[发明专利]高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法

摘要

本发明公开了高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法，模数转换器包括电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近开关控制器，本发明提出的模数转换方法在第1、2次比较电容阵列不消耗能量，第3次至第(N+2)/2次比较中，参与转换的电容总电容值为2i+1个单位电容C，其中，i为1≤i≤(N‑2)/2的自然数，第(N+4)/2次至第N次比较中，参与转换的电容总电容值为2j个单位电容C，j为1≤j≤(N‑2)/2的自然数，每次比较电容阵列消耗的能量均比传统结构消耗的能量小，能够有效减小电容阵列的平均开关功耗；而且本发明相比传统结构，能有效减少面积。本发明可广泛应用于集成电路领域。

主权项

高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器，其特征在于：包括电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近开关控制器，所述电容阵列数模转换器的输出端与比较器的输入端连接，所述比较器的输出端与逐次逼近开关控制器的输入端连接，所述逐次逼近开关控制器的输出端与电容阵列数模转换器的开关控制端连接；所述电容阵列数模转换器包括同相电容阵列和反相电容阵列，所述同相电容阵列的输出端连接至比较器的同相输入端，所述反相电容阵列的输出端连接至比较器的反相输入端；所述同相电容阵列包括同相主电容阵列和同相从电容阵列，所述同相主电容阵列的输入端通过开关连接至同相信号输入端，所述同相主电容阵列的输出端连接至比较器的同相输入端，所述同相从电容阵列的输出端通过开关连接至比较器的同相输入端，所述同相主电容阵列与同相从电容阵列相连接；所述同相主电容阵列包括N/2个同相主电容单元，所述同相从电容阵列包括N/2个同相从电容单元，所述N/2个同相主电容单元中的第1个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的下极板均连接至比较器的同相输入端，第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个同相主电容单元的上极板和第2个同相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述N/2个同相从电容单元中的第1个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的同相输入端，第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个同相从电容单元的上极板和第2个同相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板分别通过开关与第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板连接，其中N表示模数转换器位数；所述反相电容阵列包括反相主电容阵列和反相从电容阵列，所述反相主电容阵列的输入端通过开关连接至反相信号输入端，所述反相主电容阵列的输出端连接至比较器的反相输入端，所述反相从电容阵列的输出端通过开关连接至比较器的反相输入端，所述反相主电容阵列与反相从电容阵列相连接；所述反相主电容阵列包括N/2个反相主电容单元，所述反相从电容阵列包括N/2个反相从电容单元，所述N/2个反相主电容单元中的第1个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的下极板均连接至比较器的反相输入端，第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个反相主电容单元的上极板和第2个反相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述N/2个反相从电容单元中的第1个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的反相输入端，第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个反相从电容单元的上极板和第2个反相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的上极板分别通过开关与第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的上极板连接，其中N表示模数转换器位数。