效物界 定。
【主权项】
1. 一种逐次逼近型模数转换器，其特征在于：包括多参考生成电路、电容阵列数模转 换器、比较器和逐次逼近控制逻辑，所述电容阵列数模转换器包括与比较器的同相输入端 相连的同相端电容阵列和与比较器的反相输入端相连的反相端电容阵列； 所述多参考生成电路用于输入参考电压Vref而生成共模电压Vcm、四分之一参考电压Vref/4和四分之三参考电压3Vref/4 ; 所述同相端电容阵列和反相端电容阵列分别包括比逐次逼近型模数转换器输出的二 进制编码位数N少3位的N-3位电容，每个电容的非公共端通过开关选择连接多参考生成 电路的输出端； 所述比较器的输出端与逐次逼近控制逻辑的输入端连接，所述逐次逼近控制逻辑的输 出端分别与同相端电容阵列和反相端电容阵列的开关控制端连接。2. 根据权利要求1所述的一种逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述多参考生成 电路包括第一开关和八个等阻值电阻，所述八个等阻值电阻为依次串联的第一电阻、第二 电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一电阻通过 第一开关接地，所述第八电阻直接接地； 所述第四电阻和第五电阻连接的节点与参考电压Vref相连，所述第六电阻和第七电 阻连接的节点生成共模电压Vcm，所述第一电阻和第二电阻连接的节点生成四分之一参考 电压Vref/4,所述第三电阻和第四电阻连接的节点生成四分之三参考电压3Vref/4。3. 根据权利要求1所述的一种逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述同相端电容 阵列包括并联连接的同相端第一位权重电容子阵列、同相端第i_3位权重电容子阵列和同 相端终端电容；所述反相端电容阵列包括并联连接的反相端第一位权重电容子阵列、反相 端第i_3位权重电容子阵列和反相端终端电容； 所述同相端第一位权重电容子阵列和反相端第一位权重电容子阵列均包括2N4个并联 的单位电容，其中N为大于4的自然数；所述同相端第i-3位权重电容子阵列和反相端第 i-3位权重电容子阵列均包括2N1个并联的单位电容，其中i为5 <i<N的自然数；所述 同相端终端电容和反相端终端电容均为一个单位电容； 所述同相端第一位权重电容子阵列、同相端第i_3位权重电容子阵列和同相端终端电 容中每个电容的公共端耦合在一起与比较器的同相端连接并通过正相开关连接输入信号 Vip;所述反相端第一位权重电容子阵列、反相端第i_3位权重电容子阵列和反相端终端电 容中每个电容的公共端耦合在一起与比较器的反相端连接并通过反相开关连接输入信号 Vin； 所述同相端第一位权重电容子阵列、同相端第i-3位权重电容子阵列、反相端第一位 权重电容子阵列和反相端第i-3位权重电容子阵列中每个电容的非公共端通过开关选择 连接参考电压Vref、共模电压Vcm或接地； 所述同相端终端电容和反相端终端电容的非公共端通过开关选择连接参考电压Vref、 共模电压Vcm、四分之一参考电压Vref/4或四分之三参考电压3Vref/4。4. 根据权利要求1所述的一种逐次逼近型模数转换器的模数转换时开关切换方法，其 特征在于，包括以下步骤： 1)米样阶段； 采用N-3位电容对构成的电容阵列数模转换器，通过N次比较实现精度为N位的逐次 逼近型模数转换器的模数转换；将同相端电容阵列的正相开关和反相端电容阵列的反相开 关闭合，使得同相端电容阵列中每个电容的公共端接输入信号Vip、使得反相端电容阵列中 每个电容的公共端接输入信号Vin; 将同相端第一位权重电容子阵列和反相端第一位权重电容子阵列中每个电容的非公 共端均通过开关选择接地，将同相端第i-3位权重电容子阵列和反相端第i-3位权重电容 子阵列中每个电容的非公共端、以及同相端终端电容和反相端终端电容的非公共端均通过 开关选择连接共模电压Vcm，模拟输入信号经过电容阵列数模转换器得到保持信号； 2)比较阶段； 2-1)第一次比较： 通过比较器对同相输入端和反相输入端的保持信号直接进行比较，并输出第一次比较 结果B(N); 2-2)第二次比较： 根据第一次比较结果B(N)进行开关切换； 若B(N) = 1，将反相端第一位权重电容子阵列中电容的非公共端通过开关选择连接到 共模电压Vcm，将反相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公共端和反相端终端电容的 非公共端均通过开关选择连接到参考电压Vref; 若B(N) = 0,将同相端第一位权重电容子阵列中电容的非公共端通过开关选择连接到 共模电压Vcm，将同相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公共端和同相端终端电容的 非公共端均通过开关选择连接到参考电压Vref; 电容阵列数模转换器开始进行电荷重分配，当电荷重分配完成后，比较器对同相输入 端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第二次比较结果B(N-I); 2-3)第三次比较： 根据第一次比较结果B(N)和第二次比较结果B(N-I)进行开关切换； 若B(N)B(N-I) = 11，将反相端第一位权重电容子阵列中电容的非公共端通过开关选 择连接到参考电压Vref; 若B(N)B(N-I) = 10,反相端第一位权重电容子阵列中电容的非公共端连接共模电压Vcm保持不变，将反相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公共端和反相端终端电容的 非公共端均通过开关选择连接到共模电压Vcm; 若B(N)B(N-I) = 01，同相端第一位权重电容子阵列中电容的非公共端连接共模电压Vcm保持不变，将同相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公共端和同相端终端电容的 非公共端均通过开关选择连接到共模电压Vcm; 若B(N)B(N-I) = 00,将同相端第一位权重电容子阵列中电容的非公共端通过开关选 择连接到参考电压Vref; 电容阵列数模转换器开始进行电荷重分配，当电荷重分配完成后，比较器对同相输入 端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第三次比较结果B(N-2); 2-4)依次进行第四次至第i-2次比较，通过第i-2次比较输出第i-2次比较结果B(N-i+3)，接着第i-Ι次比较，i为5 <i<N的自然数； 根据第一次比较结果B(N)、第二次比较结果B(N-I)、……和第i-2次比较结果B(N-i+3)进行开关切换； 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 11…I，将同相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接地； 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 11…0,将反相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接共模电压Vcm; 若B(N)B(N-I)"·Β(N-i+3) = 10…1，将同相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接地； 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 10…0,将反相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接地； 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 01…1，将同相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接地； 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 01…0,将反相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接地； 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 00…1，将同相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接共模电压Vcm; 若B(N)B(N-I)…B(N-i+3) = 00…0,将反相端第i-3位权重电容子阵列中电容的非公 共端均通过开关选择接地； 电容阵列数模转换器开始进行电荷重分配，当电荷重分配完成后，比较器对同相输入 端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第i-Ι次比较结果B(i-1)，i为5 <i<N的自 然数； 2-5)依次进行第i次至第N-I次比较，通过N-I次比较输出第N-I次比较结果B(2)， 接着第N次比较，N为大于4的自然数； 根据第N-I次比较结果B(2)进行开关切换； 若B(2) = 1，将同相端终端电容的非公共端通过开关相应地由共模电压Vcm切换为四 分之一参考电压Vref/4或由参考电压Vref切换为四分之三参考电压3Vref/4 ; 若B(2) =0,将反相端终端电容的非公共端通过开关相应地由参考电压Vref切换为四 分之三参考电压3Vref/4或由共模电压Vcm切换为四分之一参考电压Vref/4 ; 电容阵列数模转换器开始进行电荷重分配，当电荷重分配完成后，比较器对同相输入 端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第N次比较结果B(1)。 3)获得N位二进制码，完成模数转换。5.根据权利要求4所述的一种逐次逼近型模数转换器的模数转换时开关切换方法，其 特征在于：根据以下公式计算逐次逼近型模数转换器在模数转换时开关切换的动态平均功 耗E，其中，Cu为电容阵列数模转换器的单位电容值，Vref为参考电压，N为大于4的自然 数，i为5彡i彡N的自然数。
【专利摘要】本发明公开了一种逐次逼近型模数转换器及其模数转换时开关切换方法，逐次逼近型模数转换器包括多参考生成电路、电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近控制逻辑，其中电容阵列数模转换器比逐次逼近型模数转换器输出的二进制编码位数N少3位的N-3位电容对即可，实现N-3位电容对完成分辨率为N位的优良效果，能有效减小电容阵列面积，单位电容总数量可以被减少87.5％，从而降低电路复杂性、节省制作成本和满足体积小。采用本发明提供的开关切换方法，在开关切换过程中，其前两次比较时不消耗能量，后面的每一次比较消耗的功耗都比传统结构的小，与传统结构相比，能节省开关切换时引起的平均动态功耗可达99.4％，从而降低整体功耗。
【IPC分类】H03M1/38
【公开号】CN105391451
【申请号】CN201510855497
【发明人】张文杰, 李彬, 谢亮, 金湘亮
【申请人】江苏芯力特电子科技有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月30日