[发明专利]一种用于逐次逼近型模数转换器单调开关的方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路设计领域，尤其涉及一种用于逐次逼近型模数转换器单调开关的方法及电路。

背景技术

传统结构的逐次逼近型模数转换器开关过程如图1所示。图1中C是单位电容，V_INP，V_INN是差分输入信号，V_REF是参考电压，GND是地端，V_DACP是比较器正输入端，V_DACN是比较器负输入端，MSB(Most Significant Bit最高位电容)这里指最大电容。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。采样结束后，断开电容上极板与V_CM的连接，同时V_INP端MSB电容下极板接VREF，其余LSBs电容下极板接GND，而V_INN端MSB接GND，其余LSBs接V_REF。然后开始第一次比较过程。如果V_DACP小于V_DACN，则数字输出码为1，同时电容接法保持不变，反之V_DACP端MSB电容下极板从接V_REF切换为接GND，V_INN端MSB

电容下极板由接GND切换为接V_REF。接着V_DACP端MSB-1电容接V_REF，V_DACN端MSB-1电容接GND。开始第二次比较，根据比较结果确定相应的位电容保持不变还是重新切换接GND，直到LSB确定。整个过程中VDACP端电容下极板接法与VDACN端相反。图1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为数模转换器的位数；

C为数模转换器的单位电容值；

V_REF为数模转换器的参考电平。

传统结构开关时序控制的逐次逼近波形如图2所示。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

本发明提出了一种单调式开关方法，使得数模转换器的开关功耗大幅度降低，所需单位电容数量减半，并且该方法十分简单，能简化控制电路，从而使整个逐次逼近型模数转换器功耗大幅度降低。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于逐次逼近型模数转换器单调开关的方法，用于n位模数转换，包括比较器和n-1位二进制开关电容，其中：

在采样阶段，每对电容中第一个电容的上极板对差分输入信号V_INP进行采样，每对电容中第二个电容的上极板对差分输入信号V_INN进行采样，所有电容下极板均连接参考电压V_REF，使得比较器两输入端的电压分别为V_INP、V_INN；

采样结束后，电容上极板断开与相应输入信号的连接，开始第一次比较，其中V_DACP＝V_INP，V_DACN＝V_INN，i＝1：

当V_DACP大于V_DACN时，比较器输出数字码为D(1)＝1，同时V_DACN端MSB电容下极板由V_REF切换到地端GND，其余所有电容接法保持不变，此时V_DACP＝V_DACP-V_REF/2；

当V_DACP小于V_DACN时，比较器输出数字码为D(1)＝0，同时V_DACP端MSB电容下极板由V_REF切换到地端GND，其余所有电容接法保持不变，此时V_DACN＝V_DACN-V_REF/2；

MSB确定后，继续进行后续比较转换，以上述方式中每一次比较转换只有一个电容下极板状态发生变化，其余电容保持不变，一直进行此单调变化，直至确定LSB；

对于n位模数转换器，采用上述开关时序，其转换过程中平均开关功耗符合公式：

其中：n为数模转换器的位数；