[发明专利]一种应用于逐次逼近模数转换器的低功耗开关方法

权利要求书

1.一种应用于逐次逼近模数转换器的节能开关方法，该方法用于的SAR ADC的全差分结构，正端电容阵列C_P和负端电容阵列C_N为镜像对应关系，所述正负端电容阵列由n＝2^m单位电容组成，n、m为正整数；该方法包括：

步骤1：将正电容阵列中的电容分裂成两个相同的电容，其中一个分裂电容归为子电容阵列C_{P_1}，另一个分裂电容归为子电容阵列C_{P_2}；正电容阵列LSB电容归为子电容阵列C_{P_1}，dummy电容归为子电容阵列C_{P_2}；

将负电容阵列中的电容分裂成两个相同的电容，其中一个分裂电容归为子电容阵列C_{N_1}，另一个分裂电容归为子电容阵列C_{N_2}；负电容阵列LSB电容归为子电容阵列C_{N_1}，dummy电容归为子电容阵列C_{N_2}；

步骤2：正电容阵列的子电容阵列C_{P_1}中所有电容的上极板相连并通过单刀双掷开关连接GND和比较器正端输入节点，其下极板与输入信号V_ip、参考电压V_REF以及GND通过单刀三掷开关连接；同理，正电容阵列的子电容阵列C_{P_2}中所有电容的上极板相连并通过单刀双掷开关连接V_REF和比较器正端输入节点，其下极板与输入信号V_ip、参考电压V_REF以及GND通过单刀三掷开关连接；

负电容阵列的子电容阵列C_{N_1}中所有电容的上极板相连并通过单刀双掷开关连接GND和比较器负端输入节点，下极板与输入信号V_in、参考电压V_REF以及GND通过单刀三掷开关连接；同理，负电容阵列的子电容阵列C_{N_2}中所有电容的上极板相连并通过单刀双掷开关连接V_REF和比较器负端输入节点，下极板与输入信号V_in、参考电压V_REF以及GND通过单刀三掷开关连接；

步骤3：在采样过程中，正电容阵列的子电容阵列C_{P_1}和C_{P_2}下极板连接输入信号V_ip，其上极板分别连接参考电压GND和V_REF；

负电容阵列的子电容阵列C_{N_1}和C_{N_2}下极板连接输入信号V_in，其上极板分别连接参考电压GND和V_REF，输入信号以电荷的形式存储在电容阵列中；

步骤4：从正电容阵列的子电容阵列C_{P_1}和C_{P_2}中分别选取一个单位电容并命名为C_P2-1和C_P2-2，这两个正端阵列单位电容的上极板连接在一起并与比较器正端输入节点连接，这两个被选取的单位电容将组成一个正端电容阵列低位模拟比较单元；

从负电容阵列的子电容阵列C_{N_1}和C_{N_2}中分别选取一个单位电容并命名为C_N2-1和C_N2-2，这两个负端阵列单位电容的上极板连接在一起并与比较器负端输入节点连接，这两个被选取的单位电容将组成一个负端电容阵列低位模拟比较单元；

步骤5：在第一次低位模拟比较过程中，比较器正端输入节点与正端低位模拟比较单元的上极板连接，比较器负端输入节点连接负端低位模拟比较单元的上极板；此时正端电容阵列C_{P_1}和C_{P_2}以及负端电容阵列C_{N_1}和C_{N_2}中的所有电容的下极板断开采样开关并接入GND；当输入信号比零大时，负端低位模拟比较单元下极板仍然接GND，则整个低位模拟比较过程中，比较器负端输入电压保持不变；

步骤6：在第二次低位模拟比较过程中，将正端低位模拟比较单元中的第一个单位电容C_P2-1下极板接V_REF；根据电荷守恒可以得出比较器正端输入有一个1/2V_REF的电压增加量，因此输入信号会和1/2V_REF进行比较；在第二次低位模拟比较结束后，正、负端低位模拟比较单元的上极板与比较器正负端输入节点断开并与正端电容阵列其余电容和负端电容阵列其余电容上极板连接，正负端低位模拟比较单元的下极板接地；此时，正负端电容阵列所有电容上极板分别与比较器正负端输入节点连接，低位模拟比较过程结束并进入整体电容阵列逐次逼近比较转换过程；

步骤7：在第一次逐次逼近比较转换过程中，根据步骤5和步骤6的两次低位模拟比较单元的比较结果先对整个电容阵列进行对应的开关操作；如果两次低位模拟比较单元结果显示输入信号大于1/2V_REF，那么负端电容阵列下极板接GND，子电容阵列C_{P_1}下极板接V_REF；再将子电容阵列C_{P_2}中的MSB电容下极板连接V_REF，根据电荷守恒可以得出比较器正端输入有一个1/4V_REF的电压增加量，则输入信号与3/4V_REF进行比较；

步骤8：在第二次逐次逼近比较转换过程中，如果输入信号大于3/4V_REF，则电容阵列C_{P_2}中的MSB电容下极板连接V_REF且C_{P_2}中的MSB－1电容下极板连接V_REF；根据电荷守恒可以得出比较器正端输入有一个1/8V_REF的电压增加量，则输入信号与7/8V_REF进行比较；

步骤9：重复步骤8，直到完成整个逐次逼近比较过程。