一种用于模数转换器的高精度三电平开关方法及电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数模混合集成电路设计领域，尤其涉及一种用于逐次逼近型模数转换 器的高精度三电平开关方法及电路。
【背景技术】
[0002] 传统结构的逐次逼近型模数转换器开关过程如图1所示。图1中C是单位电容， VINP，VINN是差分输入信号，VKEF是参考电压，GND是地端，VDACP是比较器正输入端，V_是比较 器负输入端，MSB(MostSignificantBit最高位电容）这里指最大电容。图1中，采样阶 段所有电容上极板均接输入共模电压VeM，下极板接差分输入信号。采样结束后，断开电容 上极板与VCM的连接，同时VINP端MSB电容下极板接VREF，其余LSBs电容下极板接GND，而 VINN端MSB接GND，其余LSBs接VKEF。然后开始第一次比较过程。如果VDAeP小于VDAeN，则数 字输出码为1，同时电容接法保持不变，反之VDAeP端MSB电容下极板从接VKEF切换为接GND， V厕端MSB
[0003]电容下极板由接GND切换为接VKEF。接着VDACP端MSB-1电容接VKEF，V_端MSB-1 电容接GND。开始第二次比较，根据比较结果确定相应的位电容保持不变还是重新切换接 GND，直到LSB确定。整个过程中VDACP端电容下极板接法与VDACN端相反。图1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 生的功耗可以表示为：
[0004]
【主权项】
1. 一种用于模数转换器的高精度三电平开关方法，用于n位模数转换，其特征在于，包 括比较器和n-2位二进制开关电容，其中： 在采样阶段，每位电容中第一个电容的上极板对差分输入信号Vinp进行采样，每位电容 中第二个电容的上极板对差分输入信号Vinn进行采样，所有电容下极板均接共模电压VeM， 使得比较器两输入端的电压分别为VINP、Vinn; 采样结束后，电容上极板断开与相应输入信号的连接，开始第一次比较： 当Vdacp大于VDAC：N时，比较器输出数字码为1，同时VDACP端MSB电容下极板由VCM切换到 地端GND，Vdacm端MSB电容下极板由VeM切换到VKEF，其余所有电容接法保持不变； 当Vdacp小于VDAC：N时，比较器输出数字码为0,同时VDAC：N端MSB电容下极板由VCM切换到 地端GND，Vdact端MSB电容下极板由VeM切换到VKEF，其余所有电容接法保持不变； MSB确定后，继续进行后续比较转换，以上述方式一直操作，直至确定LSB。
2. 根据权利要求1所述的用于模数转换器的高精度三电平开关方法，其特征在于，从 采样到第一次比较之间的转换没有能量消耗。
3. -种用于模数转换器的高精度三电平开关电路，用于n位模数转换，其特征在于，包 括比较器和n-2位二进制开关电容，所述的每位电容中第一个电容的上极板分别连接比较 器的正相输入端和差分输入信号端VINP，所述的每位电容中第二个电容的上极板分别连接 比较器的反相输入端和差分输入信号端Vinn，所述的每位电容的下极板可选择的连接共模 电压Vcm、参考电压Vkef或地端GND中的一种。
4. 根据权利要求3所述的用于模数转换器的高精度三电平开关电路，其特征在于，所 述的n-2位二进制开关电容中，参考电容为单位电容C，第一位电容的大小皆为C，第二至第 n-2位电容的大小为Ci=i为2彡i彡n-2的自然数。
5. 根据权利要求3所述的用于模数转换器的高精度三电平开关电路，其特征在于，当 所述Vdacp大于V_时，比较器输出数字码为1，同时VDACP端MSB电容下极板由VCM切换到地 端GND，Vdacm端MSB电容下极板由VeM切换到VKEF，其余所有电容接法保持不变。
6. 根据权利要求3所述的用于模数转换器的高精度三电平开关电路，其特征在于，当 所述Vdacp小于V_时，比较器输出数字码为0,同时V_端MSB电容下极板由VCM切换到地 端GND，Vdact端MSB电容下极板由VeM切换到VKEF，其余所有电容接法保持不变。
7. 根据权利要求3所述的用于模数转换器的高精度三电平开关电路，其特征在于，采 样结束时，所述的每位电容中第一个电容的上极板与差分输入信号端Vinp断开，所述的每位 电容中第二个电容的上极板与差分输入信号端Vinn断开。
【专利摘要】本发明是一种用于模数转换器的高精度三电平开关方法及电路，用于n位模数转换，包括比较器和n-2位二进制开关电容，所述的每位电容中第一个电容的上极板分别连接比较器的正相输入端和差分输入信号端VINP，所述的每位电容中第二个电容的上极板分别连接比较器的反相输入端和差分输入信号端VINN，所述的每位电容的下极板可选择的连接共模电压VCM、参考电压VREF或地端GND中的一种。采用本发明提出的高精度三电平开关方法，使得数模转换器的开关功耗大幅度降低，所需单位电容数量减少4倍，并且比较器输入为几乎恒定的共模电平，比较器输入失调将降低。
【IPC分类】H03M1-38
【公开号】CN104734717
【申请号】CN201510010279
【发明人】王浩, 刘寅
【申请人】吴江圣博瑞信息科技有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月6日