[发明专利]基于Split电容DAC的低功耗逐次逼近型模数转换器

说明书

一种基于Split电容DAC的低功耗逐次逼近型模数转换器，包括栅压自举开关模块、Split电容DAC、比较器模块和SAR逻辑控制模块；Split电容DAC，用来将来自SAR逻辑模块的数字码值通过电荷守恒和电容再分配转化为模拟电压值，并输出到所述比较器的两个输入端；SAR逻辑控制模块，根据比较器输出的结果将Split电容DAC中的二选一开关选通到对应的电压，以使Split电容DAC两个输出端的电压值不断接近，最终得到12位的数字输出结果。本发明具有四个C‑2C结构的Split电容DAC，具有更小的等效输出电容和总电容，大大减小了SAR ADC的功耗、版图面积并降低了对前级电路的驱动能力要求，从而有助于提升最终产品的精度并降低成本；同时，具有更简单的电路结构和更低的时钟馈通效应而提高了SAR ADC的精度。

技术领域

本发明属于模拟转换器(ADC)电路技术领域，具体而言，涉及一种基于Split 电容DAC的低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。

背景技术

ADC用于将自然界中的模拟信号转换为数字信号，是各类传感电路、信号采集电路的重要组成部分，其中，SAR ADC以其低功耗的特性广泛应用于对功耗要求较高的可穿戴设备和生物医疗电子设备中，其功耗制约着这些设备的使用寿命，其精度则限制了这些设备进行信号采集的动态范围。近年来，降低SAR ADC功耗，提高 SAR ADC精度的技术受到广泛关注。

传统的SAR ADC由采样开关、电容DAC、比较器和SAR逻辑电路组成，其电容 DAC的电容大小随ADC的精度提升而指数上升，当SAR ADC分辨率达12bit时，电容DAC的总电容大小可达数百pF，带来极大的动态功耗。另一方面，传统SAR ADC 中使用的栅压自举开关具有较大的时钟馈通，同时动态比较器在工作过程中产生极大的回踢噪声，大大降低了SAR ADC最后几位比较结果的准确性，进而降低了SAR ADC 的精度。针对这些问题，目前还没有论文提出过有针对性的解决办法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种低功耗、高精度的SAR ADC，使用四个C-2C结构的电容组成Split电容DAC，降低电容DAC的总电容大小，使用改良的栅压自举型开关降低时钟馈通效应的影响，使用静态二级比较器来降低比较器的回踢噪声。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于Split电容DAC的低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征点在于，包括栅压自举开关模块、Split电容DAC、比较器模块和SAR逻辑控制模块；所述的栅压自举开关模块包括第一栅压自举型开关和第二栅压自举型开关，所述第一栅压自举型开关输入端与VIP输入信号端相连，所述第二栅压自举型开关输入端与VIN输入信号端相连；所述的栅压自举开关模块的输出端与所述Split电容DAC的输出端以及比较器模块的输入端相连，所述SAR逻辑控制模块分别与所述Split电容DAC 的输入端以及比较器模块的输出端相连；

所述栅压自举开关模块，用来控制VIN输入信号和VIP输入信号的传输；

所述Split电容DAC，用来将来自SAR逻辑模块的数字码值通过电荷守恒和电容再分配转化为模拟电压值，并输出到所述比较器的两个输入端；

所述比较器模块，用来比较所述VIN采样信号和所述VIP采样信号的电压，并输出比较结果；

所述SAR逻辑控制模块，根据比较器输出的结果将Split电容DAC中的二选一开关选通到对应的电压，以使Split电容DAC两个输出端的电压值不断接近，最终得到12位的数字输出结果。