[发明专利]一种差分输入逐次逼近型模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种差分输入逐次逼近型模数转换器，属于模数转换器领域。

背景技术

逐次逼近型模数转换器是一种中高精度、中等速率、超低功耗的模数转换器结构。对于无线传感网、便携式设备等应用来说，模数转换器被要求能够工作在低电源电压下。然而随着电源电压的降低，电路的增益受到了限制，而逐次逼近型模数转换器的结构只包括比较器、数模转换器和逐次逼近寄存器，不需要提供增益的电路。数字电路的功耗会随着工艺尺寸缩减比例(scaling-down)不断减小，而模拟电路的功耗很难随着工艺的进步而同步减小。在电容型逐次逼近型ADC在高分辨率情况下，需要使用大电容，不仅充放电功耗大，而且制作大电容浪费芯片面积，经济效益不高。

发明内容

发明目的：本发明提出一种差分输入逐次逼近型模数转换器，在同等精度的情况下，电容值减少一半。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种差分输入逐次逼近型模数转换器，其中的开关电容网络包含与输出二进制编码位数相同数量的电容对。开关电容网络包括包括连接到比较器正相输入端的同相网络，以及连接到比较器负相输入端的反相网络。所述同相网络包括第一电容至第n电容，正相开关以及第一开关至第n开关，其中n为正整数。第一电容至第n电容的一端共同连接到比较器正相输入端，另一端分别通过第一开关至第n开关，可选择的与高电平或低电平连接。正相开关将正相差分输入电压与比较器的正相输入端连接起来。所述反相网络包括受控制电路控制的负相开关，其将负相差分输入电压与比较器的负相输入端连接起来，反相网络的其它部分与同相网络相同。

有益效果：本发明中的开关电容网络包括与输出二进制编码位数相同数量的电容对，通过对开关的时序全新安排，省去了传统SAR型ADC开关电容网络中的补偿电容，因此最高位电容值减小一半，整个总电容也降低50％。随着电容的减小充放电电流也相应减少，从而降低了整体功耗。同时也减少了芯片面积，提高了经济效益。在转换过程中，比较器输入端的共模电压变化量与传统结构相比，仅为其中N为模数转换器位数，V_ref=VH-VL。

附图说明

图1为本发明一种差分输入逐次逼近型模数转换器的电路结构图；

图2为本发明一种差分输入逐次逼近型模数转换器的工作原理图；

图3为本发明一种差分输入逐次逼近型模数转换器的工作时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一个三位输出的差分输入逐次逼近型模数转换器包括控制电路、比较器和开关电容网络。其中开关电容网络包括连接到比较器正相输入端的同相网络，以及连接到比较器负相输入端的反相网络。在同相网络中，设有与输出二进制编码B1-B3位数相同数量的电容，每个电容都与二进制编码中的一位相对应，从最低位至最高位依次为第一电容C1至第三电容C3。与传统的逐次逼近型模数转换器不同，本发明中不再设置补偿电容，最小的两个电容与二进制编码最低位B1和次低位B2相对应。第一电容C1至第三电容C3的一端共同连接到比较器的正相输入端，另一端分别通过第一开关K1至第三开关K3可选择的连接高电平VH或低电平VL。第一电容C1电容值为C，其他电容的电容值为C_i＝2ⁱ²C(i=2，3)。正相差分输入电压通过正相开关Kip连接到比较器正相输入端。所有的开关均由控制电路输出的脉冲信号控制。

反相网络中，设有与输出二进制编码B1-B3位数相同数量的电容，每个电容都与二进制编码中的一位相对应，从最低位至最高位依次为第十一电容C11至第三十三电容C33。第十一电容C11至第三十三电容C33的一端共同连接到比较器的正相输入端，另一端分别通过第十一开关K11至第三十三开关K33可选择的连接高电平VH或低电平VL。第十一电容C11电容值为C，第二十二电容C22的电容值与第二电容C2相同，第三十三电容C33的电容值与第三电容C3相同。负相差分输入电压通过负相开关Kin连接到比较器负相输入端，其余结构与同相网络相同。