本技术公开了一种基于抖动技术的增量式缩放型模数转换器信噪比提升方法,包括抖动电压注入和高阶抽取滤波两部分操作,其中抖动电压注入由随机序列控制的电容阵列向缩放型模数转换器的粗量化SAR ADC输入进行高斯分布抖动电压的注入,增强了量化误差的随机性;高阶抽取滤波对于随机分布的量化噪声进行求和再平均,得到的最终量化误差小于传统增量式缩放型模数转换器的量化误差,有效提高了增量式缩放型模数转换器的信噪比。本发明信噪比提升方法带来的模拟电路部分的开销仅有用于抖动电压注入的电容阵列,相对于其他信噪比提升技术来说具有更高的面积和能量效率。
背景技术
随着智能传感、物联网等应用的不断发展,传感器应用下低功耗高精度的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)作为信号链中的核心电路模块,受到研究人员的广泛关注。在所有类型的ADC当中,Δ-Σ模数转换器由于其具有过采样和噪声整形的特性,能够实现很高的精度,被广泛应用于传感器低速、低功耗、高精度的场景中。
增量式的工作模式是对于Δ-Σ模数转换器进行周期性复位,这种工作模式在传感器应用下具有以下好处:简化了抽取滤波器的设计,从级联积分梳状滤波器简化为CoI(Cascade-of-Integrator,级联积分型)滤波器;增量式Δ-Σ模数转换器由于延迟低,可以被复用于多通道传感器中;增量式Δ-Σ模数转换器不容易受到空闲音的影响。
缩放型的模数转换器是一种先粗量化、再细量化的两步式模数转换器,具有很高的能量效率,使用率超过其他架构的Δ-Σ模数转换器,因此增量式工作的缩放型Δ-Σ模数转换器具有极高的应用前景,已经应用在很多。但是当缩放型Δ-Σ模数转换器工作在增量式的工作模式时,量化噪声会由于缩放型Δ-Σ模数转换器中缺少前馈通路而变大,使得ADC的信号-量化噪声比(Signal-to-Quantization-Noise Ratio,SQNR)恶化。因此,需要对于增量式工作模式下的缩放型ADC的量化噪声进行优化,以实现更高精度。
传统提高增量工作模式下的缩放型ADC大多通过增大模拟电路开销的方法进行信噪比的提升,如文献[季怀坤.基于PPD的zoom IADC的研究与设计[D].浙江:浙江大学,2023]中采用了更高阶数的环路滤波器;公开号为CN117375620A的中国专利申请提出了一种引入更高位数的级联扩展计数SAR(逐次逼近型)模数转换器;公开号为CN115549683A的中国专利申请提出了一种高精度增量型zoom ADC引入多级架构与残差放大。但是这些技术都增大了模拟电路的开销,需要设计放大器、更高位数的SAR模数转换器,需要更高的积分器增益等,这在更先进的工艺节点下并不是最优的选择。
实现思路