[发明专利]逐次逼近型模数转换器的全差分增量采样方法

权利要求书

1.逐次逼近型模数转换器的全差分增量采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当采样控制信号SAMPLE信号为“1”时，进入采样阶段，此时采样开关闭合，电容阵列上极板跟随输入信号变化；电容阵列下极板从高位到低位根据前次量化结果D[9:1]分别接到V_DD或者GND；当D[0]为1时，P型电容阵列中的C₀接到V_CM，N型电容阵列中的C₀接到GND；当D[0]为0时，P型电容阵列中的C₀接到GND，N型电容阵列中的C₀接到V_CM；在采样结束时，电容阵列上极板电荷量表达式为：

Qp=VIP·CT-(Σi=19(D[i]·2i-1C0)·VDD+D[0]·C0·VDD2)---(3)]]>

Qn=VIN·CT-(Σi=19(D[i]‾·2i-1C0)·VDD+D[0]‾·C0·VDD2)---(4)]]>

其中C_T为单端电容阵列的和；

2)采样结束后，进入保持状态，采样开关断开，电容开关控制电容阵列下极板全部接到V_CM，此时电容阵列上极板的电荷量表达式为：

Q_p＝(V_p-V_CM)·C_T(5)

Q_n＝(V_n-V_CM)·C_T(6)

令(3)(5)和(4)(6)式分别相等，得到在采样结束时电容阵列上极板电压表达式：

Qp=VIP-(Σi=19D[i]·2i-1C0CT·VDD+D[0]·C0CT·VDD2)+VCM=VIP-VIP′+VCM---(7)]]>

Vn=VIN-(Σi=19D[i]‾·2i-1C0CT·VDD+D[0]‾·C0CT·VDD2)+VCM=VIN-VIN′+VCM---(8)]]>

由(7)(8)式相减得到差分采样得到的差值信号为：

V_p-V_n＝(V_IP-V_IN)-(V′_IP-V′_IN)(9)

其中，V_IP-V_IN为本次差分采样电压值，V′_IP-V′_IN为前次差分采样量化结果值；

3)保持相位结束后判断差分采样增量电压值的符号和大小：

如果增量电压为正，电容开关将P端C₅电容的下级板接到GND，N端C₅电容的下级板接到V_DD，此时电容阵列上极板电压差值为：

Vp-Vn=(VIP-VIN)-(VIP′-VIN′)-132VDD---(10)]]>

所述全差分增量采样方法采用全查分采样，采样信号满幅度为2V_DD，量化精度为10bit，因此一个量化台阶LSB为V_DD/512；如果比较器的比较结果为“1”，表示正的增量电压值大于1/32V_DD，即16LSB，超出了低4位的编码范围，下一步从最高位C₉电容开始转换：将C₅电容的下级板接回V_CM，P端的C₉电容的下级板接到GND，N端的C₉电容的下级板接到V_DD，比较器判断正的增量电压值是否大于1/2V_DD，如果大于1/2V_DD则P端的C₈下极板从V_CM接到GND且N端的C₈下极板从V_CM接到V_DD，判断增量电压值是否大于3/4V_DD，反之如果小于1/2V_DD则P端的C₈下极板从V_CM接到V_DD且N端的C₈下极板从V_CM接到GND，判断增量电压值是否大于1/4V_DD，后续转换原理同上直到所有位数转换完成；如果比较结果为“0”，表示正的增量电压小于1/32V_DD，直接进行下一步C₄电容的转换：将P端的C₄电容的下级板接到V_DD，N端的C₄电容的下级板接到GND，判断正的增量电压是否大于1/64V_DD，如果大于1/64V_DD则P端的C₃下极板从V_CM接到GND且N端的C₃下极板从V_CM接到V_DD，判断增量电压是否大于3/128V_DD，反之如果小于1/64V_DD则P端的C₃下极板接到V_DD且N端的C₃下极板接到GND，判断增量电压是否大于1/128V_DD，后续转换原理同上直到所有位数转换完成；

如果增量电压为负值，将P端C₅电容的下级板接到V_DD，N端C₅电容的下级板接到GND；如果比较结果为“0”，表示负的增量电压值大于1/32V_DD，下一步需要从C₉电容开始转换，如果比较结果为“1”，表示负的增量电压值小于1/32V_DD，屏蔽高4位的转换，下一步从C4电容进行转换，直到转换结束；

4)步骤3)中正的增量电压的转换编码值通过10位加法器加到前次转换的量化编码值上，得到本次差分量V_IP-V_IN的量化编码值；步骤3)中负的增量电压的转换编码值通过10位加法器从前次转换的量化编码值中减去，得到本次差分量V_IP-V_IN的量化编码值；

5)待所有的转换步骤完成，本次转换结束，逐次逼近型模数转换器进入到待机状态，等待下一个SAMPLE信号高电平的到来，进行下一次的采样转换；

电容阵列的P型电容阵列和N型电容阵列完全相同，均包括10个电容C0-C9；每部分电容阵列电容大小按照2的指数次幂排列，即

C_i＝2^i-1C₀ 1≤i≤9(2)

其中C_i代表第i个电容的大小，C₀代表单位电容；电容阵列最末尾的电容C₀作为权重电容，不参与转换；

P型电容阵列的所有电容的上极板连接比较器的正输入端；N型电容阵列的所有电容的上极板连接比较器的负输入端；外部输入信号V_IP通过第一采样开关连接比较器的正输入端；外部输入信号V_IN通过第二采样开关连接比较器的负输入端；

P型电容阵列和N型电容阵列中每个电容的下级板由电容开关S_pi和S_ni控制其连接到参考电平V_DD、共模信号V_CM或GND，其中V_CM＝0.5V_DD；

Vp为比较器的正输入端电压，Vn为比较器的负输入端电压。