精度adc的模拟信号处理电路，所述模拟信号处理电路包括：主放大器?？?、主adc?？?、辅助放大器?？楹透ㄖ鷄dc?？橐约暗谝豢?；

3、所述辅助放大器?？榈氖淙攵肆佑谑淙胄藕哦?，输出端连接于所述辅助adc?？榈哪Ｄ馐淙攵?，所述辅助放大器?？橛糜诙运鍪淙胄藕哦耸淙氲拇荒Ｄ庑藕沤械骼?，并通过输出端输出第一调理后待转换模拟信号；

4、所述辅助adc?？榈氖质涑龆肆佑谒鲋鱝dc?？榈氖质淙攵?，所述辅助adc?？橛糜诙缘谝坏骼砗蟠荒Ｄ庑藕沤凶?，并通过数字输出端输出转换后的第一数字码，其中，所述第一数字码包含所述待转换模拟信号的信息；

5、所述主放大器?？榈氖淙攵肆佑谒鍪淙胄藕哦?，输出端连接于所述第一开关的第一接线端，所述主放大器?？橛糜诙运鍪淙胄藕哦耸淙氲乃龃荒Ｄ庑藕沤械骼?，并通过输出端输出第二调理后待转换模拟信号；

6、所述主adc?？榈哪Ｄ馐淙攵肆佑谒龅谝豢氐牡诙酉叨?，所述主adc?？橛糜诟萃üＤ馐淙攵私邮盏牡诙骼砗蟠荒Ｄ庑藕藕屯ü质淙攵私邮盏乃龅谝皇致虢鲋鱝dc?？榈氖淙氲缪菇⒌椒夏勘昃纫蟮氖淙氲缪?，以实现在所述输入电压下对模拟信号的采样；

7、其中，所述主adc?？榈奈皇笥谒龈ㄖ鷄dc?？榈奈皇?。

8、本公开一可能的实现方式中，当所述主adc?？榇τ诓裳锥吻宜龅谝豢卮τ诙峡刺?，所述主adc?？橛糜诟菟龅谝皇致氚乃龃荒Ｄ庑藕诺男畔⒔卸?，以产生采样预充电电压；其中，所述采样预充电电压与所述主放大器?？榈氖涑龆说牡缪怪涞牟钪敌∮诨虻扔谠ど栉蟛钽兄?。

9、本公开一可能的实现方式中，当所述第一开关从断开状态切换为闭合状态时，所述主adc?？橛糜谠谒霾裳こ涞绲缪沟幕∩细莸诙骼砗蟠荒Ｄ庑藕沤谐涞?，以使得所述主adc?？榈氖淙氲缪褂胨鲋鞣糯笃髂？榈氖涑龆说牡缪瓜嗤?。

10、本公开一可能的实现方式中，所述主adc?？榘ǎ翰裳缛菡罅?、与所述采样电容阵列对应的采样开关阵列、第二开关、比较器以及控制逻辑?？?；

11、其中，所述采样电容阵列中的每个采样电容的上极板连接在一起，并连接于所述第二开关的第一接线端和所述比较器的反向输入端，每个所述采样电容的下极板分别连接于对应的采样开关的第一接线端；

12、所述采样开关阵列中的每个采样开关的第二接线端连接在一起，并连接于第一电压输入端，所述第一电压输入端连接于所述第一开关的第二接线端；

13、每个所述采样开关的第三接线端连接在一起，并连接于第二电压输入端；其中，所述第二电压输入端用于输入第一参考电压；

14、每个所述采样开关的第四接线端连接在一起，并连接于第三电压输入端；其中，所述第三电压输入端用于输入接地电压；

15、所述第二开关的第二接线端连接于第四电压输入端；

16、所述比较器的正向输入端连接于第五电压输入端，输出端连接于所述控制逻辑?？榈牡谝皇淙攵?；其中，所述第四电压输入端和所述第五电压输入端均用于输入第二参考电压；

17、所述控制逻辑?？榈氖涑龆肆佑谒霾裳卣罅?，第二输入端与所述辅助adc?？榈氖质涑龆肆?；其中，所述辅助adc?？楹退隹刂坡呒？橹涞牧臃较蚴怯伤龈ㄖ鷄dc?？榈氖涑龆酥赶蛩隹刂坡呒？榈牡诙淙攵?。

18、本公开一可能的实现方式中，所述控制逻辑?？橛糜谠谒龅谝豢卮τ诙峡刺宜龅诙卮τ诒蘸献刺?，根据所述第一数字码控制所述采样开关阵列中采样开关的连通状态，以使得所述采样电容阵列中处于高位的m个采样电容的逻辑状态与所述第一数字码一致，之后控制每个采样开关的第一接线端和第二接线端连通，以使得所述采样电容阵列产生采样预充电电压；其中，m的取值与所述第一数字码的位数相同，m为正整数。

19、本公开一可能的实现方式中，当所述第一开关从断开状态切换为闭合状态时，所述采样电容阵列用于在所述采样预充电电压的基础上，根据第二调理后待转换模拟信号进行充电，以使得所述m个采样电容的下极板的电压建立到与所述主放大器?？榈氖涑龆说牡缪瓜嗤?。

20、本公开一可能的实现方式中，所述采样电容阵列为以下任一项：单端电容阵列、差分电容阵列。

21、第二方面，本公开实施例中提供了一种用于高精度adc的模拟信号处理电路，所述模拟信号处理电路包括：主放大器?？?、第三开关、主adc?？橐约案ㄖ鷄dc?？?；

22、所述主放大器?？榈氖淙攵肆佑谑淙胄藕哦?，输出端连接于所述第三开关的第一接线端和所述辅助adc?？榈哪Ｄ馐淙攵?，所述主放大器?？橛糜诙运鍪淙胄藕哦耸淙氲拇荒Ｄ庑藕沤械骼?，并通过输出端输出调理后的待转换模拟信号；

23、所述辅助adc?？榈氖质涑龆肆佑谒鲋鱝dc?？榈氖质淙攵?，所述辅助adc?？橛糜诙缘骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕沤凶?，并通过数字输出端输入转换后的第二数字码；

24、所述主adc?？榈哪Ｄ馐淙攵肆佑谒龅谌氐牡诙酉叨?，所述主adc?？橛糜诟萃üＤ馐淙攵私邮盏牡骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕藕屯ü质淙攵私邮盏乃龅诙致虢鲋鱝dc?？榈氖淙氲缪菇⒌椒夏勘昃纫蟮氖淙氲缪?，以实现在所述输入电压下对模拟信号的采样；

25、其中，所述主adc?？榈奈皇笥谒龈ㄖ鷄dc?？榈奈皇?。

26、第三方面，本公开实施例中提供了一种用于高精度adc的模拟信号处理方法，应用于如上述第一方面的所有实现方式中任一项所述的电路，所述方法包括：

27、在所述电路中的主adc?？榇τ诓裳锥问?，获取待转换模拟信号；

28、通过所述电路中的主放大器?？楹透ㄖ糯笃髂？槎运龃荒Ｄ庑藕沤械骼?，并通过所述电路中的辅助adc?？槎运龈ㄖ糯笃髂？榈骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕沤凶?，得到转换结果，以及将所述转换结果发送至所述主adc?？?；

29、根据所述主放大器?？榈骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕藕退鲎唤峁?，将所述主adc?？榈氖淙氲缪菇⒌椒夏勘昃纫蟮氖淙氲缪?，以实现在所述输入电压下对模拟信号的采样。

30、本公开一可能的实现方式中，所述根据所述主放大器?？榈骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕藕退鲎唤峁?，将所述主adc?？榈氖淙氲缪菇⒌椒夏勘昃纫蟮氖淙氲缪?，以实现在所述输入电压下对模拟信号的采样，包括：

31、在位于所述主adc?？楹退鲋鞣糯笃髂？橹涞牡谝豢卮τ诙峡刺?，根据所述转换结果，将所述主adc?？橹写τ诟呶坏膍个采样电容的逻辑状态调整为与所述转换结果一致，并短接所述主adc?？橹兴胁裳缛莸南录?，以产生采样预充电电压；其中，所述采样预充电电压与所述主放大器?？榈氖涑龆说牡缪怪涞牟钪敌∮诨虻扔谠ど栉蟛钽兄?；m的取值与所述转换结果的位数相同，m为正整数；

32、将所述第一开关切换为闭合状态；

33、根据所述主放大器?？榈骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕哦运鲋鱝dc?？橹械牟裳缛萁谐涞?，以使得所述主adc?？榈氖淙氲缪勾铀霾裳こ涞绲缪箍冀⒌接胨鲋鞣糯笃髂？榈氖涑龆说牡缪瓜嗤?。

34、第四方面，本公开实施例中提供了一种用于高精度adc的模拟信号处理方法，应用于如上述第二方面的所有实现方式中任一项所述的电路，所述方法包括：

35、在所述电路中的主adc?？榇τ诓裳锥问?，获取待转换模拟信号；

36、通过所述电路中的主放大器?？槎运龃荒Ｄ庑藕沤械骼?，并通过所述电路中的辅助adc?？槎缘骼砗蟮拇荒Ｄ庑藕沤凶?，得到转换结果，以及将所述转换结果发送至所述主adc?？?；

37、根据调理后的待转换模拟信号和所述转换结果，将所述主adc?？榈氖淙氲缪菇⒌椒夏勘昃纫蟮氖淙氲缪?，以实现在所述输入电压下对模拟信号的采样。

38、第五方面，本公开实施例提供了一种芯片，包括如上述第一方面和第二方面的所有可能实现方式中任一种的电路。

39、第六方面，本公开实施例中提供了一种电子装置，包括如第五方面所述的芯片。

40、根据本公开实施例提供的用于高精度adc的模拟信号处理电路，该电路包括：主放大器?？?、主adc?？?、辅助放大器?？楹透ㄖ鷄dc?？橐约暗谝豢?。该电路结构形成了两条并行的信号链路，可以控制第一开关断开并通过辅助放大器?？楹透ㄖ鷄dc?？檎庖涣绰范阅Ｄ庑藕沤锌焖僮?，以得到数字信号，以及将该数字信号传递给主adc?？?，实现主adc?？槟诓康目焖僭こ涞绮裳こ涞绲缪?，再控制第一开关的导通，在预充电的基础上将主adc?？榈氖淙氲缪咕方?。如此，通过该电路，在主adc?？榈氖淙氲缪狗⑸蟀诜浠?，?；ぶ鞣糯笃髂？椴皇芸焖俪涞绺扇诺那疤嵯?，相比传统电路中作为预充电缓冲器的放大器需要有较大的压摆率和带宽，本公开实施例提供的电路因辅助adc位数低，本身的功耗和面积开销很小，为辅助放大器提供的负载也较小，辅助放大器可以在小工作电流的条件下来实现高速设计，从而节省了电路的功耗和面积开销。

41、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。