本发明公开了一种有效降低功耗的多位模数转换器，涉及半导体集成电路，针对现有技术中的转换器依赖电阻而造成功耗大延时大的问题提出本方案。温度计码生成模块利用不同尺寸的MOS管调节对应反相器阈值电压，将输入的模拟信号转换成温度计码并输入至反码生成模块；反码生成模块用于根据输入的温度计码对代码转换电路分别输出相同的温度计码及其反码；代码转换电路根据输入的温度计码及其反码转换成若干位的二进制码对外输出。优点在于，模拟信号到温度计码的转换不依赖于电阻完成，所有功能电路均没有静态功耗，因此可以实现更低的功耗以及更低的信号延迟。
1.一种有效降低功耗的多位模数转换器，其特征在于，包括温度计码生成模块、反码生成模块以及代码转换电路；
所述的温度计码生成模块利用不同尺寸的MOS管调节对应反相器阈值电压，将输入的模拟信号转换成温度计码并输入至反码生成模块；
所述的反码生成模块用于根据输入的温度计码对代码转换电路分别输出相同的温度计码及其反码；
所述代码转换电路根据输入的温度计码及其反码转换成若干位的二进制码对外输出；
所述的温度计码生成模块包括若干电路结构相同的温度计码单元；温度计码单元包括共漏共栅串联的第一PMOS管(P01)和第一NMOS管(N01)，第一PMOS管(P01)和第一NMOS管(N01)共栅后连接模拟信号输入端，第一PMOS管(P01)和第一NMOS管(N01)共漏后串接第一反相器(U01)再输出至反码生成模块；
所述的反码生成模块包括若干电路结构相同的反码生成单元，且反码生成单元与温度计码单元一一对应；反码生成单元接收到前端温度计码单元输入的温度计码后分出两支路：
第一支路输入第一与非门(U31)的第一输入端，第一与非门(U31)的输出端连接共漏共栅串联的第二PMOS管(P02)和第二NMOS管(N02)的栅极；第二PMOS管(P02)和第二NMOS管(N02)共漏后依次串联第二反相器(U02)和第三反相器(U03)后对代码转换电路输出与输入的温度计码相同的码值；第一与非门(U31)的输出端还依次串接第四反相器(U04)和第五反相器(U05)后连接第三NMOS管(N03)的栅极，第三NMOS管(N03)的漏极连接第二NMOS管(N02)的源极，第三NMOS管(N03)的源极接地；
第二支路经过第八反相器(U08)后输入第二与非门(U32)的第一输入端，第二与非门(U32)的输出端连接共漏共栅串联的第三PMOS管(P03)和第四NMOS管(N04)的栅极；第三PMOS管(P03)和第四NMOS管(N04)共漏后依次串联第六反相器(U06)和第七反相器(U07)后对代码转换电路输出与输入的温度计码相反的码值；第二与非门(U32)的输出端还依次串接第九反相器(U09)和第十反相器(U10)后连接第五NMOS管(N05)的栅极，第五NMOS管(N05)的漏极连接第四NMOS管(N04)的源极，第五NMOS管(N05)的源极接地；
其中第二与非门(U32)的第二输入端连接第二反相器(U02)的输出端；第一与非门(U31)的第二输入端连接第六反相器(U06)的输出端。
2.根据权利要求1所述有效降低功耗的多位模数转换器，其特征在于，温度计码生成模块包括十五个温度计码单元，反码生成模块包括十五个反码生成单元；
所述代码转换电路包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第六PMOS管(P06)和第三十NMOS管(N30)，第六PMOS管(P06)的栅极外接时钟信号，第六PMOS管(P06)漏极经过第十五反相器(U15)后对外输出二进制码的第一位码值；第六PMOS管(P06)的漏极还分别与地之间串接第十六NMOS管(N16)和第十七NMOS管(N17)、串接第十八NMOS管(N18)和第十九NMOS管(N19)、串接第二十NMOS管(N20)和第二十一NMOS管(N21)、串接第二十二NMOS管(N22)和第二十三NMOS管(N23)、串接第二十四NMOS管(N24)和第二十五NMOS管(N25)、串接第二十六NMOS管(N26)和第二十七NMOS管(N27)、串接第二十八NMOS管(N28)和第二十九NMOS管(N29)；第十六NMOS管(N16)栅极连接第一反码生成单元的正码输出端，第十八NMOS管(N18)栅极连接第三反码生成单元的正码输出端，第二十NMOS管(N20)栅极连接第五反码生成单元的正码输出端，第二十二NMOS管(N22)栅极连接第七反码生成单元的正码输出端，第二十四NMOS管(N24)栅极连接第九反码生成单元的正码输出端，第二十六NMOS管(N26)栅极连接第十一反码生成单元的正码输出端，第二十八NMOS管(N28)栅极连接第十三反码生成单元的正码输出端，第三十NMOS管(N30)栅极连接第十五反码生成单元的正码输出端；第十七NMOS管(N17)栅极连接第二反码生成单元的反码输出端，第十九NMOS管(N19)栅极连接第四反码生成单元的反码输出端，第二十一NMOS管(N21)栅极连接第六反码生成单元的反码输出端，第二十三NMOS管(N23)栅极连接第八反码生成单元的反码输出端，第二十五NMOS管(N25)栅极连接第十反码生成单元的反码输出端，第二十七NMOS管(N27)栅极连接第十二反码生成单元的反码输出端，第二十九NMOS管(N29)栅极连接第十四反码生成单元的反码输出端；
还包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第五PMOS管(P05)和第十五NMOS管(N15)，第五PMOS管(P05)的栅极外接时钟信号，第五PMOS管(P05)漏极经过第十四反相器(U14)后对外输出二进制码的第二位码值；第五PMOS管(P05)的漏极还分别与地之间串接第九NMOS管(N09)和第十NMOS管(N10)、串接第十一NMOS管(N11)和第十二NMOS管(N12)、串接第十三NMOS管(N13)和第十四NMOS管(N14)；第九NMOS管(N09)栅极连接第二反码生成单元的正码输出端，第十一NMOS管(N11)栅极连接第六反码生成单元的正码输出端，第十三NMOS管(N13)栅极连接第十反码生成单元的正码输出端，第十五NMOS管(N15)栅极连接第十四反码生成单元的正码输出端；第十NMOS管(N10)栅极连接第四反码生成单元的反码输出端，第十二NMOS管(N12)栅极连接第八反码生成单元的反码输出端，第十四NMOS管(N14)栅极连接第十二反码生成单元的反码输出端；
还包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第四PMOS管(P04)和第八NMOS管(N08)，第四PMOS管(P04)的栅极外接时钟信号，第四PMOS管(P04)漏极经过第十三反相器(U13)后对外输出二进制码的第三位码值；第四PMOS管(P04)的漏极还与地之间串接第六NMOS管(N06)和第七NMOS管(N07)；第六NMOS管(N06)栅极连接第四反码生成单元的正码输出端，第八NMOS管(N08)栅极连接第十二反码生成单元的正码输出端；第七NMOS管(N07)栅极连接第八反码生成单元的反码输出端；
还包括依次串接的第十一反相器(U11)和第十二反相器(U12)，第十一反相器(U11)输入端连接第八反码生成单元的正码输出端，第十二反相器(U12)的输出端对外输出二进制码的第四位码值。
一种有效降低功耗的多位模数转换器
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体集成电路，尤其涉及一种有效降低功耗的多位模数转换器。
背景技术
[0002] 在自然信号与数字处理单元的接口中，常常需要模拟到数字信号的转换器电路。这个电路通常分两部分组成，第一部分是把模拟信号转换成温度计码，第二部分是把温度计码转换成二进制码，转换后的二进制码可以直接作为数字处理单元的输入信号。
[0003] 常用的模拟信号到温度计码转换电路一般是由串联电阻阵列以及紧随其后的比较器组合而成，这种电路由于为了减小输入信号经过寄生电容馈通到比较器带来的误差，必须采用较小的电阻值，但是由 可知，当总电阻较小时，系统的功耗将变得较大。常用的温度计码到二进制码的转换电路通常由ROM型或者Wallace Tree型实现，而这两种方案均有较大的延时和较大的功耗。
发明内容
[0004] 本发明目的在于提供一种有效降低功耗的多位模数转换器，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005] 本发明所述有效降低功耗的多位模数转换器，包括温度计码生成模块、反码生成模块以及代码转换电路；所述的温度计码生成模块利用不同尺寸的MOS管调节对应反相器阈值电压，将输入的模拟信号转换成温度计码并输入至反码生成模块；所述的反码生成模块用于根据输入的温度计码对代码转换电路分别输出相同的温度计码及其反码；所述代码转换电路根据输入的温度计码及其反码转换成若干位的二进制码对外输出。
[0006] 所述的温度计码生成模块包括若干电路结构相同的温度计码单元；温度计码单元包括共漏共栅串联的第一PMOS管和第一NMOS管，第一PMOS管和第一NMOS管共栅后连接模拟信号输入端，第一PMOS管和第一NMOS管共漏后串接第一反相器再输出至反码生成模块。
[0007] 所述的反码生成模块包括若干电路结构相同的反码生成单元，且反码生成单元与温度计码单元一一对应；反码生成单元接收到前端温度计码单元输入的温度计码后分出两支路：
[0008] 第一支路输入第一与非门的第一输入端，第一与非门的输出端连接共漏共栅串联的第二PMOS管和第二NMOS管的栅极；第二PMOS管和第二NMOS管共漏后依次串联第二反相器和第三反相器后对代码转换电路输出与输入的温度计码相同的码值；第一与非门的输出端还依次串接第四反相器和第五反相器后连接第三NMOS管的栅极，第三NMOS管的漏极连接第二NMOS管的源极，第三NMOS管的源极接地；
[0009] 第二支路经过第八反相器后输入第二与非门的第一输入端，第二与非门的输出端连接共漏共栅串联的第三PMOS管和第四NMOS管的栅极；第三PMOS管和第四NMOS管共漏后依次串联第六反相器和第七反相器后对代码转换电路输出与输入的温度计码相反的码值；第二与非门的输出端还依次串接第九反相器和第十反相器后连接第五NMOS管的栅极，第五NMOS管的漏极连接第四NMOS管的源极，第五NMOS管的源极接地；
[0010] 其中第二与非门的第二输入端连接第二反相器的输出端；第一与非门的第二输入端连接第六反相器的输出端。
[0011] 温度计码生成模块包括十五个温度计码单元，反码生成模块包括十五个反码生成单元；
[0012] 所述代码转换电路包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第六PMOS管和第三十NMOS管，第六PMOS管的栅极外接时钟信号，第六PMOS管漏极经过第十五反相器后对外输出二进制码的第一位码值；第六PMOS管的漏极还分别与地之间串接第十六NMOS管和第十七NMOS管、串接第十八NMOS管和第十九NMOS管、串接第二十NMOS管和第二十一NMOS管、串接第二十二NMOS管和第二十三NMOS管、串接第二十四NMOS管和第二十五NMOS管、串接第二十六NMOS管和第二十七NMOS管、串接第二十八NMOS管和第二十九NMOS管；第十六NMOS管栅极连接第一反码生成单元的正码输出端，第十八NMOS管栅极连接第三反码生成单元的正码输出端，第二十NMOS管栅极连接第五反码生成单元的正码输出端，第二十二NMOS管栅极连接第七反码生成单元的正码输出端，第二十四NMOS管栅极连接第九反码生成单元的正码输出端，第二十六NMOS管栅极连接第十一反码生成单元的正码输出端，第二十八NMOS管栅极连接第十三反码生成单元的正码输出端，第三十NMOS管栅极连接第十五反码生成单元的正码输出端；第十七NMOS管栅极连接第二反码生成单元的反码输出端，第十九NMOS管栅极连接第四反码生成单元的反码输出端，第二十一NMOS管栅极连接第六反码生成单元的反码输出端，第二十三NMOS管栅极连接第八反码生成单元的反码输出端，第二十五NMOS管栅极连接第十反码生成单元的反码输出端，第二十七NMOS管栅极连接第十二反码生成单元的反码输出端，第二十九NMOS管栅极连接第十四反码生成单元的反码输出端；
[0013] 还包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第五PMOS管和第十五NMOS管，第五PMOS管的栅极外接时钟信号，第五PMOS管漏极经过第十四反相器后对外输出二进制码的第二位码值；第五PMOS管的漏极还分别与地之间串接第九NMOS管和第十NMOS管、串接第十一NMOS管和第十二NMOS管、串接第十三NMOS管和第十四NMOS管；第九NMOS管栅极连接第二反码生成单元的正码输出端，第十一NMOS管栅极连接第六反码生成单元的正码输出端，第十三NMOS管栅极连接第十反码生成单元的正码输出端，第十五NMOS管栅极连接第十四反码生成单元的正码输出端；第十NMOS管栅极连接第四反码生成单元的反码输出端，第十二NMOS管栅极连接第八反码生成单元的反码输出端，第十四NMOS管栅极连接第十二反码生成单元的反码输出端；
[0014] 还包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第四PMOS管和第八NMOS管，第四PMOS管的栅极外接时钟信号，第四PMOS管漏极经过第十三反相器后对外输出二进制码的第三位码值；第四PMOS管的漏极还与地之间串接第六NMOS管和第七NMOS管；第六NMOS管栅极连接第四反码生成单元的正码输出端，第八NMOS管栅极连接第十二反码生成单元的正码输出端；第七NMOS管栅极连接第八反码生成单元的反码输出端；
[0015] 还包括依次串接的第十一反相器和第十二反相器，第十一反相器输入端连接第八反码生成单元的正码输出端，第十二反相器的输出端对外输出二进制码的第四位码值。
[0016] 本发明所述有效降低功耗的多位模数转换器，其优点在于，模拟信号到温度计码的转换不依赖于电阻完成，所有功能电路均没有静态功耗，因此可以实现更低的功耗以及更低的信号延迟。同时利用反码生成单元的特殊构造，实现温度计码与其反码交叠时间仅为0.2纳秒，基本接近完全零交叠状态。有效地减少了转换过程中的竞争‑冒险现象，从而提高转换器的线性度以及降低误码率。
附图说明
[0017] 图1是本发明所述多位模数转换器的结构示意图；
[0018] 图2是本发明所述温度计码单元的电路原理图；
[0019] 图3是本发明所述反码生成单元的电路原理图；
[0020] 图4是本发明所述代码转换电路的原理图。
[0021] 附图标记：
[0022] TMCC01至TMCC15是第一温度计码单元至第十五温度计码单元；
[0023] G01至G15是第一反码生成单元至第十五反码生成单元；
[0024] I01至115是温度计码的第一至第十五位码值；
[0025] I01’至I15’是温度计码的第一至第十五位码值的对应反码；
[0026] P01至P06是第一PMOS管至第六PMOS管；
[0027] N01至N30是第一NMOS管至第三十NMOS管；
[0028] U01至U15是第一反相器至第十五反相器；U31是第一与非门，U32是第二与非门。
具体实施方式
[0029] 如图1所示，本发明所述多位模数转换器包括温度计码生成模块、反码生成模块以及代码转换电路。所述的温度计码生成模块利用不同尺寸的MOS管调节对应反相器阈值电压，将输入的模拟信号转换成温度计码并输入至反码生成模块。所述的反码生成模块用于根据输入的温度计码对代码转换电路分别输出相同的温度计码及其反码。所述代码转换电路根据输入的温度计码及其反码转换成若干位的二进制码对外输出。温度计码生成模块包括十五个温度计码单元，反码生成模块包括十五个反码生成单元。
[0030] 如图2所示，所述的温度计码生成模块包括若干电路结构相同的温度计码单元。温度计码单元包括共漏共栅串联的第一PMOS管P01和第一NMOS管N01，第一PMOS管P01和第一NMOS管N01共栅后连接模拟信号输入端，第一PMOS管P01和第一NMOS管N01共漏后串接第一反相器U01再输出至反码生成模块。
[0031] 具体工作原理在于，调节第一PMOS管P01和第一NMOS管N01的尺寸可以获得不同的阈值电压，作为比较电平使用。当输入的模拟信号高于这个阈值电压时，输出为高电平；而当输入的模拟信号低于这个阈值电压时，则输出为低电平。
[0032] 如图3所示，所述的反码生成模块包括若干电路结构相同的反码生成单元，且反码生成单元与温度计码单元一一对应。反码生成单元接收到前端温度计码单元输入的温度计码后分出两支路：
[0033] 第一支路输入第一与非门U31的第一输入端，第一与非门U31的输出端连接共漏共栅串联的第二PMOS管P02和第二NMOS管N02的栅极。第二PMOS管P02和第二NMOS管N02共漏后依次串联第二反相器U02和第三反相器U03后对代码转换电路输出与输入的温度计码相同的码值。第一与非门U31的输出端还依次串接第四反相器U04和第五反相器U05后连接第三NMOS管N03的栅极，第三NMOS管N03的漏极连接第二NMOS管N02的源极，第三NMOS管N03的源极接地。
[0034] 第二支路经过第八反相器U08后输入第二与非门U32的第一输入端，第二与非门U32的输出端连接共漏共漏共栅串联的第三PMOS管P03和第四NMOS管N04的栅极。第三PMOS管P03和第四NMOS管N04共漏后依次串联第六反相器U06和第七反相器U07后对代码转换电路输出与输入的温度计码相反的码值。第二与非门U32的输出端还依次串接第九反相器U09和第十反相器U10后连接第五NMOS管N05的栅极，第五NMOS管N05的漏极连接第四NMOS管N04的源极，第五NMOS管N05的源极接地。
[0035] 其中第二与非门U32的第二输入端连接第二反相器U02的输出端。第一与非门U31的第二输入端连接第六反相器U06的输出端。
[0036] 温度计码单元中的第五反相器U05、第二反相器U02、第十反相器U10和第六反相器U06的引入，可以使产生的两相温度计码交叠时间降低至0.2纳秒，这有效地减少了转换过程中的竞争‑冒险现象，从而提高了转换器的线性度，同时也降低了误码率。
[0037] 如图4所示，所述代码转换电路包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第六PMOS管P06和第三十NMOS管N30，第六PMOS管P06的栅极外接时钟信号，第六PMOS管P06漏极经过第十五反相器U15后对外输出二进制码的第一位码值。第六PMOS管P06的漏极还分别与地之间串接第十六NMOS管N16和第十七NMOS管N17、串接第十八NMOS管N18和第十九NMOS管N19、串接第二十NMOS管N20和第二十一NMOS管N21、串接第二十二NMOS管N22和第二十三NMOS管N23、串接第二十四NMOS管N24和第二十五NMOS管N25、串接第二十六NMOS管N26和第二十七NMOS管N27、串接第二十八NMOS管N28和第二十九NMOS管N29。第十六NMOS管N16栅极连接第一反码生成单元的正码输出端，第十八NMOS管N18栅极连接第三反码生成单元的正码输出端，第二十NMOS管N20栅极连接第五反码生成单元的正码输出端，第二十二NMOS管N22栅极连接第七反码生成单元的正码输出端，第二十四NMOS管N24栅极连接第九反码生成单元的正码输出端，第二十六NMOS管N26栅极连接第十一反码生成单元的正码输出端，第二十八NMOS管N28栅极连接第十三反码生成单元的正码输出端，第三十NMOS管N30栅极连接第十五反码生成单元的正码输出端。第十七NMOS管N17栅极连接第二反码生成单元的反码输出端，第十九NMOS管N19栅极连接第四反码生成单元的反码输出端，第二十一NMOS管N21栅极连接第六反码生成单元的反码输出端，第二十三NMOS管N23栅极连接第八反码生成单元的反码输出端，第二十五NMOS管N25栅极连接第十反码生成单元的反码输出端，第二十七NMOS管N27栅极连接第十二反码生成单元的反码输出端，第二十九NMOS管N29栅极连接第十四反码生成单元的反码输出端。
[0038] 还包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第五PMOS管P05和第十五NMOS管N15，第五PMOS管P05的栅极外接时钟信号，第五PMOS管P05漏极经过第十四反相器U14后对外输出二进制码的第二位码值。第五PMOS管P05的漏极还分别与地之间串接第九NMOS管N09和第十NMOS管N10、串接第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12、串接第十三NMOS管N13和第十四NMOS管N14。第九NMOS管N09栅极连接第二反码生成单元的正码输出端，第十一NMOS管N11栅极连接第六反码生成单元的正码输出端，第十三NMOS管N13栅极连接第十反码生成单元的正码输出端，第十五NMOS管N15栅极连接第十四反码生成单元的正码输出端。第十NMOS管N10栅极连接第四反码生成单元的反码输出端，第十二NMOS管N12栅极连接第八反码生成单元的反码输出端，第十四NMOS管N14栅极连接第十二反码生成单元的反码输出端。
[0039] 还包括依次串接在电源与地之间的共漏串联的第四PMOS管P04和第八NMOS管N08，第四PMOS管P04的栅极外接时钟信号，第四PMOS管P04漏极经过第十三反相器U13后对外输出二进制码的第三位码值。第四PMOS管P04的漏极还与地之间串接第六NMOS管N06和第七NMOS管N07。第六NMOS管N06栅极连接第四反码生成单元的正码输出端，第八NMOS管N08栅极连接第十二反码生成单元的正码输出端。第七NMOS管N07栅极连接第八反码生成单元的反码输出端。
[0040] 还包括依次串接的第十一反相器U11和第十二反相器U12，第十一反相器U11输入端连接第八反码生成单元的正码输出端，第十二反相器U12的输出端对外输出二进制码的第四位码值。
[0041] 代码转换电路结构简单，易于设计。每个二进制码输出位仅由不多于一个的PMOS管构成，再用并列的NMOS管构成组合逻辑电路，实现多输入的与或非逻辑。由温度计码到二进制码转换的真值表可得，所输出四位代码的表达式为：
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 本领域技术人员根据上述四组式子，即可获得图4所示伪CMOS型的代码转换电路。
[0047] 如下表所示，本发明给出一组温度计码单元的第一PMOS管P01和第一NMOS管N01具体尺寸取值实例：
[0048]
[0049] 本发明多位模数转换器可单独作为模拟数字转换器使用，其中采样信号用代码转换电路的时钟信号CLK控制。不仅适用在低速数据转换器中，还适用于高速数据转换器中，如用于雷达接收机的信号处理模块中。
[0050] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
