本發(fā)明屬于低功耗數(shù)字電路技術(shù)領(lǐng)域，具體提出一種低功耗RSSI數(shù)字ADC電路設(shè)計。

背景技術(shù)：
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無線傳感器節(jié)點之間的通信是由無線收發(fā)機實現(xiàn)的，其主要由基帶部分和射頻前端部分組成，而由射頻前端產(chǎn)生的功耗占收發(fā)機的90％以上，因此射頻前端功耗設(shè)計對傳感器節(jié)點設(shè)計非常重要。因此低功耗設(shè)計成為無線收發(fā)機射頻前端設(shè)計的一個重要研究課題。

在不同的工作環(huán)境下，射頻接收機的天線接收到的有效信號功率和干擾信號的功率是變化的。因此射頻接收機需要自動增益控制電路(AGC)對不同功率的信號放大，達到解調(diào)器量化和解調(diào)所需的最優(yōu)功率，從而獲得最低的誤碼率。自動增益控制電路主要包括四個組成部分[2]：中頻放大器(PGA)；直流失調(diào)消除電路(DCOC)；數(shù)字能量檢測(RSSI)電路：主要包括RSSI模擬模塊電路部分及對模擬輸出進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC部分；增益控制狀態(tài)機(Gain control state-machine)。數(shù)字RSSI電路作用是對中頻放大器接收到的信號的功率的大小進行感應(yīng)和判斷，并提供反饋信息來調(diào)整中頻放大器的增益，從而使中頻放大器工作在正確的增益下。

數(shù)字RSSI電路在射頻接收機中是非常常見的模塊，屬于射頻前端電路設(shè)計，由于其功耗對整體電路功耗影響很大，因此本文提出一種低功耗的RSSI數(shù)字ADC電路設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提出一種低功耗的RSSI數(shù)字ADC電路設(shè)計。

本發(fā)明采用在SAR ADC電路設(shè)計，SAR ADC電路本身具有低功耗特點，同時，由于SAR ADC不存在匹配誤差方面的問題，電路分辨率比較高，非常適合低功耗電路設(shè)計，其中對其電路功耗影響最大的是比較器模塊，其他電路模塊如采樣開關(guān)及數(shù)字控制模塊主要是開關(guān)電路，功耗很小，所以本文針對比較器電路進行了低功耗設(shè)計，選擇了動態(tài)比較器結(jié)構(gòu)，由于其在不工作時的靜態(tài)功耗為0，所以能夠大大降低電路功耗。

本發(fā)明設(shè)計的逐次比較ADC電路圖如圖1所示。采用最常見的SAR ADC結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法：電荷重分配結(jié)構(gòu)，優(yōu)點是精度高，沒有靜態(tài)偏置電流，功耗小，缺點是面積大，速度慢，對寄生電容敏感。此結(jié)構(gòu)電路完成一次數(shù)模轉(zhuǎn)換過程如下：首先，對信號進行采樣、保持，之后進行逐次比較。

本發(fā)明電路的工作原理進行具體：采樣階段，此時關(guān)閉開關(guān)sample、B7-B0，斷開關(guān)A1、C7-C0，此時電路通過下極板對輸入信號進行下極板采樣。設(shè)電路下極板電壓為ViN，電路上級板電壓為VCOM；保持階段：首先，斷開開關(guān)sample和B7，同時關(guān)閉開關(guān)A1和C7，其余關(guān)狀態(tài)保持不變；逐次比較階段，根據(jù)比較器的輸出結(jié)果，邏輯控制電路對電容陣列的開關(guān)進行逐步的調(diào)整，使電容上極板的電壓越來越接近比較器的共模電平，進而完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的ADC電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的動態(tài)比較器電路圖。

圖3為本發(fā)明的采樣開關(guān)電路圖。

圖4為本發(fā)明的邏輯控制模塊電路圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進行詳細描述。

在圖2為比較電路，由于比較器電路是SAR ADC設(shè)計中消耗功耗最多的一個模塊，所以本文設(shè)計中對 其進行了優(yōu)化設(shè)計，采用了再生反饋性比較器結(jié)構(gòu)。由于電路在不工作時，功耗為零，所以電路平均功耗較小。工作模式為當時鐘信號為低時，M14、M15導通，從而使M3、M4及其再生反饋環(huán)路M1、M2關(guān)斷，電路的輸出經(jīng)過兩級反相器整形后為高電平，此時比較器處于不工作狀態(tài)，靜態(tài)功耗為零。當時鐘信號為高時，此時M5導通，相當于電流源，比較器電路對輸入差分對上的信號差進行放大及比較，并進行輸出。

圖3為采樣開關(guān)電路，由于采用普通開關(guān)時，柵到源、漏上的電壓會隨輸入電壓大小改變，所以本文采用自舉開關(guān)設(shè)計方法。此電路能夠使柵到源、漏的電壓差在開關(guān)管導通的時候為一個和采樣電壓大小無關(guān)的常數(shù)，保證了輸入信號的線性度。具體電路工作過程如下：時鐘信號為高電平時，整個開關(guān)相當于斷開狀態(tài)，此時電路對C3進行充電，當時鐘信號為低電平時，整個開關(guān)相當于導通狀態(tài)，此時M11的柵極電位通過C3進行充電，并處于高電平狀態(tài)，此時其柵極和源極電壓差為電源電壓，這也正是自舉電路的特點，然而由于寄生電容效應(yīng)，開關(guān)M11的柵極和源極電壓差會略微低于為VDD。

圖4為邏輯控制模塊電路，本文逐次逼近邏輯控制電路是根據(jù)環(huán)形計數(shù)器原理設(shè)計的。在前兩個時鐘周期，電路進行采樣，到第三個時鐘周期時，電路采樣結(jié)束，此時進入保持模式，此時逐次比較，經(jīng)過8個時鐘周期，將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，并將其存儲于第二排觸發(fā)器中，整個過程需要10個時鐘周期。圖中第一排10個SR觸發(fā)器組成一個移位寄存器，第二排的9個SR觸發(fā)器組成一個數(shù)據(jù)寄存器，電路的輸出為D7-D0。其工作原理如下：首先，在啟動脈沖上升沿時，SRA-SRI全部被清零，時鐘CLK脈沖進入SRA-SRI移位寄存器，當?shù)谝粋€CLK脈沖作用時，移位寄存器此時置數(shù)QAQBQCQDQEQFQGQH＝011111111，由于QA為低電平，這時使SR0-SR8數(shù)據(jù)寄存器的最高位Q8置1，即Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q 1＝10000000，之后電容陣列將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為模擬電壓，這里設(shè)為V0，并將其送入動態(tài)比較器中與輸入電壓VIN比較，如果VIN＞V0，則比較器輸出為1，否則輸出為0，最后比較結(jié)果被送SR8-SR1的數(shù)據(jù)輸入端D7-D0。第二個脈沖到來后，SRA-SRI移位寄存器的QA變?yōu)?，同時數(shù)據(jù)寄存器的最高位向低位移動1位，Q7由0變1，這個跳變作為有效觸發(fā)信號加到SR8的CLK端，使第一次比較器的結(jié)果保存于Q8中，此時，由于其他SR觸發(fā)器無脈沖正跳沿，他們保持狀態(tài)不變，Q7變?yōu)?后，重復上述過程，建立新的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，輸入電壓再與此時的VI相比較，比較結(jié)果在第三個時鐘脈沖作用下保存于Q7中，如此進行下去，最后電路輸出端D7-D0得到輸入電壓VIN相應(yīng)的數(shù)字輸出量。