[发明专利]两步非对称交替单调切换的逐次逼近型模数转换器

说明书

本发明公开了一种两步非对称交替单调切换的逐次逼近型模数转换器，本发明采用了多路复用方法，因此重新建立了电容阵列LSBs array和MSBs array之间的连接，并且在前三个决策周期中切换了较少的单位电容器。由于顶板采样和电平整体转换技术的使用，LSBs array在前两个比较周期(MSB和MSB‑1)中消耗的开关能量为零，基于多路复用方法和两步单调切换过程，可以明显地确保从MSB‑3周期直到获得LSB为止这个过程中的低开关能量。通过采用两步重置方法，可以消除下一采样阶段的重置能量，从而节省了98.3％的能量。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种两步非对称交替单调切换的逐次逼近型模数转换器。

背景技术

逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)由于其固有的低功耗特性，在无线传感器设备和高速通信标准领域中具有极大的影响力。通常与比较器和数字控制电路相比，SAR ADC的电容式数模转换器(CDAC)占总功耗的主要部分。研究人员已经为解决这个问题做出了相当大的努力，并且已经发布了几种节能开关方案。以基于Vcm-based的开关方案为参考，higher-side-reset-and-set和tri-level，VMS和hybrid将开关能量降低了37.6％，75.1％，81.3％和90.7％。在先前的工作中，DAC的每个转换步骤中消耗的能量由参考电压提供，因此，计算出的能量消耗为正。相反，国外学者Sanyal声称，通过将DAC返回的功率(即“负能量”的定义)用于开关计算中，可以在一个宽频带上进一步实现SAR ADC的高能效。但是，使用负能量的可能性存在争议，一些研究者如Xinyuan Tong怀疑这种计算方法的可靠性。

对于通用的二进制缩放的CDAC架构，值得注意的是，在SAR ADC的前几个二进制码的生成过程中，消耗的能量和需要切换的单位电容器的数量，占完整转换过程最大比重。尽管在一些文献中，功耗已得到一定程度的缓解，但在前几个转换周期中切换的单位电容器的数量不可忽略，仍然对CDAC面积开销有很大贡献。因此，不可避免地抑制了CDAC网络的设置速度，进一步限制了SAR ADC的高速转换。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的CDAC功耗高，面积大的不足，提供一种两步非对称交替单调切换的逐次逼近型模数转换器。

为了达到上述目的，本发明包括主电容阵列、比较器和逻辑控制单元，主电容阵列包括采样电容阵列MSBs array、桥接电容C_b和电容阵列LSBs array，比较器的正向输入端和反向输入端均连接采样电容阵列MSBs array，比较器的输出端连接逻辑控制单元，逻辑控制单元连接电容阵列LSBs array；

电容阵列LSBs array包括电容阵列NLSB Array和电容阵列PLSB Array，桥接电容C_b的下极板与采样电容阵列MSBs array的上极板相连接，桥接电容C_b的上极板与电容阵列LSBs array的上极板相连接，电容阵列PLSB Array的上极板连接控制开关S_p3和控制开关S_n3，控制开关S_p3和控制开关S_n3并联设置，控制开关S_p3和控制开关S_n3均连接采样电容阵列MSBs array；