本發(fā)明涉及觸控，特別涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器、觸控芯片及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)是在對(duì)光、電、磁等模擬信號(hào)進(jìn)行處理分析及應(yīng)用時(shí)常常會(huì)使用到的電路，其可以將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其制約著整個(gè)信號(hào)處理過(guò)程中的性能。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，對(duì)adc的性能有不同的要求。其中，適用于觸控芯片的adc通常是一個(gè)具有中高精度(大約12bit)、中等速度(大約1msps)、功耗低且面積小的逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(sar?adc)。

2、請(qǐng)參考圖1，傳統(tǒng)的sar?adc主要包括電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換電路cdac、比較器comp和逐次逼近寄存器邏輯電路sar?logic，其中cdac將模擬輸入信號(hào)vin轉(zhuǎn)換為殘差電壓vp，并把殘差電壓vp送到比較器comp進(jìn)行比較，比較器comp的比較結(jié)果送給sar?logic，sar?logic根據(jù)比較器comp的輸出，得出相應(yīng)精度(bit)的量化結(jié)果，以此迭代。

3、然而現(xiàn)有的sar?adc中容易產(chǎn)生比較器comp的噪聲和cdac中的電容陣列的失配，因此導(dǎo)致sar?adc的轉(zhuǎn)換精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一目的在于提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲整形的功能，提高saradc轉(zhuǎn)換精度。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種觸控芯片及電子設(shè)備，其通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，提高性能。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、比較器、逐次逼近寄存器邏輯電路和殘差采樣求和電路，其中：

4、所述逐次逼近寄存器邏輯電路耦接所述比較器的輸出端以及所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的控制端，所述逐次逼近寄存器邏輯電路用于根據(jù)所述比較器每次的比較結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的量化數(shù)字信號(hào)；

5、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端耦接所述比較器的第一輸入端，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于接收公共參考電壓信號(hào)和當(dāng)前的模擬輸入信號(hào)，并在所述逐次逼近寄存器邏輯電路每次輸出的所述量化數(shù)字信號(hào)的控制下，基于所述模擬輸入信號(hào)和所述公共參考電壓生成相應(yīng)的殘差電壓；

6、所述殘差采樣求和電路的輸入端耦接所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端，輸出端耦接所述比較器的第二輸入端，所述殘差采樣求和電路用于采樣所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路每次輸出的殘差電壓，以得到相應(yīng)的殘差，并將前一次采樣得到的殘差和所述公共參考電壓進(jìn)行求和后提供給所述比較器；

7、所述比較器用于比較所述殘差采樣求和電路的當(dāng)前次輸出和所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的當(dāng)前次輸出，以得到當(dāng)前次的比較結(jié)果。

8、可選地，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為電容型數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，且包括多個(gè)電容器和多個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)耦合到相應(yīng)的電容器上，所述開關(guān)在所述量化數(shù)字信號(hào)的控制下進(jìn)行開合。

9、可選地，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中的所述多個(gè)電容器的電容值呈二進(jìn)制比例關(guān)系。

10、可選地，所述殘差采樣求和電路包括分別耦接在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端和所述比較器的第二輸入端之間的兩個(gè)支路，且在一所述支路對(duì)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的殘差電壓采樣時(shí)，另一所述支路將上一次采樣得到的殘差和所述公共參考電壓求和。

11、可選地，每個(gè)所述支路包括第一至第四開關(guān)和采樣電容，其中，第一開關(guān)的一端均耦接所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端和所述比較器的第一輸入端，所述第一開關(guān)的另一端耦接所述采樣電容的一端和第二開關(guān)的一端，所述采樣電容的另一端耦接第三開關(guān)的一端和第四開關(guān)的一端，所述第四開關(guān)的另一端耦接復(fù)位開關(guān)的一端和所述比較器的第二輸入端，所述復(fù)位開關(guān)的另一端、所述第二開關(guān)的另一端和所述第三開關(guān)的另一端均接入公共參考電壓，所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)同步開合，所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)同步開合，且所述第一開關(guān)打開時(shí)，所述第二開關(guān)閉合。

12、可選地，當(dāng)一所述支路中的所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)的控制端耦接第一時(shí)鐘信號(hào)，且所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)的控制端耦接第二時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，另一所述支路中的所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)的控制端耦接所述第二時(shí)鐘信號(hào)，所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)的控制端耦接所述第一時(shí)鐘信號(hào)；其中，所述第一時(shí)鐘信號(hào)和所述第二時(shí)鐘信號(hào)為基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘產(chǎn)生的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)。

13、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種觸控芯片，其包括：

14、電荷放大器，用于觸摸屏上的觸摸信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；

15、可編程增益放大器，用于將所述電荷放大器產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行放大，輸出為模擬輸入信號(hào)；

16、以及如本發(fā)明所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為量化的數(shù)字信號(hào)。

17、可選地，所述的觸控芯片還包括數(shù)字濾波器，輸入端耦接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，所述數(shù)字濾波器用于濾除所述量化數(shù)字信號(hào)中的高頻成分。

18、可選地，所述的觸控芯片還包括充放電電路，耦接觸摸屏相應(yīng)的感測(cè)通道和所述電荷放大器，并用于對(duì)所述感測(cè)通道充電或放電，以將所述感測(cè)通道上的觸摸信號(hào)轉(zhuǎn)換為感測(cè)電壓或感測(cè)電荷提供給所述電荷放大器。

19、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，其包括觸摸屏和如本發(fā)明所述的觸控芯片，所述觸摸屏具有若干感測(cè)通道，所述觸控芯片與每個(gè)所述感測(cè)通道均耦接。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下有益效果之一：

21、1、在現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc中加入殘差采樣和求和電路后，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc量化的是當(dāng)前的輸入減去上一次量化結(jié)果的殘差，且在殘差求和過(guò)程中不存在嚴(yán)重殘差衰減，可近似地實(shí)現(xiàn)一階噪聲整形的效果，提高了adc轉(zhuǎn)換精度。

22、2、進(jìn)一步結(jié)合過(guò)采樣技術(shù)可以高效地提高adc的轉(zhuǎn)換精度，例如，當(dāng)本發(fā)明的adc在單采樣方案下實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換精度為7bit時(shí)，其在過(guò)采樣方案下很容易就可以達(dá)到12bit的轉(zhuǎn)換精度。

技術(shù)特征：

1.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、比較器、逐次逼近寄存器邏輯電路和殘差采樣求和電路，其中：

2.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為電容型數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，且包括多個(gè)電容器和多個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)耦合到相應(yīng)的電容器上，所述開關(guān)在所述量化數(shù)字信號(hào)的控制下進(jìn)行開合。

3.如權(quán)利要求2所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中的所述多個(gè)電容器的電容值呈二進(jìn)制比例關(guān)系。

4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述殘差采樣求和電路包括分別耦接在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端和所述比較器的第二輸入端之間的兩個(gè)支路，且在一所述支路對(duì)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的殘差電壓采樣時(shí)，另一所述支路將上一次采樣得到的殘差和所述公共參考電壓求和。

5.如權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，每個(gè)所述支路包括第一至第四開關(guān)和采樣電容，其中，第一開關(guān)的一端均耦接所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端和所述比較器的第一輸入端，所述第一開關(guān)的另一端耦接所述采樣電容的一端和第二開關(guān)的一端，所述采樣電容的另一端耦接第三開關(guān)的一端和第四開關(guān)的一端，所述第四開關(guān)的另一端耦接復(fù)位開關(guān)的一端和所述比較器的第二輸入端，所述復(fù)位開關(guān)的另一端、所述第二開關(guān)的另一端和所述第三開關(guān)的另一端均接入公共參考電壓，所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)同步開合，所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)同步開合，且所述第一開關(guān)打開時(shí)，所述第二開關(guān)閉合。

6.如權(quán)利要求5所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)一所述支路中的所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)的控制端耦接第一時(shí)鐘信號(hào)，且所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)的控制端耦接第二時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，另一所述支路中的所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)的控制端耦接所述第二時(shí)鐘信號(hào)，所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)的控制端耦接所述第一時(shí)鐘信號(hào)；其中，所述第一時(shí)鐘信號(hào)和所述第二時(shí)鐘信號(hào)為基于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘產(chǎn)生的兩相非交疊時(shí)鐘信號(hào)。

7.一種觸控芯片，其特征在于，包括：

8.如權(quán)利要求7所述的觸控芯片，其特征在于，還包括數(shù)字濾波器，輸入端耦接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，所述數(shù)字濾波器用于濾除所述量化數(shù)字信號(hào)中的高頻成分。

9.如權(quán)利要求7所述的觸控芯片，其特征在于，還包括充放電電路，耦接觸摸屏相應(yīng)的感測(cè)通道和所述電荷放大器，并用于對(duì)所述感測(cè)通道充電或放電，以將所述感測(cè)通道上的觸摸信號(hào)轉(zhuǎn)換為感測(cè)電壓或感測(cè)電荷提供給所述電荷放大器。

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括觸摸屏和如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的觸控芯片，所述觸摸屏具有若干感測(cè)通道，所述觸控芯片與每個(gè)所述感測(cè)通道均耦接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器、觸控芯片及電子設(shè)備，在現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的比較器的輸入端加入殘差采樣和求和電路，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC量化的是當(dāng)前的輸入減去上一次量化結(jié)果的殘差，且在殘差求和過(guò)程中不存在嚴(yán)重殘差衰減，可近似地實(shí)現(xiàn)一階噪聲整形的效果，進(jìn)一步結(jié)合過(guò)采樣技術(shù)可以高效地提高ADC轉(zhuǎn)換精度，使得ADC更加簡(jiǎn)潔且速度更快。

技術(shù)研發(fā)人員：周金玲,余先銀,翁晨鈞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海思立微電子科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9