一种用于增量型Σ-ΔADC的自适应复位系统

一种用于增量型
σ-δ adc的自适应复位系统
技术领域
1.本发明涉及属于模数转换器技术领域，具体为一种用于增量型σ-δ adc的自适应复位系统。


背景技术：

2.医疗器械采集人体生物信息之后进行分析处理，传感器在其中扮演着非常重要的角色。而将这些采集到的模拟信号转换为数字信号的模块就是模数转换器（analog to digital converter，adc）。由于医疗传感器中采集的信息往往都不是单一的信号，通用型单通道adc是不适用的，采用多个adc芯片会使得系统的功耗和面积都很大，因此我们需要设计低功耗、微面积、高精度的阵列型adc芯片。列级adc，即集成一列的adc，处理该行的所有数据，其速度、功耗与面积的要求折衷，在传感器中应用更为广泛。增量型σ-δ adc是一种模数转换器的架构，由σ-δ调制器与数字抽取滤波器组成，每个转换周期结束后都进行复位，适用于多通道分时复用的列级adc；调制器采用过采样和噪声整形技术降低带内的量化噪声，之后通过数字抽取滤波器滤除掉带外的噪声，从而能够在功耗较低的前提下实现高精度adc；数字抽取滤波器可以采用coi滤波器，其功耗更低、面积更小。因此，增量型σ-δ adc越来越广泛地被应用于多通道传感器信号采集应用中。
3.对于转换速率和抽取率可调的增量型σ-δ adc，存在一个问题：由于不同转换速率的工作条件下，转换周期内部的工作时钟周期数是不同的，而在抽取率确定的情况下，数字抽取滤波器所需要的调制器输出数字码流周期数是一定的，固定为m个周期，调制器超过m个周期之后的数字输出码流并不会被数字抽取滤波器所处理，造成调制器的功耗浪费。


技术实现要素：

4.为了解决现有增量型σ-δ adc无法控制复位，造成系统功耗大的问题，本发明提供了一种用于增量型σ-δ adc的自适应复位系统，其能够让调制器进行自适应复位，降低系统功耗。
5.其技术方案是这样的：一种用于增量型σ-δ adc的自适应复位系统，其包括σ-δ调制器和数字抽取滤波器，其特征在于，其还包括控制模块，所述控制模块连接计数器和选择模块，所述选择模块输出抽取率m至所述控制模块的一个输入端，所述计数器输入工作时钟和采样时钟并输出时钟周期数num至所述控制模块的另一个输入端，所述控制模块的两个输出端分别输出停止信号stop和复位信号rst，所述复位信号rst分成两路，其中一路连接所述数字抽取滤波器的输入端、另一路与所述停止信号stop连接与门的两个输入端，所述与门的输出端连接所述σ-δ调制器的控制端；系统的每个转换周期包括三个时段，第一个时间段内复位信号rst为高电平，所述σ-δ调制器和所述数字抽取滤波器接收处于复位状态，第二个时段内停止信号stop和复位信号rst均为低电平，所述σ-δ调制器量化m个时钟周期并将量化结果输出至数字抽取滤波器的处理，第三个时段停止信号stop为高电平，所述σ-δ调制器接收高电平的处于停止状态，数字抽取滤波器继续工作完成信号处理
并输出结果。
6.其进一步特征在于，所述抽取率m由所述选择模块在cont[1:0]的控制下产生。
[0007]
采用本发明后，整个adc的工作周期由控制电路产生的停止信号stop和复位信号rst控制，利用停止信号stop和复位信号rst控制σ-δ调制器实现复位、工作、停止的不同工作状态，利用复位信号rst控制数字抽取滤波器实现复位、工作的不同工作状态，让σ-δ调制器只在有效时间段工作，降低了整个adc的功耗，实现高能量效率。
附图说明
[0008]
图1为本发明系统原理图；图2为本发明工作时序图。
具体实施方式
[0009]
见图1所示，一种用于增量型σ-δ adc的自适应复位系统，其包括σ-δ调制器、数字抽取滤波器、控制模块，即对应图1中的σ-δ modulator、filter、control模块，控制模块连接计数器和选择模块，即对应图1中的counter、select模块，选择模块在cont[1:0]的控制下产生抽取率m；具体过程如下：cont[1:0]为两位抽取率选择信号，其输入结果00、01、10、11分别代表四种不同的抽取率，select模块根据该输入信号的值来确定系统的抽取率m；抽取率m输出至控制模块的一个输入端，计数器输入工作时钟clk和采样时钟clks并输出时钟周期数num至控制模块的另一个输入端，控制模块的两个输出端分别输出停止信号stop和复位信号rst，复位信号rst分成两路，其中一路连接数字抽取滤波器的输入端、另一路与停止信号stop连接与门的两个输入端，与门的输出端连接σ-δ调制器的控制端。
[0010]
工作时序如图2所示，clks上升沿之后，计数器开始计数，输出num信号，具体过程如下：每次clks上升沿开始时，复位信号rst为高电平，停止信号stop为低电平，之后当num=9，复位信号rst变为低电平，复位信号rst在转换周期开始后输出10个clk周期的高电平；当num=9+m，停止信号stop变为高电平，直至下一个clks上升沿到来，停止信号stop持续输出高电平。
[0011]
下面结合系统和工作时序，具体阐述本发明的工作原理：系统的每个转换周期包括三个时段，分别为t1、t2、t3时段，t1时段内，开始时clks有一段脉冲，之后复位信号rst输出10个clk周期的高电平，整个t1时段内停止信号stop持续输出低电平，与门输出高电平的reset信号，此时σ-δ调制器和数字抽取滤波器均处于复位状态；t2时段内，停止信号stop和复位信号rst均为低电平，σ-δ调制器和数字抽取滤波器正常工作，σ-δ调制器量化m个时钟周期并将量化结果d输出至数字抽取滤波器的处理；t3时段内，停止信号stop为高电平，复位信号rst为低电平，σ-δ调制器处于停止工作状态，数字抽取滤波器继续工作，完成信号处理并输出结果dout。
[0012]
由于σ-δ调制器在t1、t3时段被复位，没有功耗，设工作电压为v，t2时段的平均电流为i1，其工作的平均功耗为p
modulator
=i1*v*t2/(t1+t2+t3)。
[0013]
数字抽取滤波器在t1时段被复位，没有功耗，设工作电压为v ，t2、t3时段的平均电
流为i2，其工作的平均功耗为p
filter
=i2*v*(t2+t3)/(t1+t2+t3)。
[0014]
因此，整个adc的平均功耗为p
adc
=p
modulator
+p
filter
。σ-δ调制器和数字抽取滤波器均有复位时段，并且σ-δ调制器在工作m个周期之后停止，进一步的降低了整体的功耗，不能造成能量浪费。


技术特征：
1.一种用于增量型σ-δ adc的自适应复位系统，其包括σ-δ调制器和数字抽取滤波器，其特征在于，其还包括控制模块，所述控制模块连接计数器和选择模块，所述选择模块输出抽取率m至所述控制模块的一个输入端，所述计数器输入工作时钟和采样时钟并输出时钟周期数num至所述控制模块的另一个输入端，所述控制模块的两个输出端分别输出停止信号stop和复位信号rst，所述复位信号rst分成两路，其中一路连接所述数字抽取滤波器的输入端、另一路与所述停止信号stop连接与门的两个输入端，所述与门的输出端连接所述σ-δ调制器的控制端；系统的每个转换周期包括三个时段，第一个时间段内复位信号rst为高电平，所述σ-δ调制器和所述数字抽取滤波器接收处于复位状态，第二个时段内停止信号stop和复位信号rst均为低电平，所述σ-δ调制器量化m个时钟周期并将量化结果输出至数字抽取滤波器的处理，第三个时段停止信号stop为高电平，所述σ-δ调制器接收高电平的处于停止状态，数字抽取滤波器继续工作完成信号处理并输出结果。2.根据权利要求1所述的一种用于增量型σ-δ adc的自适应复位系统，其特征在于，所述抽取率m由所述选择模块在cont[1:0]的控制下产生。

技术总结
本发明涉及属于模数转换器技术领域，具体为一种用于增量型Σ-ΔADC的自适应复位系统，其能够让调制器进行自适应复位，降低系统功耗，其包括Σ-Δ调制器、数字抽取滤波器和控制模块，所述控制模块连接计数器和选择模块，所述选择模块输出抽取率M至所述控制模块的一个输入端，所述计数器输入工作时钟和采样时钟并输出时钟周期数NUM至所述控制模块的另一个输入端，所述控制模块的两个输出端分别输出停止信号STOP和复位信号RST，所述复位信号RST分成两路，其中一路连接所述数字抽取滤波器的输入端、另一路与所述停止信号STOP连接与门的两个输入端，所述与门的输出端连接所述Σ-Δ调制器的控制端。器的控制端。器的控制端。


技术研发人员：陈晓飞 焦海燕 王神亚 邹雪城
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/1