[发明专利]一种应用于近阈值SAR ADC的二进制电容阵列及其低功耗开关方法

摘要

本发明公开了一种应用于近阈值SAR ADC的二进制电容阵列及其低功耗开关方法，通过对其核心模块DAC电容阵列的特殊构建并结合所提出的新的开关算法，能够大大降低SAR ADC转换过程中DAC部分的功耗。该算法只采用两个参考电平，适用于近阈值电压下的SAR ADC设计。通过灵活运用联合、分裂和浮置的电容开关技术，电容阵列的总面积与普通两电平电容开关技术所需要的电容阵列面积相比，减少50％。

主权项

1.一种应用于近阈值SAR ADC的二进制电容阵列，其特征在于：对N比特的SARADC，整个电容阵列分为正负两端相等的两个电容阵列，每个电容阵列包括一个最高位电容CN‑3、N‑4个高位电容、一个最低位电容Cu和一个dummy电容CD，除最高位电容CN‑3、最低位电容Cu和dummy电容CD外，其余每个高位电容均由两个相等的电容组成，并且这两个电容在数值上均等于该高位电容的次高位电容；具体为：①最高位电容CN‑3最高位电容CN‑3先分裂为两个电容C'N‑4,1和C'N‑4,2，C'N‑4,1和C'N‑4,2在数值上等于次高位电容CN‑4，即C'N‑4,1＝C'N‑4,2＝CN‑4；电容C'N‑4,1再分裂为两个电容C'N‑5,1和C'N‑5,2，同时C'N‑4,2也分裂为两个电容C'N‑5,1和C'N‑5,2，C'N‑5,1和C'N‑5,2在数值上等于第三高位电容CN‑5，即C'N‑5,1＝C'N‑5,2＝CN‑5；因此，最高位电容CN‑3的公式表达形式如下：即：②次高位电容CN‑4到第N‑3高位电容C1高位电容Ci分裂为两个电容C'i‑1,1和C'i‑1,2，C'i‑1,1和C'i‑1,2在数值上等于次高位电容Ci‑1，即C'i‑1,1＝C'i‑1,2＝Ci‑1；因此，次高位电容CN‑4到第N‑3高位电容C1的公式表达形式如下：Ci＝C'i‑1,1+C'i‑1,2，N‑4≥i≥1④最低位电容Cu和一个dummy电容CD最低位电容Cu和dummy电容CD均为单位电容，且Cu＝CD＝C0；每个电容阵列中，电容C'i‑1,1的参考电平复位状态与电容C'i‑1,2的参考电平复位状态的连接方式相反，即电容C'i‑1,1的下极板连接参考电压Vref，电容C'i‑1,2的下极板连接GND；两个电容阵列中，除最低位电容Cu和dummy电容CD外，其余电容的连接方式相同，正端的最低位电容Cu在参考电平复位状态时下极板连接参考电压Vref，正端的dummy电容CD在参考电平复位状态时下极板连接GND，负端的最低位电容Cu在参考电平复位状态时下极板连接GND，负端的dummy电容CD在参考电平复位状态时下极板连接参考电压Vref。