逐次逼近型模数转换器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种逐次逼近型模数转换器，用于N位模数转换，包括N-1对二进制电容，其中：采样阶段：每对电容中的第一电容的上极板通过采样电路对第一差分输入信号进行采样，每对电容中的第二电容的上极板通过采样电路对第二差分输入信号进行采样；第一次比较阶段：电容的上极板断开与第一、第二差分输入信号的连接，第一差分输入信号与第二差分输入信号进行比较并对应改变电容的接法；后续比较阶段：第一差分输入信号与第二差分输入信号进行比较并对应改变电容的接法。上述逐次逼近型模数转换器避免了较大的电容面积，且同时减小开关过程中产生的功耗。
【专利说明】逐次逼近型模数转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及模数转换器领域，尤其涉及一种逐次逼近型模数转换器。
【背景技术】
[0002]模数转换器作为连接模拟系统和数字处理系统的桥梁，其低功耗设计显得尤为重要。逐次逼近型模数转换器由于其结构简单、面积小、功耗利用率高而广泛应用于各种低功耗限能系统中。
[0003]逐次逼近型模数转换器主要由D/A转换器、比较器和逐次逼近寄存器组成，其中D/A转换器一般为电容式结构。由于现有工艺的限制，D/A转换器中单位电容取值一般较大。而单位电容越大就会导致模数转换过程中所消耗的能量越大，从而增加了逐次逼近型模数转换器的整体功耗。
[0004]请参考图1A-1C，传统的三位逐次逼近型模数转换器的开关过程如图1所示。所述三位逐次逼近型模数转换器的D/A转换器包括四组二进制电容，图1中C1-C8代表二进制权重电容，即有 C1=2C2=4C3=4C4、C5=2C6=4C7=4C8，C3、C4、C7、C8 是单位电容，而 Cl、C2、C5、C6均是由相应个数的单位电容构成，也就是说电容Cl、C2、C5、C6所包括的单位电容的个数的比例应该是4:2:4:2。如此，N位逐次逼近型模数转换器中电容所包括的单位电容的个数比例为2^:2^:-4:2:1:1.VP及VN代表差分输入信号，Vkef代表高电平电压，Vcm代表共模电压，GND代表低电平电压，且Vkef与Vqi满足以下公式=Vqi=Vkef/^
[0005]图1A-1C中，采样阶段所有电容C1-C8的上极板均接共模电压VeM，电容C1-C4的下极板接差分输入信号VP,电容C5-C8的下极板接差分输入信号VN。米样结束后,断开电容C1-C8的上极板与共模电压Vqi的连接，电容Cl的下极板以及电容C6-C8的下极板接高电平电压VKEF，电容C2-C4的下极板以及电容C5的下极板接低电平电压GND，之后开始第一次比较过程。如果差分输入信号VP大于差分输入信号VN，则模数转换器的数字输出码为“1”，同时电容C1-C8的接法保持不变；反之如果差分输入信号VP小于差分输入信号VN,则模数转换器的数字输出码为“0”，电容Cl的下极板更换为与低电平电压GND相连，电容C5的下极板更换为与高电平电压Vkef相连，接着电容C2的下极板更换为与高电平电压Vkef相连，电容C6的下极板更换为与低电平电压GND相连，随后开始第二次比较，并根据比较结果确定相应的电容是保持不变还是切换连接低电平电压GND或高电平电压Vkef，直到LSB确定。其中，整个过程中电容C1-C4的下极板接法分别与电容C5-C8的下极板的接法相反，即若电容Cl的下极板连接低电平电压GND，则电容C5的下极板则连接高电平电压Vkef，若电容C3的下极板连接高电平电压VKEF，则电容C7的下极板则连接低电平电压GND。
[0006]图1A-1C中也示意了每步转换过程中开关消耗的能量。采用传统结构和开关时序
的模数转换器，完成转换产生的功耗可以表不为:
[0007]
【权利要求】
1.一种逐次逼近型模数转换器，用于N位模数转换，其特征在于:包括N-1对二进制电容，其中: 采样阶段:每对电容的下极板均接共模电压，每对电容中的第一电容的上极板通过采样电路对第一差分输入信号进行采样，每对电容中的第二电容的上极板通过采样电路对第二差分输入信号进行采样； 初次比较阶段中:电容的上极板断开与第一、第二差分输入信号的连接，当第一差分输入信号小于第二差分输入信号时，每对电容中的第一电容的下极板由接共模电压切换为接高电平电压，每对电容中的第二电容的接法不变，当第一差分输入信号大于第二差分输入信号时，每对电容中的第一电容的接法不变，每对电容中的第二电容的下极板由接共模电压切换为接高电平电压； 后续比较过程中:如果第一差分输入信号大于第二差分输入信号且第一次比较阶段中第一差分输入信号小于第二差分输入信号，则每对电容中的第一电容的下极板切换为接共模电压，每对电容中的第二电容接法不变；如果第一差分输入信号大于第二差分输入信号且第一次比较阶段中第一差分输入信号大于第二差分输入信号，则每对电容中第一电容的下极板切换为接低电平电压，每对电容中第二电容接法不变；如果第一差分输入信号小于第二差分输入信号且第一次比较阶段中第一差分输入信号大于第二差分输入信号，则每对电容中第二电容的下极板切换为接共模电压，每对电容中第一电容的接法不变；如果第一差分输入信号小于第二差分输入信号且第一次比较阶段中第一差分输入信号小于第二差分输入信号，则每对电容中第二电容的下极板切换为接低电平电压，每对电容中第一电容的接法不变。
2.如权利要求 1所述的逐次逼近型模数转换器，其特征在于:所述共模电压与高电平电压之间满足以下公式Wqi=VkefA其中Vqi为共模电压，Veef为高电平电压。
3.如权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器，其特征在于:所述第一次和第二次开关过程不消耗能量，第i次开关阶段中消耗的能量为2AW—3CP^f，其中C为电容的电容值，Vkef为高电平电压。
4.如权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器，其特征在于:所述逐次逼近型模数转换器的平均开关功耗符合公式:
【文档编号】H03M1/38GK103840829SQ201210487041
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】朱樟明, 肖余 申请人:昆山启达微电子有限公司, 西安电子科技大学昆山创新研究院