[发明专利]应用于流水线—逐次逼近模拟数字转换器的两级结构

摘要

一种流水线—逐次逼近模拟数字转换器的新型两级结构，其包括第一级逐次逼近模拟数字转化器与第二级逐次逼近模拟数字转换器，所述第一级逐次逼近模拟数字转化器包括第一DAC电容阵列、第一电容底极板电平切换控制器、第一比较器，所述第二级逐次逼近模拟数字转换器包括第二DAC电容阵列、第二电容底极板电平切换控制器、第三电容底极板电平切换控制器、第二比较器；相较于传统技术，本发明消除了运算放大器的有限带宽和有限增益对整个电路精度、速度和功耗得限制；同时改进型MCS开关策略不需要额外的建立时间，同时减小电容开关在频繁切换过程中的功耗，本发明与已经存在的MCS技术相比较，总电容缩小一倍，整个电容底极板的电平切换平均功耗降低80.585％。

主权项

1.一种应用于流水线—逐次逼近模拟数字转换器的两级结构，其特征在于，包括第一级逐次逼近模拟数字转化器与第二级逐次逼近模拟数字转换器，所述第一级逐次逼近模拟数字转化器包括第一DAC电容阵列、第一电容底极板电平切换控制器、第一比较器，所述第二级逐次逼近模拟数字转换器包括第二DAC电容阵列、第二电容底极板电平切换控制器、第三电容底极板电平切换控制器、第二比较器；所述第一DAC电容阵列为5位精度二进制权重的电容阵列，所述第二DAC电容阵列为11位精度二进制权重的带冗余位校准的电容阵列，所述第一DAC电容阵列、第二DAC电容阵列同时采样，采样的输入信号以电荷的形式存储在两电容阵列的顶极板上，采样结束后所述第一比较器在第一比较控制信号的控制下开始依次对所述第一级逐次逼近模拟数字转化器的各位进行量化，所述第一电容底极板电平切换控制器、第二电容底极板电平切换控制器分别根据第一比较器的量化结果控制第一DAC电容阵列、第二DAC电容阵列的高5位的电容阵列底极板的电平切换；所述第二比较器在第二比较控制信号的控制下开始第二级逐次逼近模拟数字转换器低6位的量化过程，所述第三电容底极板电平切换控制器根据所述第二比较器的量化结果控制所述第二DAC电容阵列的低6位电容阵列底极板电平切换；所述第一电容底极板电平切换控制器、第三电容底极板电平切换控制器通过改进型的MCS算法对电容底极板电平进行控制，所述第二电容底极板电平切换控制器通过改进型的DAS算法对第二电容高5位电容阵列底极板电平进行控制；所述第一DAC电容阵列总电容为16C，从最高位到最低位的电容分别为与第一比较器正端与负端连接的4C、2C、C、C；所述第二DAC电容阵列总电容为512C，从最高位到最低位的电容分别为与第二比较器正端与负端连接的128C、64C、32C、16C、8C、4C、4C、2C、C、C；所述第二电容底极板电平切换控制器对所述第二DAC电容阵列底极板电容的电平切换过程为：当所述第一级逐次逼近模拟数字转化器的最高位量化结果为1时，连接第二比较器正端的高5位电容阵列底极板的切换方向为由VCM切换到0，连接第二比较器负端的高5位电容阵列底极板的切换方向为VCM切换到VREF；所述第一级逐次逼近模拟数字转化器的第二位/第三位/第四位/第五位量化结果为1时，连接第二比较器正端与负端的128C/64C/32C/16C电容底极板电平按照第一级逐次逼近模拟数字转化器的最高位量化结果决定的切换方向切换；所述第一级逐次逼近模拟数字转化器的第二位/第三位/第四位/第五位量化结果为0时，连接第二比较器两端的128C/64C/32C/16C电容保持VCM；当第一级逐次逼近模拟数字转化器的最高位量化结果为0时，连接第二级比较器正端的高5位电容阵列的切换方向为由VCM切换到VREF，连接第二级比较器负端的高5位电容阵列的切换方向为VCM切换到0；所述第一DAC电容阵列的第二位/第三位/第四位/第五位量化结果为0时，连接所述第二比较器正端与负端的128C/64C/32C/16C电容底极板电平由VCM朝着第一级逐次逼近模拟数字转化器的最高位量化结果决定的切换方向进行切换；当第二位/第三位/第四位/第五位量化结果为1，连接第二级比较器两端的128C/64C/32C/16C电容就保持连接VCM；第二DAC电容阵列的8C电容的控制过程为：第一级逐次逼近模拟数字转化器最高位量化结果为1时，第二比较器正端的8C电容底极板由VCM切换到0，第二比较器负端的8C电容底极板由VCM切换到VREF；第一级逐次逼近模拟数字转化器最高位量化结果为0时，所述第二比较器正端的8C电容底极板由VCM切换到VREF，第二级连接比较器负端的8C电容底极板由VCM切换到0。