[发明专利]一种逐次逼近型模数转换器结构及其低功耗开关方法

摘要

本发明公开了一种逐次逼近型模数转换器结构及其低功耗开关方法，相比于传统的全底板采样技术，最高位电容底板采样技术仅需一对栅压自举采样开关，提高了逐次逼近型模数转换器精度的同时，节省了开关面积及其功耗。采用本发明提供的开关方法，在开关切换过程中，前两位的产生不消耗能量，另外，仅使用共模电压作为基准电压，大大减小了开关切换过程中的动态能耗。本发明将冗余位电容纳入电容阵列数模转换器的转换当中，极大减小了电容总面积，进一步降低开关切换能耗。本发明适用于高精度低功耗逐次逼近型模数转换器，具有很好的经济效益。

主权项

1.一种采用最高位电容底板采样技术的逐次逼近型模数转换器结构，其特征在于：包括栅压自举采样开关、电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近控制逻辑，栅压自举采样开关包括同相端栅压自举采样开关和反相端栅压自举采样开关，电容阵列数模转换器包括同相端电容阵列和反相端电容阵列；同相端电容阵列通过同相端栅压自举采样开关接入同相输入信号Vip，反相端电容阵列通过反相端栅压自举采样开关接入反相输入信号Vin，同相端电容阵列与比较器的同相输入端连接，反相端电容阵列与比较器的反相输入端连接，比较器的输出端与逐次逼近控制逻辑的输入端连接，逐次逼近控制逻辑的输出端输出控制信号，通过控制信号对同相端电容阵列和反相端电容阵列的开关进行控制；对于精度为N位的逐次逼近型模数转换器结构：所述同相端电容阵列包括同相端最高位权重电容组、同相端中间位权重电容组和同相端终端冗余位电容组，将同相端中间位权重电容组分别称为同相端第i＝2，3，…，N‑2位权重电容组；同相端最高位权重电容组由2N‑3个并联的单位电容构成，同相端第i位权重电容组由2N‑2‑i个并联的单位电容构成，同相端终端冗余位电容组由四个单位电容构成，将四个单位电容分别称为第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，第三电容的上极板和第四电容的上极板相接后作为同相端终端冗余位电容组的上极板，第三电容的下极板和第四电容的下极板相接后同时连接第一电容的上极板和第二电容的上极板，第一电容的下极板和第二电容的下极板分别作为同相端终端冗余位电容组的第一下极板和第二下极板；同相端最高位权重电容组的上极板、同相端中间位权重电容组的上极板和同相端终端冗余位电容组的上极板与比较器的同相输入端连接后通过开关接入共模电压Vcm，同相端最高位权重电容组的下极板通过开关选择接入同相输入信号Vip、共模电压Vcm或地GND，同相端第i位权重电容组的下极板通过开关选择接入共模电压Vcm或地GND，同相端终端冗余位电容组的第一下极板通过开关选择接入共模电压Vcm或地GND，同相端终端冗余位电容组的第二下极板接地GND；其中，连接同相端最高位权重电容组的下极板与同相输入信号Vip的开关为同相端栅压自举采样开关；所述反相端电容阵列包括反相端最高位权重电容组、反相端中间位权重电容组和反相端终端冗余位电容组，将反相端中间位权重电容组分别称为反相端第i＝2，3，…，N‑2位权重电容组；反相端最高位权重电容组由2N‑3个并联的单位电容构成，反相端第i位权重电容组由2N‑2‑i个并联的单位电容构成，反相端终端冗余位电容组由四个单位电容构成，将四个单位电容分别称为第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，第三电容的上极板和第四电容的上极板相接后作为反相端终端冗余位电容组的上极板，第三电容的下极板和第四电容的下极板相接后同时连接第一电容的上极板和第二电容的上极板，第一电容的下极板和第二电容的下极板分别作为反相端终端冗余位电容组的第一下极板和第二下极板；反相端最高位权重电容组的上极板、反相端中间位权重电容组的上极板和反相端终端冗余位电容组的上极板与比较器的反相输入端连接后通过开关接入共模电压Vcm，反相端最高位权重电容组的下极板通过开关选择接入反相输入信号Vin、共模电压Vcm或地GND，反相端第i位权重电容组的下极板通过开关选择接入共模电压Vcm或地GND，反相端终端冗余位电容组的第一下极板通过开关选择接入共模电压Vcm或地GND，反相端终端冗余位电容组的第二下极板接地GND；其中，连接反相端最高位权重电容组的下极板与反相输入信号Vin的开关为反相端栅压自举采样开关。