[发明专利]一种混合型SAR-ADC电路及模数转换方法

说明书

本发明公开了一种混合型SAR‑ADC电路及模数转换方法，属于逐次逼近型模数转换器电路技术领域，包括栅压自举开关、电荷分配型数模转换器模块、电压域插值模块、时间域插值比较器模块、逻辑控制电路和冗余校正模块。本发明在传统SAR‑ADC的基础上使用时间域插值技术将比较器的数量减小至一半，降低了面积及功耗；使用额外的冗余位电容及数字校正技术使每次转换可以容忍模拟电路所带来的正负0.5LSB的失调；利用电压域插值技术实现每次转换输出4bit，每采样一次进行4次转换，最终输出12bit，极大的提升了SAR‑ADC的速率。

技术领域

本发明涉及SAR-ADC(逐次逼近型模数转换器)电路技术领域，尤其涉及一种混合型SAR-ADC电路及模数转换方法。

背景技术

随着电子信息技术的发展，数字电路系统广泛地应用在各学科领域及日常生活中。数字电路系统进行处理的信号是数字信号，然而自然界中的湿度、热量、压力、声音、光、磁等这些信号都是模拟信号。所以需要模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)将这些模拟信号转换成数字信号，以供数字电路系统进行处理。经过学术界和工业界几十年的研究，ADC的开发取得了长足的进步，速度和精度不断提高，但是随着摩尔定律的放缓，经典结构的ADC指标不断逼近当前的工艺极限。时间交织ADC采用多个单通道并行工作的方式实现系统整体速率的倍增，是突破ADC速度瓶颈的重要方向。

逐次逼近型ADC以其精度、功耗上的优势，使其成为时间交织ADC单通道架构的主流。逐次逼近型ADC以二分法的原理对采样得到的输入电压，进行逐位比较，N位分辨率需要通过N个转换周期来实现，其工作方式严重限制了转换速度。

本发明通过插值技术，一个转换周期可以产生4bit，只需要四个转换周期便可以输出12bit。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合型SAR-ADC电路架构，其中电荷分配型模数转换器模块中的两个CDAC同时对输入信号进行采样，经过电压域插值模块形成插值电压送给时间域插值比较器模块，实现了一次转换输出4bit，仅四个转换周期便可实现12bit的转换精度，大大提升了转换速度，解决了在时间交织ADC中使用传统SAR-ADC所出现的转换速度慢的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混合型SAR-ADC电路，包括栅压自举开关、电荷分配型数模转换器模块、电压域插值模块、时间域插值比较器模块、逻辑控制电路和冗余校正模块；

整个ADC对输入的模拟信号每采样一次进行四次转换，最终输出12bit二进制数字码；

采样阶段，输入信号分别接入栅压自举开关与电荷分配型模数转换器模块，并且时钟信号S1和使能信号RST为高电平，栅压自举开关将输入信号VINP、VINN进行运算后送入电荷分配型模数转换器模块，逻辑控制电路在使能信号RST的控制下将复位信号送入电荷分配型模数转换器模块，电荷分配型模数转换器模块将输入信号采样并保持；

第一次转换，时钟信号S1和使能信号RST为低电平，逻辑控制电路将初始控制码送入电荷分配型模数转换器模块，使电荷分配型模数转换器模块中两个CDAC分别对输入信号进行运算，经过运算后的输入信号送入电压域插值模块形成一系列的插值电压，时间域插值比较器模块对这一系列的插值电压进行比较，输出4bit的比较结果，实现对输入信号的第一次量化；

第二次转换，逻辑控制电路对第一次转换时间域插值比较器模块输出的4bit比较结果进行处理，之后送入电荷分配型模数转换器模块对输出信号再次进行运算，经过运算后的输入信号送入电压域插值模块形成一系列的插值电压，时间域插值比较器模块对这一系列的插值电压进行比较，输出4bit的比较结果，实现对输入信号的进一步量化；