[发明专利]逐次逼近型模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及模数转换器领域，尤其涉及一种逐次逼近型模数转换器。

背景技术

模数转换器作为连接模拟系统和数字处理系统的桥梁，其低功耗设计显得尤为重要。逐次逼近型模数转换器由于其结构简单、面积小、功耗利用率高而广泛应用于各种低功耗限能系统中。

逐次逼近型模数转换器主要由D/A转换器、比较器和逐次逼近寄存器组成，其中D/A转换器一般为电容式结构。由于现有工艺的限制，D/A转换器中单位电容取值一般较大。而单位电容越大就会导致模数转换过程中所消耗的能量越大，从而增加了逐次逼近型模数转换器的整体功耗。

请参考图1A-1C，传统的三位逐次逼近型模数转换器的开关过程如图1所示。所述三位逐次逼近型模数转换器的D/A转换器包括四组二进制电容，图1中C1-C8代表二进制权重电容，即有C1=2C2=4C3=4C4、C5=2C6=4C7=4C8，C3、C4、C7、C8是单位电容，而C1、C2、C5、C6均是由相应个数的单位电容构成，也就是说电容C1、C2、C5、C6所包括的单位电容的个数的比例应该是4:2:4:2。如此，N位逐次逼近型模数转换器中电容所包括的单位电容的个数比例为2^N-1:2^N-2:…4:2:1:1。VP及VN代表差分输入信号，V_REF代表高电平电压，V_CM代表共模电压，GND代表低电平电压，且V_REF与V_CM满足以下公式：V_CM=V_REF/2。

图1A-1C中，采样阶段所有电容C1-C8的上极板均接共模电压V_CM，电容C1-C4的下极板接差分输入信号VP，电容C5-C8的下极板接差分输入信号VN。采样结束后，断开电容C1-C8的上极板与共模电压V_CM的连接，电容C1的下极板以及电容C6-C8的下极板接高电平电压V_REF，电容C2-C4的下极板以及电容C5的下极板接低电平电压GND，之后开始第一次比较过程。如果差分输入信号VP大于差分输入信号VN，则模数转换器的数字输出码为“1”，同时电容C1-C8的接法保持不变；反之如果差分输入信号VP小于差分输入信号VN，则模数转换器的数字输出码为“0”，电容C1的下极板更换为与低电平电压GND相连，电容C5的下极板更换为与高电平电压V_REF相连，接着电容C2的下极板更换为与高电平电压V_REF相连，电容C6的下极板更换为与低电平电压GND相连，随后开始第二次比较，并根据比较结果确定相应的电容是保持不变还是切换连接低电平电压GND或高电平电压V_REF，直到LSB确定。其中，整个过程中电容C1-C4的下极板接法分别与电容C5-C8的下极板的接法相反，即若电容C1的下极板连接低电平电压GND，则电容C5的下极板则连接高电平电压V_REF，若电容C3的下极板连接高电平电压V_REF，则电容C7的下极板则连接低电平电压GND。

图1A-1C中也示意了每步转换过程中开关消耗的能量。采用传统结构和开关时序的模数转换器，完成转换产生的功耗可以表示为：

其中：N为模数转换器的位数，C为D/A转换器的单位电容值，V_REF模数转换器的电源电压高电平。

请参考图2，其为图1A-1C中三位逐次逼近型模数转换器的开关时序控制的逐次逼近波形图。可见，传统结构开关时序存在的问题是：需要较多的电容，产生较大功耗。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种逐次逼近型模数转换器，避免了较大的电容面积，同时减小开关过程中产生的功耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种逐次逼近型模数转换器，用于N位模数转换，包括N-1对二进制电容，其中：

采样阶段：每对电容的下极板均接共模电压，每对电容中的第一电容的上极板通过采样电路对第一差分输入信号进行采样，每对电容中的第二电容的上极板通过采样电路对第二差分输入信号进行采样；