[发明专利]一种复合结构逐次逼近模数转换器及其量化方法

权利要求书

1.一种复合结构逐次逼近模数转换器，包括数字模拟转换模块、比较模块(303)和逐次逼近逻辑模块(304)，

其特征在于，所述数字模拟转换模块包括电容权重式数字模拟转换单元(302)和串行电容式数字模拟转换单元(301)，所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的低位输出端连接所述串行电容式数字模拟转换单元(301)的输出端，其高位输出端连接所述比较模块(303)的输入端；

所述比较模块(303)将所述电容权重式数字模拟转换器单元(302)输出的电压信号与参考信号进行比较，得到的比较结果通过所述逐次逼近逻辑模块(304)转换成所述复合结构逐次逼近模数转换器的输出码；

所述逐次逼近逻辑模块(304)包括电容权重式逐次逼近逻辑单元和串行逐次逼近逻辑单元，所述电容权重式逐次逼近逻辑单元用于控制所述电容权重式数字模拟转换单元(302)中的开关，所述串行逐次逼近逻辑单元用于控制所述串行电容式数字模拟转换单元(301)中的开关。

2.根据权利要求1所述的复合结构逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述串行电容式数字模拟转换单元(301)包括第一串行电容(C₁)、第二串行电容(C₂)、第一开关(S₁)、第二开关(S₂)、第三开关(S₃)、第四开关(S₄)和第五开关(S₅)，其中第一串行电容(C₁)和第二串行电容(C₂)的电容值相等；

第一开关(S₁)接在第一串行电容(C₁)的上极板和第二串行电容(C₂)的上极板之间；

第二开关(S₂)接在第一串行电容(C₁)的上极板和高参考电压(V_T)之间；

第三开关(S₃)接在第一串行电容(C₁)的上极板和低参考电压(V_B)之间；

第四开关(S₄)的一端连接第二串行电容(C₂)的上极板，另一端作为所述串行电容式数字模拟转换单元(301)的输出端；

第五开关(S₅)接在第二串行电容(C₂)的上极板和低参考电压(V_B)之间；

第一串行电容(C₁)和第二串行电容(C₂)的下极板连接低参考电压(V_B)。

3.根据权利要求1所述的复合结构逐次逼近模数转换器，其特征在于，所述电容权重式数字模拟转换单元(302)包括高段电容阵列、低段电容阵列、耦合电容(C_S)和复位开关；

所述高段电容阵列包括多个电容，所述高段电容阵列所有电容的上极板均连接所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的高位输出端，下极板分别通过开关连接低参考电压(V_B)、高参考电压(V_T)或输入电压(V_IN)；

所述低段电容阵列包括多个电容，其中所述低段电容阵列最低位电容的上极板通过开关后连接所述低段电容阵列其余电容的上极板并连接所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的低位输出端，其下极板连接低参考电压(V_B)；所述低段电容阵列的其余电容的下极板分别通过开关后连接低参考电压(V_B)或高参考电压(V_T)；

耦合电容(C_S)接在所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的高位输出端和低位输出端之间；

所述复位开关包括高段复位开关(S_H)和低段复位开关(S_L)，所述高段复位开关(S_H)接在所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的高位输出端和高参考电压(V_T)之间，所述低段复位开关(S_L)接在所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的低位输出端和低参考电压(V_B)之间。

4.一种复合结构逐次逼近模数转换器的量化方法，其特征在于，所述复合结构逐次逼近模数转换器包括数字模拟转换模块，所述数字模拟转换模块包括电容权重式数字模拟转换单元(302)和串行电容式数字模拟转换单元(301)；

所述串行电容式数字模拟转换单元(301)包括第一串行电容(C₁)、第二串行电容(C₂)、第一开关(S₁)、第二开关(S₂)、第三开关(S₃)、第四开关(S₄)和第五开关(S₅)，其中第一串行电容(C₁)和第二串行电容(C₂)的电容值相等；

第一开关(S₁)接在第一串行电容(C₁)的上极板和第二串行电容(C₂)的上极板之间；

第二开关(S₂)接在第一串行电容(C₁)的上极板和高参考电压(V_T)之间；

第三开关(S₃)接在第一串行电容(C₁)的上极板和低参考电压(V_B)之间；

第四开关(S₄)的一端连接第二串行电容(C₂)的上极板，另一端作为所述串行电容式数字模拟转换单元(301)的输出端；

第五开关(S₅)接在第二串行电容(C₂)的上极板和低参考电压(V_B)之间；

第一串行电容(C₁)和第二串行电容(C₂)的下极板连接低参考电压(V_B)；

所述电容权重式数字模拟转换单元(302)包括高段电容阵列和低段电容阵列；

所述高段电容阵列包含M+1个量化电容，所述M+1个量化电容的上极板均连接所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的高位输出端，其下极板分别通过开关连接低参考电压(V_B)、高参考电压(V_T)或输入电压(V_IN)；

所述低段电容阵列包含L个量化电容，所述低段电容阵列最低位量化电容的上极板通过最低位量化电容上极板开关(S_T)后连接所述低段电容阵列其余量化电容的上极板并连接所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的低位输出端，其下极板连接低参考电压(V_B)；所述低段电容阵列其余量化电容的下极板分别通过开关后连接低参考电压(V_B)或高参考电压(V_T)；

复位开关包括高段复位开关(S_H)和低段复位开关(S_L)，所述高段复位开关(S_H)接在所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的高位输出端和高参考电压(V_T)之间，所述低段复位开关(S_L)接在所述电容权重式数字模拟转换单元(302)的低位输出端和低参考电压(V_B)之间；

所述复合结构逐次逼近模数转换器进行P+Q次量化，P＝M+L，Q为正整数，量化的过程包括如下步骤：

a、断开第四开关(S₄)，所述数字模拟转换模块仅包括所述电容权重式数字模拟转换单元(302)，对所述电容权重式数字模拟转换单元(302)进行量化得到所述复合结构逐次逼近模数转换器输出码的高P位；

b、闭合第四开关(S₄)，所述数字模拟转换模块包括所述电容权重式数字模拟转换单元(302)和串行电容式数字模拟转换单元(301)，对所述数字模拟转换模块依次进行低Q次量化得到所述复合结构逐次逼近模数转换器输出码的低Q位，其中第j次量化的具体步骤如下，j为正整数且P+1≤j≤P+Q：

b1、断开第一开关(S₁)、第三开关(S₃)和第四开关(S₄)，闭合第二开关(S₂)和第五开关(S₅)，将第一串行电容(C₁)的电荷预充电至C_U×(V_T-V_B)，第二串行电容(C₂)的电荷初始化至0；

b2、断开第二开关(S₂)、第三开关(S₃)、第四开关(S₄)和第五开关(S₅)，闭合第一开关(S₁)，将第一串行电容(C₁)和第二串行电容(C₂)的总电荷平均分配到第一串行电容(C₁)和第二串行电容(C₂)上；

b3、将所述电容权重式数字模拟转换单元(302)中的所有量化电容的下极板连接低参考电压(V_B)，闭合所述高段复位开关(S_H)和低段复位开关(S_L)将所述电容权重式数字模拟转换单元(302)中低段电容阵列的所有量化电容的上极板连接低参考电压(V_B)，将所述高段电容阵列的所有量化电容的上极板连接高参考电压(V_T)；

b4、j＝P+1时进行步骤b6，jP+1时进行步骤b5；

b5、从所述复合结构逐次逼近模数转换器输出码的第j-1位开始直到第P+1位为止，依次根据所述复合结构逐次逼近模数转换器输出码的第s位的数值判断是对第一串行电容(C₁)进行充电或放电，其中s为正整数，P+1≤s≤j-1，具体判断方法为：

b51、当所述复合结构逐次逼近模数转换器输出码的第s位为0时，断开第二开关(S₂)，闭合第三开关(S₃)，将第一串行电容(C₁)的电荷放电至0；当所述复合结构逐次逼近模数转换器输出码的第s位为1时，断开第三开关(S₃)，闭合第二开关(S₂)，将第一串行电容(C₁)的电荷充电至C_U×(V_T-V_B)；

b52、重复步骤b2；

b6、依次断开所述高段复位开关(S_H)、最低位量化电容上极板开关(S_T)和低段复位开关(S_L)；

b7、断开第一开关(S₁)和第五开关(S₅)，闭合第四开关(S₄)，将第二串行电容(C₂)接入所述电容权重式数字模拟转换单元(302)，得到所述电容权重式数字模拟转换器单元(302)高位输出端的输出信号；

b8、将所述电容权重式数字模拟转换器单元(302)高位输出端的输出信号与参考信号进行比较，得到所述复合结构逐次逼近模数转换器的第j位输出码。