橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括：第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列，第二位段電容陣列包括電容陣列和冗余電容CX，通過(guò)第一橋電容CB1將第一位段電容陣列與第二位段電容陣列相連接；通過(guò)第二橋電容CB2將第二位段電容陣列與第三位段電阻陣列相連接；其中，第一橋電容第二橋電容CB2的大小為一個(gè)單位電容。本發(fā)明實(shí)施例提供的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列三段式的分段方式，使得逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度。
【專利說(shuō)明】
橋電容為整數(shù)值的電容電阻H段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明設(shè)及橋電容為整數(shù)值的電容 電阻=段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的常用的具體電路結(jié)構(gòu)由電壓型和電荷型。其中，電壓型結(jié) 構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電阻和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。電壓型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 缺點(diǎn)是，隨著分辨率的增加，需要的電阻和開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)呈指數(shù)增加，從而使得該電壓型結(jié)構(gòu)的 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，并且電阻的匹配度不好。隨著對(duì)具有小體積，并且要 求良好的電阻匹配度的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求越來(lái)越高，現(xiàn)有的電壓型結(jié)構(gòu)的逐次逼 近模數(shù)轉(zhuǎn)換器很難滿足相應(yīng)的應(yīng)用需求。
[0003] 電荷型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電容和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，電荷型結(jié)構(gòu)的逐次 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是，隨著分辨率的增加，二進(jìn)制權(quán)重的電荷型結(jié)構(gòu)的電容總個(gè)數(shù)W 二的指數(shù)遞增，相應(yīng)的寄生電容也會(huì)增加，影響了電容權(quán)重W及限制了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的轉(zhuǎn)換速度。隨著對(duì)減少額外電容寄生W提高相應(yīng)的電容權(quán)重值的準(zhǔn)確性的要求，W及 對(duì)逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度的要求，現(xiàn)有的電荷型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器很難 滿足相應(yīng)的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例在于提供橋電容為整數(shù)值的電容電阻=段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 該逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第=位段電阻陣列= 段式的分段方式，使得逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐 次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了橋電容為整數(shù)值的電容電阻=段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所 述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括:第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第=位段電阻陣列， 第二位段電容陣列包括電容陣列和冗余電容Cx,通過(guò)第一橋電容Cbi將第一位段電容陣列與 第二位段電容陣列相連接;通過(guò)第二橋電容Cb2將第二位段電容陣列與第=位段電阻陣列相 連接;其中，第一橋電容
，第二橋電容Cb2的大小為一個(gè)單位電容。
[0006] 優(yōu)選的，N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器由M比特的第一位段電容陣列、I比特的第二 位段電容陣列和L比特的第S位段電阻陣列組成，其中，N = M+I+L+1，N為大于1的正整數(shù)，M 為大于1的正整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)，L為大于1的正整數(shù)。
[0007] 優(yōu)選的，第一位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為：
[000引 Cm+1-i = 2CM+I-2 = 22Cim-3 =…=2^-1打，其中，Co為電容單位，M為大于1的正整數(shù)，I為 大于1的正整數(shù)。
[0009]優(yōu)選的，第二位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為:Ci-I = 2Ci-2 = 22。-3 =... = 2i-iCo，Cl = Co，其中，Co為單位電容，I為大于I的正整數(shù)。
[0010] 優(yōu)選的，在第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)接入反向二極管。
[0011] 優(yōu)選的，反向二極管的負(fù)端與第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)相連接，反向二極管 的正端接地。
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例提供了橋電容為整數(shù)值的電容電阻=段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第=位段電阻陣列=段 式的分段方式，使得逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐次 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體結(jié)構(gòu)框架圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的N比特的電容電阻模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3a是本發(fā)明實(shí)施例提供的反接二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b是本發(fā)明實(shí)施例提供 的反接二極管的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的反接二極管與第二位段電容陣列的等效電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0018] 如圖1所示，為圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的化k特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體結(jié) 構(gòu)框架圖。圖1中圖示為：1〇1、第一位段電容陣列，102、第二位段電容陣列，103、第=位段電 阻陣列。
[0019] 在本發(fā)明實(shí)施例提供的化k特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括:第一位段電容陣列、第 二位段電容陣列和第=位段電阻陣列，
[0020] 第二位段電容陣列包括電容陣列和冗余電容Cx,通過(guò)第一橋電容Cbi將第一位段電 容陣列與第二位段電容陣列相連接:通過(guò)第二橋電容CB2將第二位段電容陣列與第=位段電 阻陣列相連接;其中，第一橋電名
，第二橋電容CB2的大小為一個(gè)單位電 容。其中，第一位段電容陣列為高位段電容陣列，第二位段電容陣列為中位段電容陣列，第 =位段電阻陣列為低位段電阻陣列。
[0021] 利用冗余電容Cx可使橋電容Cbi取整數(shù)倍的單位電容，大大降低了版圖中電容匹配 的難度，提高了電容陣列整體的匹配性。
[0022] 進(jìn)一步地，版圖布局時(shí)，利用冗余電容Cx包圍第一位段電容陣列與第二位段電容 陣列之間的第一橋電容Cbi,可W消除Cbi的額外寄生，從而消除其對(duì)電容權(quán)重造成的影響。
[0023] 更進(jìn)一步地，第一位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為：Cm+1-i = 2CM+I-2 = 22Cm+i-3 =…=2?-1打，Cl = Co，其中，Co為電容單位，M為大于1的正整數(shù)，I為大于1的 正整數(shù)。
[0024] 第二位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為:Ci-i = 2Ci-2 = 22Ci-3 =… =2^抗，其中，Co為單位電容，I為大于1的正整數(shù)。
[0025] 作為本發(fā)明的實(shí)施例，在第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)接入反向二極管。
[0026] 作為本發(fā)明的實(shí)施例，反向二極管的負(fù)端與第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)相連 接，反向二極管的正端接地。
[0027] 具體而言，二極管正端接地，二極管的負(fù)端接第二位段電容陣列的電容公共節(jié)點(diǎn)， 提高了電路的可靠性。其原因在于TOPJSB為高阻態(tài)浮空點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)積累電荷而不能 將積累的電荷進(jìn)行有效泄放，運(yùn)會(huì)引起可靠性的問(wèn)題。
[0028] 比較器的IP端和IN端電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱。如圖1所示的實(shí)施例中，采用的是底板采 樣，不會(huì)影響模數(shù)轉(zhuǎn)換器的增益誤差。
[0029] 采樣期間，電容陣列通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制邏輯接收輸入信號(hào)VIP和VIN，通過(guò)閉 合與第二橋電容Cb2相連接的開(kāi)關(guān)SO與第=位段電阻陣列中的中間電平Vcom相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)， 將第二橋電容CB2與第=位段電阻陣列中的中間電平Vcom相連接W完成對(duì)相應(yīng)的輸入信號(hào)的 采樣。
[0030] 轉(zhuǎn)換期間，比較器將電容電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出參考電壓與輸入電壓進(jìn)行比較， W及比較器通過(guò)相應(yīng)的比較結(jié)果W產(chǎn)生相應(yīng)的逐次逼近邏輯。進(jìn)一步地，通過(guò)獲取的逐次 逼近邏輯控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制邏輯改變相應(yīng)的電容電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器中各個(gè)開(kāi)關(guān)的閉合或 斷開(kāi)的狀態(tài)W產(chǎn)生下一次比較的參考電平。上述過(guò)程依次循環(huán)，直至完成逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程。
[0031] 如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的N比特的電容電阻模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 如圖2所示，N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器由M比特的第一位段電容陣列、I比特的 第二位段電容陣列和L比特的第S位段電阻陣列組成，其中，N = M+I+L+1，N為大于1的正整 數(shù)，M為大于1的正整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)，L為大于1的正整數(shù)。
[0033] 如圖3a所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二位段電容陣列中的電容公共節(jié)點(diǎn)T0P_ ISB反接二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3b所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二位段電容陣列中的 電容公共節(jié)點(diǎn)T0P_ISB反接二極管的另一結(jié)構(gòu)示意圖。圖3曰、圖3b中圖示為：101、第一位段 電容陣列，102、第二位段電容陣列，103、第S位段電阻陣列。
[0034] 具體的有兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖3a、圖3b所示，均是由P型襯底和啡井構(gòu)成的PN結(jié)實(shí) 現(xiàn)，P型襯底接地，N阱接到第二位段電容陣列。
[0035] 作為本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)第二位段電容陣列中的冗余電容Cx來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的電荷 分配W降低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值范圍。
[0036] 反接的二極管可W提供漏電的低阻抗途徑，運(yùn)將使得相應(yīng)的電容的公共節(jié)點(diǎn)的電 位最終逼近為地電位。
[0037] 如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的反接二極管與第二位段電容陣列的等效電路 示意圖。
[0038] 漏電現(xiàn)象的發(fā)生可W通過(guò)如圖4的反接二極管與第二位段電容陣列的電路等效示 意圖來(lái)說(shuō)明。反接二極管在電路中可等效為一個(gè)阻值為化N的電阻。反接二極管的一端接地， 反接二極管的另一端接第二位段電容陣列的總電容CtDt,ISB。第二位段電容陣列通過(guò)與一個(gè) DC電平相連接，W用于對(duì)Rpn進(jìn)行分壓。長(zhǎng)時(shí)間后由于電容的阻抗趨于無(wú)窮大，因此，二極管 的N端電壓Vn a Vp,Vp是圍繞地電位正負(fù)波動(dòng)的，而二極管的導(dǎo)通電壓為0.5~0.7V左右，當(dāng) Vp為負(fù)壓且超過(guò)二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管瞬間正向?qū)ǎ斐呻姾尚狗?，?dǎo)致比較結(jié)果 失效。解決漏電現(xiàn)象的方法是通過(guò)調(diào)整冗余電容Cx的值，利用電荷分配的關(guān)系來(lái)降低第二 位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值，保證反接二極管在工作過(guò)程中始終不會(huì)發(fā)生 正向?qū)?，從而確保了電路轉(zhuǎn)換的正確性。
[0039] 由于冗余電容Cx不參與對(duì)輸入信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換操作，作為本發(fā)明的實(shí)施例，在 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作過(guò)程中接一個(gè)固定電平。冗余電容Cx的作用如下所述:首先，通過(guò) 冗余電容Cx可獲取整數(shù)倍單位電容值W提高相應(yīng)的電容陣列的匹配度。其次，通過(guò)冗余電 容Cx包圍第一橋電容Cbi,消除第一橋電容Cbi的額外寄生W糾正相應(yīng)的電容的權(quán)重值。再次， 冗余電容Cx還通過(guò)降低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值范圍W減少相應(yīng) 的高阻態(tài)浮空點(diǎn)的漏電效應(yīng)的產(chǎn)生。
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例提供的橋電容為整數(shù)值的電容電阻=段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采 用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第=位段電阻陣列=段式的分段方式，使得逐 次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速 度和精度。
[0041] 更進(jìn)一步地，通過(guò)第二位段電容陣列中的冗余電容Cx來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的電荷分配W降 低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值范圍。
[0042] 在實(shí)際應(yīng)用中，上述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器還可W用于制造包括上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 設(shè)備，具體細(xì)節(jié)參照相應(yīng)的描述，在此不再寶述。
[0043] W上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括:第一位 段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列， 所述第二位段電容陣列包括電容陣列和冗余電容Cx，通過(guò)第一橋電容CB1將所述第一位 段電容陣列與所述第二位段電容陣列相連接； 通過(guò)第二橋電容CB2將所述第二位段電容陣列與所述第三位段電阻陣列相連接;其中，，所述第二橋電容CB2的大小為一個(gè)單位電容。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于， N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器由Μ比特的第一位段電容陣列、I比特的第二位段電容陣 列和L比特的第三位段電阻陣列組成，其中，N=M+I+L+1，N為大于1的正整數(shù)，Μ為大于1的正 整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)，L為大于1的正整數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述第一位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為： Cm+i-1 = 2Cm+i-2 = 22Cm+i-3 =…=2M-ki，Ci = Co，其中，Co為電容單位，Μ為大于1的正整數(shù)，I 為大于1的正整數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述第二位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為： Ch = 2Ci-2 = 22Ci-3 =…=21-匕，其中，Co為單位電容，I為大于1的正整數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在所述第二位段電容陣列 的公共節(jié)點(diǎn)接入反向二極管。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述反向二極管的負(fù)端與 所述第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)相連接，所述反向二極管的正端接地。
【文檔編號(hào)】H03M1/38GK105827244SQ201610341063
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】張莉莉, 曹淑新
【申請(qǐng)人】英特格靈芯片(天津)有限公司