[发明专利]一种逐次逼近型模数转换器及模数转换方法

说明书

本发明公开了一种逐次逼近型模数转换器及模数转换方法，属于基本电子电路的技术领域。本发明中的开关电容网络包括比输出二进制编码数量少2个的电容对，通过对开关的时序全新安排、改进电容阵列最低位电容结构及在电容阵列最低位电容处引入共模电平，省去了传统逐次逼近型模数转换器开关电容网络中的补偿电容，达到了N个电容对实现分辨率为N+2位的效果，并较传统逐次逼近型模数转换器少了最高位、次高位和再次高位三个电容对，整个开关电容网络总电容也降低接近87.5%。随着电容的减小，充放电电流也相应减小，从而降低了整体功耗，并且也减少了芯片面积，提高了经济效益。

技术领域

本发明公开了一种逐次逼近型模数转换器及模数转换方法，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

逐次逼近型模数转换器是一种中高精度、中等速率、超低功耗的模数转换器。对于无线传感网、便携式设备等应用来说，模数转换器被要求能够工作在低电源电压下。然而，随着电源电压的降低，电路的增益受到了限制，而逐次逼近型模数转换器的结构只包括比较器、数模转换器和逐次逼近寄存器，不需要提供增益的电路。数字电路的功耗会随着工艺尺寸缩减比例不断减小，而模拟电路的功耗很难随着工艺的进步而同步减小。电容型逐次逼近型模数转换器在高分辨率情况下，需要使用大电容，不仅充放电功耗大，而且制作大电容浪费芯片面积，经济效益不高。

一种改进型逐次逼近型模数转换器的开关电容网络包括比输出二级制编码数量少一个的电容对，通过对开关的时序全新安排及在电容阵列最低电容处引入共模电平，省去了传统逐次逼近型模数转换器开关电容网络中的补偿电容，达到了N-1个电容对实现分辨率为N位的效果，较传统逐次逼近型模数转换器少了最高位和次高位两个电容对，整个开关电容网络总电容降低了75％。本发明旨在提出一种进一步减小电容面积并进一步提高分辨率的逐次逼近型模数转换器以兼顾逐次逼近型ADC的低功耗和高分辨率。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种逐次逼近型模数转换器及模数转换方法，以较小的电容面积实现了较高的分辨率，解决了现有逐次逼近型模数转换器难以在减小电容面积的同时提高分辨率的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种逐次逼近型模数转换器，包括比较器和开关电容网络；开关电容网络包括连接比较器正相输入端的正相电容网络和连接比较器反相输入端的反相电容网络；正相电容网络和反相电容网络分别包括比模数转换器输出的二进制编码位数N+2少2个的N个电容，每位电容非公共端可选择地连接两个参考电平，最低位电容可选择地连接三个参考电平。

其中，正相电容网络的电容公共端耦合在一起连接到比较器的正相输入端并通过正相开关连接正极性输入信号，各电容另一端分别通过开关可选择地连接低电平或高电平，最低位电容由a电容、b电容、c电容这3个电容组成，c电容的一极接比较器的正相输入端，c电容的另一极接a电容的一极和b电容的一极，a电容的另一极和b电容的另一极分别通过a开关、b开关可选择地连接低电平、高电平或共模电平，次低位电容至最高位电容通过第二电容至第N电容实现，第二电容至第N电容分别通过第二开关至第N开关可选择地连接低电平或高电平；反相电容网络的电容公共端耦合在一起连接到比较器的反相输入端并通过反相开关连接负极性输入信号各电容另一端分别通过开关可选择地连接低电平或高电平，最低位电容由a电容、b电容、c电容这3个电容组成，c电容的一极接比较器的反相输入端，c电容的另一极接a电容的一极和b电容的一极，a电容的另一极和b电容的另一极分别通过a开关、b开关可选择地连接低电平、高电平或共模电平，次低位电容至最高位电容通过第二电容至第N电容实现，第二电容至第N电容分别通过第二开关至第N开关可选择地连接低电平或高电平。

其中，正相电容网络中a电容、b电容、c电容的电容值分别为C、C、2C，其余电容的电容值为Ci＝2^i-2C，其中，i为2≤i≤N的自然数；反相电容网络中a电容、b电容、c电容的电容值分别为C、C、2C，其余电容的电容值为Ci2＝2^i-2C，其中，i为2≤i≤N的自然数。