[发明专利]混合电容翻转技术控制SAR ADC电平开关方法

权利要求书

1.一种混合电容翻转技术控制逐次逼近型模数转换器SAR ADC电平开关方法，其特征在于，采用上极板采样技术采集差分模拟输入电平，在产生最高位数码时采用电容阵列同时翻转技术，在后续转换过程中采用多电平开关技术；该方法的具体步骤包括如下：

(1)输入正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N的差分模拟电平；

(2)利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样：

(2a)闭合转换器中的采样开关；

(2b)差分电容阵列中，N位转换器需要N-1对差分电容，正端电容阵列中所有电容的上极板接模拟电平V_P，下极板接转换器的参考电平V_REF；负端电容阵列中所有电容的上极板连接模拟电平V_N，下极板接转换器的参考电平V_REF；

(2c)正端模拟电平V_P对正端电容阵列充电，负端模拟电平V_N对负端电容阵列进行充电，从而将输入的正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N分别存储在正端电容阵列和负端电容阵列中；

(3)判断输入电平V_P是否大于V_N，若是，将ADC的最高位设置为1，执行步骤(4)；否则，将ADC的最高位设置为0，执行步骤(19)；

(4)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：

正端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM；

(5)切换后的转换器中的正端电容阵列下级板连接的电平对正端电容阵列充放电，得到当前正端电容阵列电平；

(6)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(7)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(13)；

(7)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd；

(8)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(9)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(10)；否则，执行步骤(11)；

(10)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd，执行步骤(12)；

(11)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁，执行步骤(12)；

(12)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(8)；

(13)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM；

(14)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(15)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(16)；否则，执行步骤(17)；

(16)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM，执行步骤(18)；

(17)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的第二转换电平V₂，执行步骤(18)；

(18)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(14)；

(19)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：

负端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM；

(20)切换后的转换器中的负端电容阵列下级板连接的电平对负端电容阵列充放电，得到当前负端电容阵列电平；

(21)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(22)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(28)；

(22)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM；

(23)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(24)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(25)；否则，执行步骤(26)；

(25)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM，执行步骤(27)；

(26)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的第二转换电平V₂，执行步骤(27)；

(27)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(23)；

(28)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd；

(29)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(30)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(31)；否则，执行步骤(32)；

(31)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd，后执行步骤(33)；

(32)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁，后执行步骤(33)；

(33)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(29)；

(34)转换器转换过程结束；

步骤(2b)、步骤(4)、步骤(11)、步骤(13)、步骤(16)、步骤(19)、步骤(22)、步骤(25)、步骤(32)中所述的参考电平V_REF的值等于共模电平V_CM的2倍；所述的第一转换电平V₁的值等于共模电平V_CM的1.5倍；

步骤(17)、步骤(26)中所述的第二转换电平V₂的值等于共模电平V_CM的