一种内嵌可调节参考模数转换器的制作方法

本发明涉及专用集成电路和逻辑芯片，尤其涉及一种内嵌可调节参考模数转换器。

背景技术：

1、模数转换器(analog to digital converter，adc)是将模拟信号变换为数字信号的器件，在数字电路中得到广泛应用。数字电路中使用数字信号处理数据，可以使电路获得更高的抗干扰能力，同时数据处理方法也更加灵活，但在信号的输入和输出端，反馈信号与被控对象控制量仍然可能是模拟信号，模拟输入量可以通过adc变换为数字信号，在信号输出端使用数模转换器(digital to analog converter，dac)将数字信号还原为模拟信号。

2、现有技术中，参考电压通常通过芯片内部的带隙基准电压源（bandgap）产生，其产生的参考电压通常为1.2v，该电压不可调节。如果adc需要不同的参考电压，则需要通过额外的参考电压转换电路对该参考电压进行升压或降压处理，然后通过参考电压缓冲器（buffer）驱动adc内部的电容或电阻网络，而这部分额外的电路会消耗较大的芯片面积和功耗，增加成本，尤其在需要多种参考电压的模数转换系统。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种内嵌可调节参考模数转换器，可以在同等的芯片面积上布置更多的单位元件，同时在实现同样位数的模数转换时功耗更低。

2、本申请实施例第一方面提供了内嵌可调节参考模数转换器，所述内嵌可调节参考模数转换器包括参考电压源、运算放大器、参考电压选择电路、参考电流电路、电流数模转换器、电阻数模转换器、电容数模转换器和比较器；其中，所述参考电压源与所述运算放大器的反相输入端连接，所述参考电压选择电路的第一端与所述运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述参考电流电路的输入端连接，所述参考电流电路的第一输出端与所述电流数模转换器的输入端连接，所述参考电流电路的第二输出端与所述参考电压选择电路的第二端连接，所述参考电压选择电路的第三端接地，所述电流数模转换器的输出端与所述电阻数模转换器的输入端连接，所述电阻数模转换器的第一输出端接地，所述电阻数模转换器的第二输出端与所述电容数模转换器的输入端连接，所述电容数模转换器的输出端与所述比较器的输入端连接。

3、可选的，所述参考电压选择电路包括多个串联的第一电阻和多个第一开关，每个所述第一电阻的两端各连接一个所述第一开关的一端，多个所述第一开关的另一端与所述运算放大器的正相输入端连接，多个串联的第一电阻的一端与所述参考电流电路的第二输出端连接，多个串联的第一电阻的另一端接地。

4、可选的，所述参考电流电路包括两个级联的第一mos管，其中一个所述第一mos的栅极与所述运算放大器的输出端连接，另外一个所述第一mos的栅极与固定的偏置电压源连接，其中一个所述第一mos管的源极与电源连接，其中一个所述第一mos管的漏极与另外一个所述第一mos管的源极连接，另外一个所述第一mos管的漏极与所述参考电压选择电路的第二端连接。

5、可选的，所述电流数模转换器包括多组mos管单元和多个第二开关，每组所述mos管单元包括两个级联的第二mos管，每组所述mos管单元的其中一个所述第二mos管的栅极与其中一个所述第一mos的栅极连接，每组所述mos管单元的另外一个所述第二mos管的栅极与另外一个所述第一mos的栅极连接，每组所述mos管单元的其中一个所述第二mos管的源极与电源连接，每组所述mos管单元的其中一个所述第二mos管的漏极与另外一个所述第二mos管的源极连接，每组所述mos管单元的另外一个所述第二mos管的漏极各通过一个所述第二开关相互连接。

6、可选的，所述电阻数模转换器包括粗调分压模块，所述粗调分压模块包括多个串联的第二电阻和多个第三开关，多个串联的第二电阻的其中一端与所述电流数模转换器的输出端连接，每个所述第二电阻的两端各连接一个所述第三开关的一端，多个所述第三开关的另一端与所述电容数模转换器的输入端连接。

7、可选的，所述电阻数模转换器还包括精调分压模块，所述精调分压模块包括多个串联的第三电阻、多个第四开关和一个第四电阻，每个所述第三电阻的两端各连接一个所述第四开关的一端，多个所述第四开关的另一端与所述第四电阻以及所述电容数模转换器的输入端连接，多个串联的第三电阻的其中一端与多个串联的第二电阻的另外一端连接。

8、可选的，所述电阻数模转换器还包括公共模块，所述公共模块包括多个并联的第五电阻，多个并联的第五电阻的其中一端与多个串联的第三电阻的另外一端连接，多个并联的第五电阻的另外一端与多个所述第三开关的另一端连接以及接地。

9、可选的，所述电容数模转换器包括正采样模块和负采样模块，所述正采样模块包括多个第五开关和多个第一电容，每个所述第一电容对应一个所述第五开关；其中一个所述第一电容的上极板通过对应的所述第五开关与所述粗调分压模块的输出端或正相模拟输入端连接，除其中一个所述第一电容之外的其他所述第一电容的上极板通过对应的所述第五开关与所述正相模拟输入端、参考电压端、低电平基准电压端中的一个连接；多个所述第一电容的下极板相互连接；

10、所述负采样模块包括多个第六开关和多个第二电容，每个所述第二电容对应一个所述第六开关；其中一个所述第二电容的上极板通过对应的所述第六开关与所述精调分压模块的输出端或反相模拟输入端连接，除其中一个所述第二电容之外的其他所述第二电容的上极板通过对应的所述第六开关与所述反相模拟输入端、参考电压端、低电平基准电压端中的一个连接；多个所述第二电容的下极板相互连接。

11、可选的，所述比较器的正相输入端与多个所述第一电容的下极板连接，所述比较器的反相输入端和多个所述第二电容的下极板连接。

12、可选的，所述内嵌可调节参考模数转换器还包括第七开关和第八开关，所述共模参考电压端通过所述第七开关与所述比较器的正相输入端连接，所述共模参考电压端通过所述第八开关与所述比较器的反相输入端连接。

13、本申请采用电流dac、电阻dac以及电容dac相结合的设计方案。该方案使用更少的电阻元件，在保持参考缓冲器输出端阻抗和电流负载恒定的前提下实现了更低的功耗，从而简化了参考缓冲器的设计复杂度，并相较于现有的dac有效降低了由dac阻抗及电流负载切换所引入的噪声。

1.一种内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述内嵌可调节参考模数转换器包括参考电压源、运算放大器、参考电压选择电路、参考电流电路、电流数模转换器、电阻数模转换器、电容数模转换器和比较器；其中，所述参考电压源与所述运算放大器的反相输入端连接，所述参考电压选择电路的第一端与所述运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述参考电流电路的输入端连接，所述参考电流电路的第一输出端与所述电流数模转换器的输入端连接，所述参考电流电路的第二输出端与所述参考电压选择电路的第二端连接，所述参考电压选择电路的第三端接地，所述电流数模转换器的输出端与所述电阻数模转换器的输入端连接，所述电阻数模转换器的第一输出端接地，所述电阻数模转换器的第二输出端与所述电容数模转换器的输入端连接，所述电容数模转换器的输出端与所述比较器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述参考电压选择电路包括多个串联的第一电阻和多个第一开关，每个所述第一电阻的两端各连接一个所述第一开关的一端，多个所述第一开关的另一端与所述运算放大器的正相输入端连接，多个串联的第一电阻的一端与所述参考电流电路的第二输出端连接，多个串联的第一电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述参考电流电路包括两个级联的第一mos管，其中一个所述第一mos的栅极与所述运算放大器的输出端连接，另外一个所述第一mos的栅极与固定的偏置电压源连接，其中一个所述第一mos管的源极与电源连接，其中一个所述第一mos管的漏极与另外一个所述第一mos管的源极连接，另外一个所述第一mos管的漏极与所述参考电压选择电路的第二端连接。

4.根据权利要求2所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述电流数模转换器包括多组mos管单元和多个第二开关，每组所述mos管单元包括两个级联的第二mos管，每组所述mos管单元的其中一个所述第二mos管的栅极与其中一个所述第一mos的栅极连接，每组所述mos管单元的另外一个所述第二mos管的栅极与另外一个所述第一mos的栅极连接，每组所述mos管单元的其中一个所述第二mos管的源极与电源连接，每组所述mos管单元的其中一个所述第二mos管的漏极与另外一个所述第二mos管的源极连接，每组所述mos管单元的另外一个所述第二mos管的漏极各通过一个所述第二开关相互连接。

5.根据权利要求1所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述电阻数模转换器包括粗调分压模块，所述粗调分压模块包括多个串联的第二电阻和多个第三开关，多个串联的第二电阻的其中一端与所述电流数模转换器的输出端连接，每个所述第二电阻的两端各连接一个所述第三开关的一端，多个所述第三开关的另一端与所述电容数模转换器的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述电阻数模转换器还包括精调分压模块，所述精调分压模块包括多个串联的第三电阻、多个第四开关和一个第四电阻，每个所述第三电阻的两端各连接一个所述第四开关的一端，多个所述第四开关的另一端与所述第四电阻以及所述电容数模转换器的输入端连接，多个串联的第三电阻的其中一端与多个串联的第二电阻的另外一端连接。

7.根据权利要求6所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述电阻数模转换器还包括公共模块，所述公共模块包括多个并联的第五电阻，多个并联的第五电阻的其中一端与多个串联的第三电阻的另外一端连接，多个并联的第五电阻的另外一端与多个所述第三开关的另一端连接以及接地。

8.根据权利要求1所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述电容数模转换器包括正采样模块和负采样模块，所述正采样模块包括多个第五开关和多个第一电容，每个所述第一电容对应一个所述第五开关；其中一个所述第一电容的上极板通过对应的所述第五开关与所述粗调分压模块的输出端或正相模拟输入端连接，除其中一个所述第一电容之外的其他所述第一电容的上极板通过对应的所述第五开关与所述正相模拟输入端、参考电压端、低电平基准电压端中的一个连接；多个所述第一电容的下极板相互连接；

9.根据权利要求1所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述比较器的正相输入端与多个所述第一电容的下极板连接，所述比较器的反相输入端和多个所述第二电容的下极板连接。

10.根据权利要求9所述的内嵌可调节参考模数转换器，其特征在于，所述内嵌可调节参考模数转换器还包括第七开关和第八开关，所述共模参考电压端通过所述第七开关与所述比较器的正相输入端连接，所述共模参考电压端通过所述第八开关与所述比较器的反相输入端连接。