[发明专利]提高逐次逼近型模数转换器参考电压稳定性的电路

说明书

本发明公开了提高逐次逼近型模数转换器参考电压稳定性的电路，包括P端DAC、N端DAC、比较器、SAR逻辑电路及参考电压产生电路，还包括参考电压补偿电路，所述参考电压补偿电路设置编码电路、补偿电容控制电路及补偿电容阵列，所述编码电路接入SAR逻辑电路的输出信号，编码电路输出的编码信号作为补偿电容控制电路的输入信号，补偿电容控制电路的输出信号作为补偿电容阵列的电容切换控制信号，参考电压产生电路与补偿电容阵列相连接；本发明利用参考电压补偿电路从参考电压产生电路所生成的参考电压中进行额外的电荷抽取进行调节，进而使得整个电路结构从参考电压中抽取的电荷基本维持恒定，从而达到提高参考电压稳定性的目的。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术等领域，具体的说，是提高逐次逼近型模数转换器参考电压稳定性的电路。

背景技术

SAR_ADC（逐次逼近型模数转换器）是ADC（模数转换器）的一种常见架构。而采用电容阵列的电荷重分布型SAR_ADC由于良好的电容匹配和较低的静态功耗而成为目前SAR_ADC的主流结构。通常，N位SAR_ADC包含一个N位的二进制电容阵列，即1C、2C、4C、…、2N-1C，其中C为单位电容，2N-1C对应于MSB（最高位），1C对应于LSB（最低位）。

在电力线检测、继电器保护、多相电机控制以及一些数据采集系统的应用中，ADC的输入通常是高压信号，例如0~10V。为了对高压信号进行采样和量化，ADC前端可以采用电阻串分压的结构，将高压信号变为0~V_REF（参考电压）的低压信号，再由后续的电路进行采样和量化。另一种方案是利用高压采样开关直接将输入信号采样到电荷重分配DAC（数模转换器）的电容上，利用采样电容与总电容的比例来等效地实现输入信号的衰减。

后一种设计方案无需让输入信号驱动阻性负载，模拟前端无静态功耗，并且通过改变采样电容的大小可以方便地调节输入信号的范围，因此在高压SAR_DAC的设计中更具有优势。

采样电容可以与量化电容合并，以减小电路的面积。由于采样电容需要参与采样和量化，因此其下极板需要有三个开关分别接高压输入信号（V_IN）、参考电压（V_REF）和参考地（REFGND），而这三个开关均必须为高压开关以实现足够的耐压；同时，在开关导通和关闭时，相互之间必须留有足够的非交叠时间。这些因素都会造成开关控制和驱动电路的复杂和开关速度的降低，不利于提高ADC的转换速度。

为了避免以上问题，采样电容可以与量化电容相独立，只在采样时接高压输入信号，采样结束后保持接参考地。而所有量化电容的下极板则只需要接参考电压和参考地，无需高压开关，从而简化开关控制和驱动电路，提高ADC的转换速度。

为了提高SAR_ADC的线性度，避免输出频谱上出现谐波，参考电压必须要足够稳定，不能随着输入信号的变化而变化。而对于上述SAR_ADC而言，在每个量化周期内，DAC电容从参考电压上抽取的电荷量都与输入信号相关。如果参考电压源被抽取的电荷量少，则参考电压趋向于增大；反之，参考电压则趋向于减小。尽管参考电压产生电路通常都有负反馈系统来将参考电压稳定在设计目标值上，但上述因素所造成的参考电压的波动通常很小，仅毫伏甚至微伏量级，负反馈电路通常无法将这样微弱的变化及时消除。对于14位或者16位的高精度SAR_DAC而言，最低位对应的电压值通常就仅有几百甚至几十微伏，因此上述参考电压的波动已经足以造成ADC性能的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供提高逐次逼近型模数转换器参考电压稳定性的电路，解决现有ASR_ADC参考电压稳定性差的不足之处，根据DAC从参考电压产生电路所生成的参考电压抽取电荷的大小，利用参考电压补偿电路从参考电压产生电路所生成的参考电压中进行额外的电荷抽取进行调节，进而使得整个电路结构从参考电压中抽取的电荷基本维持恒定，从而达到提高参考电压稳定性的目的。