[发明专利]逐次逼近模数转换器及其转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及模数转换器技术领域，更确切的说涉及一种逐次逼近模数转换器及其转换方法。

背景技术

逐次逼近型模数(A/D，Analog to Digital)转换器通常包含一个电容阵列，该阵列的精度决定了逐次逼近型A/D转换器的精度。在逐次逼近型A/D转换器的实现中，会遇到三个问题：

(1)结构问题：

(a)如果电容阵列采用单段结构，需要单位电容个数为:

2Ns---(1)]]>

其中N_s为A/D转换器的精度,可见单位电容的个数随A/D转换器精度的增加呈指数增加，当N_s较大时，需要的芯片面积和功耗都非常大，通常N_s大于10时，需要进行电容失配误差修调。

(b)如果电容阵列采用传统的分段结构，需要的单位电容数可以大幅度减少，例如，N_s为偶数时分为相同的两端结构，需要的单位电容个数为:

2·2N2/2+1---(2)]]>

可见，需要的单位电容个数减少，特别是在N_s较大时，减少很明显，但是，分段结构必然引入等效电容失配误差，只要采用了分段结构，就必须要进行电容失配误差的修调，而分段结构中电容失配误差修调比单段结构中电容失配误差修调更复杂，传统的电容失配误差修调方法通常采用补偿电容阵列对电容失配误差进行补偿，当某个电容参与了电荷的加减运算时，相应的补偿电容阵列对其失配误差引起的电荷变化进行补偿，补偿电容阵列的精度必须达到1最低有效位(LSB，Least Significant Bit)以内，因此，当N_s很大时，补偿电容阵列必须采用复杂的结构来实现高的补偿精度，因此，补偿电容阵列很难实现。

而在传统结构的逐次逼近型A/D转换器中如果采用数字修调的方法，记录每个电容的实际权重，即使能够正确测量每个电容的实际权重，但是，在高位权重大于剩余所有位权重之和加1LSB时，会出现失码现象。例如，一个4bit的A/D转换器，实际权重为(9,3,2,1)，输入输出对应关系为：

可见，输出码中7和8丢失了。

因此，有必要对现有的逐次逼近A/D转换器的结构进行改进。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种逐次逼近模数转换器及其转换方法，以实现降低电路设计的复杂度，节省版图面积和功耗，且不需要辅助电容阵列、辅助开关和控制逻辑，就能精确测量电容失配误差并进行电容失配误差校正。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种逐次逼近模数转换器，其包括：带冗余位的分段多级电容阵列、比较器、权重存储电路、编码重建电路以及控制逻辑电路，其中

所述带冗余位的分段多级电容阵列，用于采集输入电压，然后在所述控制逻辑电路的控制下产生输出电压Vout+和Vout-；其包含第1级电容阵列，第2级电容阵列，…，第m级电容阵列，第1分段电容C₁，第2分段电容C₂，…，第(m-1)分段电容C_(m-1)，前(m-1)级电容阵列中每级电容阵列至少包含1个冗余位；第m级电容阵列需要的最小冗余位个数由工艺决定的电容失配的最大值决定，其中m为大于等于2的正整数；

所述比较器用于比较所述带冗余位的分段多级电容阵列的输出电压Vout+和Vout-，并输出比较结果；