[发明专利]一种适用于SAR ADC的自适应预测型低功耗开关方法

说明书

本发明公开了一种适用于SAR ADC的自适应预测型低功耗开关方法，方法基于的SAR ADC包括采样开关、电容阵列、比较器和数字控制逻辑，其中电容阵列包括上电容阵列和下电容阵列；输入信号通过采样开关同相端连接到上电容阵列的顶极板，输入信号通过采样开关反相端连接到下电容阵列的顶极板；上下电容阵列的顶极板分别与比较器的同相输入端、反相输入端相连；比较器的差分输出端通过数字控制逻辑后产生控制信号来控制上下电容阵列的底极板开关，使底极板连接到对应的参考电压上，且控制信号用于控制比较器的时钟。本发明能够通过数字负反馈来自适应地调节预测深度，实现开关功耗最小化。输出共模电平始终保持不变，极大地减小了比较器的设计复杂度。

技术领域

本发明涉及一种适用于SAR ADC的自适应预测型低功耗开关方法，属于SAR ADC的电容型DAC技术领域。

背景技术

SAR ADC因其绝大部分电路都由数字电路组成，并且没有运放，能量效率很高。中等精度(8-12位)、中等采样速率(1MHz)的SAR ADC被广泛地运用于生物医疗电子、可穿戴设备、可植入设备、便携式设备以及无线传感网节点等领域。SAR ADC的功耗主要来自于电容DAC、比较器和数字控制逻辑，而低速下电容DAC消耗的开关功耗占据了整体功耗的很大比例。

在已有的研究中，提出了多种开关算法来减小电容DAC的开关功耗，包括合并、分裂操作等等，但是这些算法并没有利用信号自身的特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有方法频率变化比较缓慢、SAR ADC前后两次采样值相差不大的情况，如何利用信号自身的特性来降低CDAC的开关功耗，本发明提出一种适用于SAR ADC的自适应预测型低功耗开关方法，从而减小了电容DAC的开关功耗。并且这种开关算法能够通过数字负反馈来自适应地调节预测深度，从而实现开关功耗最小化。同时在整个转换过程当中，电容DAC的输出共模电平始终保持不变，极大地减小了比较器的设计复杂度。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种适用于SAR ADC的自适应预测型低功耗开关方法，该方法基于的SAR ADC包括采样开关、电容阵列、比较器和数字控制逻辑，其中电容阵列包括完全相同的上电容阵列和下电容阵列；输入信号Vip通过采样开关同相端连接到上电容阵列的顶极板，输入信号Vin通过采样开关反相端连接到下电容阵列的顶极板；上电容阵列的顶极板与比较器同相输入端相连，下电容阵列的顶极板与比较器的反相输入端相连；比较器的差分输出端通过数字控制逻辑后产生控制信号来控制上下电容阵列的底极板开关，使上下电容阵列的底极板连接到对应的参考电压上，且控制信号用于控制比较器的时钟；所述上下电容阵列均包括一个dummy电容C_d、最低位电容C₀、最高位电容为C_N-2以及从最低位到最高位逐位按照二进制权重增加的电容；具体为：

①最低位电容C₀至最高位电容C_N-2符合二进制电容权重，其表达式为：

C_i＝2ⁱC_u，0≤i≤N-2

其中，C_u为单位电容大小；C_i代表第i位电容；

②dummy电容C_d

dummy电容C_d与最低位电容C₀的电容值相同，均为单位电容大小，即C_d＝C_u；

本方法步骤包括：对于一个差分输入信号，经过模数转换器的N次比较后，得到N位数字输出码，具体为：

步骤A、采样阶段

步骤A1，预测深度K值初始化，若N为偶数，则K＝N/2，若N为奇数，则K＝(N-1)/2；