[发明专利]一种多通道SAR-ADC电路的通道转换控制方法

说明书

本发明公开了一种多通道SAR‑ADC电路的通道转换控制方法，其包括有如下步骤：步骤S1，控制SAR‑ADC电路进入多通道采样状态；步骤S2，控制SAR‑ADC电路进入采样保持状态；步骤S3，控制SAR‑ADC电路进入全局复位状态；步骤S4，控制SAR‑ADC电路的第一通道依次进入复位状态和保持状态；步骤S5，控制SAR‑ADC电路的第一通道进入数据量化状态；步骤S6，控制SAR‑ADC电路进入全局复位状态；步骤S7，控制SAR‑ADC电路的下一通道依次进入复位状态和保持状态；步骤S8，控制SAR‑ADC电路的下一通道进入数据量化状态；重复步骤S6至步骤S8，直至将全部通道的数据量化完成。本发明可保证各通道转换时序一致，进而降低第一通道与其他通道之间的转换误差。

技术领域

本发明涉及SAR-ADC电路，尤其涉及一种多通道SAR-ADC电路的通道转换控制方法。

背景技术

模拟数字转换器(ADC)是模拟集成电路领域的常用电路模块，其功能是完成数据从模拟量到数字量的转换。逐次逼近寄存器型ADC(SAR-ADC)是采样速率低于5Msps(每秒百万次采样)的中等至高分辨率应用的常见结构。SAR-ADC的分辨率一般为8位至16位，具有低功耗、小尺寸等特点。这些特点使该类型ADC具有很宽的应用范围，例如便携/电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据/信号采集等。在特定的应用领域，比如触摸屏驱动，报点率是非常重要的性能指标，报点率决定了触摸屏的触控灵敏度，影响用户体验，而报点率取决于完成一次触摸屏的所有坐标阵列扫描所需的时间。从报点率的角度考虑，触摸控制系统理论上可以为每一个扫描通道配置一个SAR-ADC，这样所有通道并行扫描一次，即可完成全屏扫描，报点率最高。但这种方案电路占用的面积非常大，成本非常高，在实际应用中几乎没有意义。为减小电路占用的面积，降低方案成本，触摸控制系统广泛采用多个扫描通道共用一个SAR-ADC的方案，通道之间的切换采用开关控制，这种SAR-ADC的应用一般称为多输入通道SAR-ADC，也称多通道SAR-ADC。

以上触摸控制系统方案中，由于ADC的核心部分只有一个，因此每个通道的数据是串行转换的。具体来说，每个通道提供一个数据，所有数据采样一次完成，然后进行第一个通道数据转换，完成第一个数据转换后，ADC复位，然后再进行第二个通道数据转换…以此类推，直到所有通道数据转换结束。在以上转换时序中，第一个通道数据转换开始前，由于存在一个全局采样过程，其转换时序和其他数据转换时序有可能不完全相同，存在微小的差别。由于电路的非理想特性(比如开关的非理想特性、电容的ESR电阻、物理版图的寄生参数)，时序上的这些微小差别可能会导致电容上电荷的转移存在差别，从而导致在转换相同大小的电压(或其他电学参数)时，第一个通道数据转换和其他通道数据转换的输出数字结果存在差别，引入第一个通道和其他通道之间的转换误差。实验和仿真数据表明，这种误差在极端情况下会达到8～10LSB。因此，如何在不显著增加ADC的转换时间的前提下，减小多通道SAR-ADC第一个通道数据转换时序和其他通道数据转换时序的差别，从而减小由此引起的第一个通道和其他通道之间的转换误差，成为目前迫切需要解决的技术问题。

现有技术中，请参照图1，第一通道和下一通道的转换时序存在微小的差别：为了简化时序，第一通道在采保结束后即开始进行数据的量化，而下一通道在量化之前特别地进行了一次复位操作，时序存在差别的根源即在于此。其中，除了第一通道转换和下一通道转换本身包含的内容不一样之外，第一通道转换和下一通道转换之前所处的状态也不一样。第一通道转换之前是全局采保，而下一通道转换之前是全局复位。由于电路的非理想特性，这种转换时序的差别，会导致第一通道和其他通道在转换相同大小的电压时电荷的转移过程不完全一样，从而导致转换输出的数字值存在一定的差别。

综上所述，当通道个数较少(比如双通道)时，转换时序的差别带来的转换误差还不算太大，大约只有2LSB，但随着通道数量的增多，电容数量也在增加，参与电荷转移的器件数量也在增多，以上时序差别将会引起较大的转换误差。根据仿真和实验数据，当通道数量增加到6时，转换误差最大可达8LSB。对于10位分辨率ADC来说，转换精度会急剧下降，如果不修改现有的转换时序，现有的SAR-ADC电路难以进行多通道拓展。