[发明专利]一种面向两步式SAR ADC共用一组参考电压的实现电路及方法

权利要求书

1.一种基于面向两步式SAR ADC共用一组参考电压的实现电路的实现方法，其特征在于，面向两步式SAR ADC共用一组参考电压的实现电路包括：第一级SAR ADC、级间用于电荷共享的第一开关S2a(6)和第二开关S2b(7)、在时序上交替工作且结构完全相同的第二级SAR A和第二级SAR B；所述第一级SAR ADC包括栅压自举开关(1)、第一级开关电容阵列(2)、第一级dummy电容阵列(3)、第一级动态比较器(4)及第一级SAR控制逻辑(5)；其中，栅压自举开关(1)的输入端连接输入信号Vin，且其输出端分别连接第一级开关电容阵列(2)上极板输入端、第一级dummy电容阵列(3)上极板输入端；第一级开关电容阵列(2)上极板输出端、第一级dummy电容阵列(3)上极板输出端、第一开关S2a(6)的输入端、第二开关S2b(7)的输入端均连接第一级动态比较器(4)的正输入端；且第一级开关电容阵列(2)下极板与参考电压Vrefp1或Vcm或Vrefn1相连接，第一级dummy电容阵列(3)下极板只与参考共模电平Vcm相连接；所述第一级动态比较器(4)的负输入端接地且其输出端与第一级SAR控制逻辑(5)的输入端相连；所述第一级SAR控制逻辑(5)的输出端与第一级开关电容阵列(2)下极板相连；并且，第一开关S2a(6)的输出端连接第二级SAR A，所述第二开关S2b(7)的输出端连接第二级SAR B，所述第二级SAR A和第二级SAR B均包括第二级开关电容阵列、第二级dummy电容阵列、第二级动态比较器及第二级SAR控制逻辑；

以及，实现方法包括以下步骤：

步骤1、控制第一开关S2a(6)闭合，第二开关S2b(7)断开，输入信号被采样到第一级SARADC的第一级开关电容阵列(2)以及第一级dummy电容阵列(3)中电容的上极板以及第二级SAR A的第二级开关电容阵列和第二级dummy电容阵列中电容的上极板，采样完毕后，开始第一级转换过程，第一级动态比较器(4)对采样得到的输入信号进行第一次比较，比较得到数字高低电平输入第一级SAR控制逻辑(5)进行码值存储，同时由第一级SAR控制逻辑(5)将数字高低电平反馈到第一级开关电容阵列(2)下极板进行参考电平的切换，其中产生的余量用于在下一个第一级动态比较器的高电平时钟到来时进行比较；

步骤2、控制第一开关S2a(6)断开，第二开关S2b(7)闭合，将第一级SAR ADC中的电容上极板与第二级SAR A中的电容上极板断开，同时将第一级SAR ADC的电容上极板与第二级SAR B的第二级开关电容阵列和第二级dummy电容阵列中电容的上极板相连，进行新一轮第一级SAR ADC的采样与转换；同时在第一开关S2a(6)断开时，第二级SAR A需要量化的余量电压产生完毕；

步骤3、在第一开关S2a(6)断开后，第二级SAR A将量化其电容上极板的余量电压，包括：存在第二级SAR A的第二级开关电容阵列和第二级dummy电容阵列上的余量电压，经过第二级动态比较器进行MSB位的比较，产生MSB位的数字码；将得到的MSB位的数字码反馈到第二级SAR控制逻辑，再由第二级SAR控制逻辑将得到的比较结果反馈到第二级开关电容阵列，进行参考电平的切换，以产生新的余量，后面的低几位进行与MSB位相同的操作，直到第二级SAR A的LSB位的量化结束；

在第二级SAR A转换结束后，第一开关S2a(6)闭合，此时第二级SAR A的电容上极板与第一级SAR ADC的电容上极板相连，进行新一轮第一级的采样和转换，第一级SAR ADC新的余量电压产生完毕，在第二开关S2b(7)断开时，将第一级SAR ADC所产生新的余量输入到第二级SAR B，随后第二级SAR B开始进行低几位比特位的量化操作，直到第二级SAR B的LSB位的量化结束。

2.根据权利要求1所述基于面向两步式SAR ADC共用一组参考电压的实现电路的实现方法，其特征在于，所述步骤3还包括建立第一级开关电容阵列和第一级dummy电容阵列、第二级开关电容阵列和第二级dummy电容阵列比值相关的一个等式：

其中，Vref1是第一级SAR ADC的参考电压，Cp_c是第一级SAR ADC的第一级dummy电容值，Ctot_c是第一级SAR ADC的第一级开关电容阵列的电容值，CMSB-3是第一级SAR ADC的LSB位电容值；Vref2是第二级SAR A或第二级SAR B的参考电压，Cp_f是第二级SAR A或第二级SAR B的第二级dummy电容值，Ctot_f是第二级SAR A或第二级SAR B的第二级开关电容阵列的电容值，CMSB-4是第二级SAR A或第二级SAR B的MSB位电容值。