[发明专利]适用于差分结构逐次逼近型模数转换器单调式开关方法

说明书

本发明公开一种适用于差分结构逐次逼近型模数转换器单调式开关方法，应用于n位模数转换器，包括比较器和n‑1位的二进制开关电容；首先实现低功耗的单调电容开关方法，再结合分段式的电容阵列，且使用单位电容作为桥接电容，通过缩小电容阵列，减小芯片面积、单次充放电时的能耗以及充放电时间，降低模数转换器的开关功耗，提高模数转换器速度，有效地降低了成本。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计领域，更具体地，涉及一种适用于差分结构逐次逼近型模数转换器单调式开关方法。

背景技术

以4位差分逐次逼近型模数转换器为例，传统的差分结构逐次逼近型模数转换器的电容阵列切换方法如图1所示。其中C为单位电容，V_P为差分信号正输入端电压，V_N差为分信号负输入端电压。V_REF是外部引入的参考电压，GND为地端，V_DACP为比较器正输入端电压，V_DACN为比较器负输入端电压。在图1中，采样阶段所有电容上极板均接输入共模电压V_CM，下极板接差分输入信号V_P，V_N。

采样结束后，断开电容上极板与共模电压的连接以及电容下极板与输入信号的连接。对于原来接V_P的电容阵列，将V_REF接入电容阵列的最高位电容(MSB)的下极板，其余低位电容下极板接GND。对于原来接VN的电容阵列，将GND接入电容阵列的最高位电容(MSB)上极板，其余低位电容下极板接V_REF。

开始第一轮比较，如果V_DACP小于V_DACN，则输出数字码1，电容接法不改变。如果V_DACP大于V_DACN，则输出数字码0，同时V_DACP端最高位电容下极板从V_REF切换至GND，V_DACN最高位电容下极板从GND切换至V_REF。接着V_DACP端次高位(MSB-1)电容下极板接V_REF，V_DACN端次高位电容下极板接GND。开始第二轮比较，根据第二次比较结果得出的V_DACP与V_DACN的大小，重复与第一轮相同的设置电容的方式以决定下一轮的电容阵列连接设置，反复上述步骤直至设置到最低位电容(LSB)，至此我们能获得相应需求位数的数字码。对于n位的模数转换器，我们通过上述n次比较和设置电容阵列的过程，可以获得最终的n位输出数字码。如图1所示的每步转换过程中开关消耗的能量，采用传统结构开关方法的模数转换器，其开关时序控制下的波形转换如图2所示。完成转换过程产生的功耗可以表示为：

其中，n为模数转换器的位数，C为电容阵列的单位电容大小，V_REF为模数转换器的参考电平，在传统开关时序控制下的逐次逼近波形如图2所示。可以看出在传统的开关时序控制下，二进制的电容会导致模数转换器位数要求较大时，电容过大，且需要多次充放电大电容，因而功耗因此也较大。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种适用于差分结构逐次逼近型模数转换器单调式开关方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种适用于差分结构逐次逼近型模数转换器单调式开关方法，应用于n位模数转换器，包括比较器和n-1位的二进制开关电容；首先实现低功耗的单调电容开关方法，再结合分段式的电容阵列，且使用单位电容作为桥接电容，通过缩小电容阵列，减小芯片面积、单次充放电时的能耗以及充放电时间，降低模数转换器的开关功耗，提高模数转换器速度；其中，实现低功耗的单调电容开关方法包括以下步骤：

S1：对电路进行采样；

S2：结束电路采样；