[发明专利]混合电容翻转技术控制SAR ADC电平开关方法

摘要

本发明公开了一种混合电容翻转技术控制的逐次逼近型模数转换器SARADC电平开关方法，其实现过程是：(1)采用上极板采样技术对输入信号进行采样；(2)比较器第一次比较完成后采用电容阵列同时翻转技术，切换电容阵列开关；(3)在后续转换过程中，采用多电平开关技术，根据比较结果切换电容阵列开关,直至转换完成。本发明提出的混合电容翻转技术由上极板采样技术，电容阵列同时翻转技术和多电平开关技术组成，该技术提高了转换速度，减少了差分电容阵列的电容数量，降低了转换过程需要的能量。

主权项

1.一种混合电容翻转技术控制的逐次逼近型模数转换器SAR ADC电平开关方法，其特征在于，采用上极板采样技术采集差分模拟输入电平，在产生最高位数码时采用电容阵列同时翻转技术，在后续转换过程中采用多电平开关技术；该方法的具体步骤包括如下：(1)输入正端模拟电平VP和负端模拟电平VN的差分模拟电平；(2)利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样：(2a)闭合转换器中的采样开关；(2b)差分电容阵列中，正端电容阵列中所有电容的上极板接模拟电平VP，下极板接转换器的参考电平VREF；负端电容阵列中所有电容的上极板连接模拟电平VN，下极板接转换器的参考电平VREF；(2c)正端模拟电平VP对正端电容阵列充电，负端模拟电平VN对负端电容阵列进行充电，从而将输入的正端模拟电平VP和负端模拟电平VN分别存储在正端电容阵列和负端电容阵列中；(3)判断输入电平VP是否大于VN，若是，将ADC的最高位设置为1，执行步骤(4)；否则，将ADC的最高位设置为0，执行步骤(19)；(4)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：正端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平VREF切换到转换器的共模电平VCM；(5)切换后的转换器中的正端电容阵列下级板连接的电平对正端电容阵列充放电，得到当前正端电容阵列电平；(6)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(7)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(13)；(7)切换转换器中的电容阵列开关：在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平VCM切换至转换器的零电平Gnd；(8)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；(9)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(10)；否则，执行步骤(11)；(10)切换转换器中的电容阵列开关：在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平VCM切换至转换器的零电平Gnd，执行步骤(12)；(11)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平VREF切换至转换器的第一转换电平V1，执行步骤(12)；(12)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(8)；(13)切换转换器中的电容阵列开关：在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平VREF切换至转换器的共模电平VCM；(14)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；(15)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(16)；否则，执行步骤(17)；(16)切换转换器中的电容阵列开关：在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平VREF切换至转换器的共模电平VCM，执行步骤(18)；(17)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平VCM切换至转换器的第二转换电平V2，执行步骤(18)；(18)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(14)；(19)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：负端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平VREF切换到转换器的共模电平VCM；(20)切换后的转换器中的负端电容阵列下级板连接的电平对负端电容阵列充放电，得到当前负端电容阵列电平；(21)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(22)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(28)；(22)切换转换器中的电容阵列开关：在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平VREF切换至转换器的共模电平VCM；(23)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；(24)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(25)；否则，执行步骤(26)；(25)切换转换器中的电容阵列开关：在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平VREF切换至转换器的共模电平VCM，执行步骤(27)；(26)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平VCM切换至转换器的第二转换电平V2，执行步骤(27)；(27)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(23)；(28)切换转换器中的电容阵列开关：在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平VCM切换至转换器的零电平Gnd；(29)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；(30)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(31)；否则，执行步骤(32)；(31)切换转换器中的电容阵列开关：在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平VCM切换至转换器的零电平Gnd，后执行步骤(33)；(32)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平VREF切换至转换器的第一转换电平V1，后执行步骤(33)；(33)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(29)；(34)转换器转换过程结束。