[发明专利]基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器

说明书

本发明涉及一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，包括：高位电容阵列、低位电容阵列、复用单位电容组、第一开关组、第二开关组、第三开关组和比较器；其中，高位电容阵列通过第二开关组连接比较器；低位电容阵列通过复用单位电容组连接比较器；低位电容阵列通过第三开关组连接接地端(GND)；比较器通过第一开关组连接输入端。本发明提供的基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，通过高脚杯电容单元和两步式的结合，将SAR ADC的开关功耗大幅降低，并且改善了电容阵列的面积。此外，还通过高脚杯电容单元减少了参考电压的数量，使SAR ADC线性度对参考电压Vcm的稳定性的依赖彻底消除。

技术领域

逐次逼近型模数转换器(SAR ADC，successive approximation register Analogto Digital)，是在每一次转换过程中，通过遍历所有的量化值并将其转化为模拟值，将输入信号与其逐一比较，最终得到要输出的数字信号。由于逐次逼近型模数转换器的结构简单，功耗低等优点，因此，SAR ADC在可穿戴设备和医疗器械等低功耗需求领域被广泛采用。

目前，随着工艺的发展，管级电路的能耗骤减。因此，SAR ADC能耗降低的需求也越来越高。在SAR ADC中，其主要功耗来源于电容阵列采样以及开关切换。传统的基于电容阵列的逐次逼近型模数转换器，往往采用相对较大面积的电容阵列来达到所需效果。

然而，因为传统SAR ADC使用大面积的电容阵列，也就造成了其开关功耗很大，虽然近些年减小开关功耗的方案相继提出，但在提出的方案中，大多数都依赖于参考电压Vcm，若Vcm不稳定，SAR ADC的整体精度将受到很大影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，包括：高位电容阵列、低位电容阵列、复用单位电容组、第一开关组、第二开关组、第三开关组和比较器；其中，

所述高位电容阵列通过所述第二开关组连接所述比较器；

所述低位电容阵列通过所述复用单位电容组连接所述比较器；

所述低位电容阵列通过所述第三开关组连接接地端；

所述比较器通过所述第一开关组连接输入端。

在本发明的一个实施例中，所述高位电容阵列包括第一电容阵列、第二电容阵列、第一补位电容C1和第二补位电容C2；所述第二开关组包括开关Sp2和开关Sn2；其中，

所述第一电容阵列通过所述开关Sp2连接至所述比较器的正向输入端；

所述第一电容阵列与所述开关Sp2连接的节点处连接所述第一补位电容C1上级板；

所述第一补位电容C1下级板连接电源电压端；

所述第二电容阵列通过所述开关Sn2连接至所述比较器的反向输入端；

所述第二电容阵列与所述开关Sn2连接的节点处连接所述第二补位电容C2上级板；

所述第二补位电容C2下级板连接电源电压端。

在本发明的一个实施例中，所述低位电容阵列包括第三电容阵列、第四电容阵列、第一冗余电容C5和第二冗余电容C6；所述复用单位电容组包括电容C3和电容C4；其中，

所述第三电容阵列通过所述电容C3连接至所述比较器的正向输入端；

所述第三电容阵列与所述电容C3连接的节点处连接所述第一冗余电容C5的上级板；

所述第一冗余电容C5的下级板连接接地端；