逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控制方法，所述逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)電容陣列、兩組開關(guān)、一個(gè)參考電壓緩沖器以及一個(gè)比較器，每組開關(guān)包括采樣開關(guān)陣列、參考電壓開關(guān)陣列及對(duì)地開關(guān)陣列，每個(gè)電容陣列的上極板與比較器的一個(gè)輸入端連接，每個(gè)電容陣列的下極板與一組采樣開關(guān)陣列連接，且比較器的兩個(gè)輸入端選擇性與參考電壓緩沖器連接，兩組對(duì)地開關(guān)陣列均接地，兩組參考電壓開關(guān)陣列均與參考電壓緩沖器連接。本發(fā)明的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用下極板采樣方式，使得與比較器的輸入端連接的電容陣列度寄生電容和電荷注入不敏感，提高了結(jié)果的精度；結(jié)構(gòu)中僅用一個(gè)參考電壓緩沖器，降低了成品的功耗及面積。
【專利說(shuō)明】
逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)在集成電路設(shè)計(jì)上的趨勢(shì)，對(duì)于更低功耗、更高表現(xiàn)、以及更少的成本有愈 來(lái)愈嚴(yán)苛的要求，而在模擬前端電路的設(shè)計(jì)當(dāng)中，一個(gè)有效率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter，簡(jiǎn)稱ADC)能使系統(tǒng)整體表現(xiàn)大大地提升，ADC負(fù)責(zé)將接收的模擬信 號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并提供給后端的數(shù)字信號(hào)處理單元來(lái)運(yùn)作，因此其動(dòng)態(tài)范圍、分辨率、 精確度、線性度、取樣速度、功耗、輸入級(jí)特性等等，都成為影響系統(tǒng)整體表現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)， 也成為評(píng)估轉(zhuǎn)換器本身表現(xiàn)的重要參數(shù)。
[0003] 現(xiàn)有的ADC的架構(gòu)種類繁多，例如導(dǎo)管線模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(pipeline analog-to-digital converter，簡(jiǎn)稱pipeline ADC)及逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（successive approximation register analog-t〇-digital converter，簡(jiǎn)稱SAR-ADC)等皆為現(xiàn)有技術(shù) 領(lǐng)域中常用的架構(gòu)。其中，在同樣的規(guī)格需求下，SAR-ADC相較于pipeline ADC可具有較低 功耗以及較小芯片面積的優(yōu)勢(shì)，也因此，對(duì)于SAR-ADC架構(gòu)的技術(shù)開發(fā)，也逐漸為業(yè)界所重 視。
[0004] 在現(xiàn)有的SAR-ADC的架構(gòu)下，其一般會(huì)包含有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（digital-to-analog converter，簡(jiǎn)稱DAC)、比較器以及SAR邏輯控制電路等部分。具體而言，在傳統(tǒng)SAR-ADC的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換操作過程中，DAC-般會(huì)先以一個(gè)參考電壓作為基準(zhǔn)對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn) 行取樣保持(sample-and-hold)，其后SAR邏輯控制電路會(huì)以二元搜尋算法(binary search al gor i thm)來(lái)控制DAC的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，以令DAC產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的比較信號(hào)，其中所述比較信號(hào) 關(guān)聯(lián)于對(duì)應(yīng)不同邏輯狀態(tài)的模擬電壓與模擬輸入信號(hào)的電壓差值。接著，比較器會(huì)以所述 參考電壓作為基準(zhǔn)來(lái)與所述比較信號(hào)進(jìn)行比較，從而令SAR邏輯控制電路基于比較器的比 較結(jié)果而逐一決定數(shù)字輸出信號(hào)每一位的邏輯狀態(tài)。
[0005] 目前，SAR ADC主要設(shè)計(jì)為反向合并開關(guān)（Inverted merged capac i tor switching，IMCS)和單調(diào)開關(guān)(Monotonic switching，MS)這兩種結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參考圖1，其為 DCS結(jié)構(gòu)的10位的SAR ADC的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖1可知，頂CS結(jié)構(gòu)的SAR ADC使用下極板采樣 技術(shù)，所以它對(duì)DAC輸出端對(duì)寄生電容和輸入采樣開關(guān)的電荷注入不敏感;請(qǐng)參考圖2,其為 MS結(jié)構(gòu)的10位的SAR ADC的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖2可知，MS結(jié)構(gòu)是使用上極板采樣技術(shù)，所以它 對(duì)DAC輸出端的寄生電容和輸入采樣開關(guān)的電荷注入極為敏感。其次，頂CS結(jié)構(gòu)需要參考電 壓緩沖器(Vrefp buffer)和共模參考電壓緩沖器(VCM buffer)兩個(gè)電壓緩沖器以及兩組 開關(guān)，每組開關(guān)中包括順次連接的一米樣開關(guān)陣列、一參考電壓開關(guān)陣列、一共模參考電壓 開關(guān)陣列及一對(duì)地開關(guān)陣列，所述對(duì)地開關(guān)陣列接地，所述參考電壓開關(guān)陣列與所述參考 電壓緩沖器連接，所述共模參考電壓開關(guān)陣列與所述共模參考電壓緩沖器連接;而MS結(jié)構(gòu) 只需要一個(gè)參考電壓緩沖器以及兩組開關(guān)，每組開關(guān)中包括順次連接的一采樣開關(guān)陣列、 一參考電壓開關(guān)陣列及一對(duì)地開關(guān)陣列，所述對(duì)地開關(guān)陣列接地，所述參考電壓開關(guān)陣列 與所述參考電壓緩沖器連接，IMCS結(jié)構(gòu)比MS結(jié)構(gòu)復(fù)雜且功耗高。因此，SAR ADC要想得到高 的精度，IMCS結(jié)構(gòu)是首選，而要降低功耗和復(fù)雜度，則要選擇MS結(jié)構(gòu)。
[0006] 針對(duì)上述問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直在尋找和設(shè)計(jì)可同時(shí)滿足高精度和低功耗需 求的 SAR ADC。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以解決現(xiàn)有逐步逼近式 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)無(wú)法同時(shí)滿足高精度和低功耗的問題。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述逐步逼 近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括：
[0009] 兩個(gè)電容陣列、兩組開關(guān)、一個(gè)參考電壓緩沖器以及一個(gè)比較器，每組開關(guān)包括依 次連接的采樣開關(guān)陣列、參考電壓開關(guān)陣列及對(duì)地開關(guān)陣列，其中，每個(gè)電容陣列的上極板 與所述比較器的一個(gè)輸入端連接，每個(gè)電容陣列的下極板與一組采樣開關(guān)陣列連接，且所 述比較器的兩個(gè)輸入端選擇性與所述參考電壓緩沖器連接，兩組對(duì)地開關(guān)陣列均接地，兩 組參考電壓開關(guān)陣列均與所述參考電壓緩沖器連接。
[0010] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，每個(gè)電容陣列的下極板與一組 采樣開關(guān)陣列連接時(shí)，所述電容陣列中的每個(gè)電容的下極板與所述采樣開關(guān)陣列中的一個(gè) 采樣開關(guān)連接，且所述電容陣列中各個(gè)電容所連接的采樣開關(guān)不同。
[0011] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述電容陣列為分段式二進(jìn)制 權(quán)重電容陣列。
[0012] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，還包括一SAR邏輯控制電路，所 述SAR邏輯控制電路與所述比較器的輸出端連接。
[0013] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，其中一個(gè)電容陣列的上極板與 所述比較器的正輸入端連接，另一個(gè)電容陣列的上極板與所述比較器的負(fù)輸入端連接。
[0014] 本發(fā)明還提供一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，所述逐步逼近式模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法包括：
[0015] 采樣階段，將兩個(gè)電容陣列的上極板接通參考電壓緩沖器，一個(gè)電容陣列的下極 板接入輸入信號(hào)，另一個(gè)電容陣列的下極板接入另一輸入信號(hào)，以對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行采 樣；以及
[0016] 逐次逼近階段，將兩個(gè)電容陣列的上極板與參考電壓緩沖器斷開，并使電容陣列 的下極板接通參考電壓緩沖器，以使所述比較器的兩輸入端的電荷重新分配，根據(jù)所述比 較器的輸出結(jié)果完成逐次逼近過程。
[0017] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法中，若所述比較器的輸 出為高，則與所述比較器的正輸入端連接的電容陣列中預(yù)定位置的電容的下極板仍接通參 考電壓緩沖器，與所述比較器的負(fù)輸入端連接的電容陣列中相同位置的電容的下極板接 地；
[0018] 若所述比較器的輸出為低，則與所述比較器的負(fù)輸入端連接的電容陣列中預(yù)定位 置的電容的下極板仍接通參考電壓緩沖器，與所述比較器的正輸入端連接的電容陣列中相 同位置的電容的下極板接地。
[0019] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法中，所述逐步逼近式模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括一 SAR邏輯控制電路，與所述比較器的輸出端連接，利用SAR邏輯控制 電路基于比較器的輸出結(jié)果而逐一決定數(shù)字輸出信號(hào)每一位的邏輯狀態(tài)。
[0020] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法中，所述電容陣列為分 段式二進(jìn)制權(quán)重電容陣列。
[0021] 可選的，在所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法中，每個(gè)電容陣列的下 極板與一組開關(guān)連接時(shí)，所述電容陣列中的每個(gè)電容的下極板與當(dāng)前開關(guān)組的采樣開關(guān)陣 列中的一個(gè)采樣開關(guān)連接，且所述電容陣列中各個(gè)電容所連接的采樣開關(guān)不同。
[0022] 在本發(fā)明所提供的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控制方法中，所述逐步逼近式 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)電容陣列、兩組開關(guān)、一個(gè)參考電壓緩沖器以及一個(gè)比較器，每組 開關(guān)包括采樣開關(guān)陣列、參考電壓開關(guān)陣列及對(duì)地開關(guān)陣列，每個(gè)電容陣列的上極板與比 較器的一個(gè)輸入端連接，每個(gè)電容陣列的下極板與一組采樣開關(guān)陣列連接，且比較器的兩 個(gè)輸入端選擇性與參考電壓緩沖器連接，兩組對(duì)地開關(guān)陣列均接地，兩組參考電壓開關(guān)陣 列均與參考電壓緩沖器連接。本發(fā)明的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用下極板采樣方式， 使得與比較器的輸入端連接的電容陣列度寄生電容和電荷注入不敏感，提高了結(jié)果的精 度;結(jié)構(gòu)中僅用一個(gè)參考電壓緩沖器，降低了成品的功耗及面積。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是IMCS結(jié)構(gòu)的10位的SAR ADC的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是MS結(jié)構(gòu)的10位的SAR ADC的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的10位的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法的流程圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的3位的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的開關(guān)切換順序相關(guān) 示意圖。
[0028] 圖 3中：
[0029]電容陣列10a、10b;參考電壓緩沖器11;比較器12;采樣開關(guān)陣列13a、13b;參考電 壓開關(guān)陣列14a、14b;對(duì)地開關(guān)陣列15a、15b; SAR邏輯控制電路16。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控 制方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需 說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō) 明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0031] 作為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，非限制性的列舉，以10位的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器(SAR-ADC)為例對(duì)逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖3為本實(shí)施 例提供的10位的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，所述逐步逼近式模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括:兩個(gè)電容陣列、兩組開關(guān)、一個(gè)參考電壓緩沖器11及一個(gè)比較器12。
[0032] 所述兩個(gè)電容陣列分別為電容陣列10a和電容陣列10b。電容陣列10a的上極板與 所述比較器12的一個(gè)輸入端(本實(shí)施例中為正輸入端)連接，電容陣列10b的上極板與所述 比較器12的另一個(gè)輸入端(本實(shí)施例中為負(fù)輸入端)連接，且所述比較器12的兩個(gè)輸入端選 擇性與所述參考電壓緩沖器11連接。所述兩個(gè)電容陣列10a、10b的下極板各自與一組開關(guān) 連接。
[0033] 每組開關(guān)包括依次連接的采樣開關(guān)陣列、參考電壓開關(guān)陣列及對(duì)地開關(guān)陣列。其 中，一組采樣開關(guān)陣列接入輸入信號(hào)Vip，另一組采樣開關(guān)陣列接入輸入信號(hào)Vin;兩組對(duì)地 開關(guān)陣列均接地;兩組參考電壓開關(guān)陣列與同一參考電壓緩沖器11連接以接入一參考電壓 緩沖信號(hào)Vrefp。
[0034] 詳細(xì)的，與電容陣列10a連接的一組開關(guān)包括依次連接的采樣開關(guān)陣列13a、參考 電壓開關(guān)陣列14a及對(duì)地開關(guān)陣列15a，所述對(duì)地開關(guān)陣列15a接地，所述參考電壓開關(guān)陣列 14a與所述參考電壓緩沖器11連接;與電容陣列10b連接的一組開關(guān)包括依次連接的采樣開 關(guān)陣列13b、參考電壓開關(guān)陣列14b及對(duì)地開關(guān)陣列15b，所述對(duì)地開關(guān)陣列15b接地，所述參 考電壓開關(guān)陣列14b與所述參考電壓緩沖器11連接。
[0035] 如上所述，本實(shí)施例的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用下極板采樣方式即通過電 容陣列中電容的下極板進(jìn)行采樣，因此與比較器12的輸入端相連的電容陣列對(duì)寄生電容和 電荷注入不敏感，與此同時(shí)，本實(shí)施例的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中只用了一個(gè)參考電 壓緩沖器11，從而降低了功耗且縮小了成品所需面積。此外，每組開關(guān)中包括3種開關(guān)陣列， 相對(duì)IMCS結(jié)構(gòu)每組開關(guān)中少一種開關(guān)陣列，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。
[0036] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖3,兩組電容陣列10a、10b中的每個(gè)電容的下極板各自連接采樣開關(guān) 陣列中的一個(gè)采樣開關(guān)，即一個(gè)電容的下極板連接一個(gè)采樣開關(guān)，二者是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 本實(shí)施例中，所述電容陣列為分段式二進(jìn)制權(quán)重電容陣列，采用分段式二進(jìn)制權(quán)重電容陣 列相比采用純二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的電容結(jié)構(gòu)而言，電容陣列版圖的匹配性能更好，原因 在于分段式二進(jìn)制電容權(quán)重陣列有兩個(gè)電容陣列各自匹配，而且權(quán)重位跨度較小，利于在 版圖上做匹配;而純二進(jìn)制權(quán)重電容陣列最小電容到最大電容值跨度太大，因此不利于在 版圖上做匹配。
[0037]進(jìn)一步地，所述逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括一 SAR邏輯控制電路16,其與所 述比較器12的輸出端連接，從而可以基于比較器12的比較結(jié)果而逐一決定數(shù)字輸出信號(hào)每 一位的邏輯狀態(tài)。其中，SAR邏輯控制電路16的輸出端的E0C是指SARADC轉(zhuǎn)換器的每次轉(zhuǎn)換 完成后的使能信號(hào)，D9~D0是SARADC的10比特?cái)?shù)據(jù)輸出信號(hào)。
[0038] 此外，所述逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括一時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器，在時(shí)鐘elk的作 用下，產(chǎn)生采樣時(shí)鐘信號(hào)sampclk及sampclka。
[0039] 本實(shí)施例還提供了一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法。如圖3及圖4所 示，本實(shí)施例的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法包括：
[0040] 采樣階段，使所述電容陣列10a、10b的上極板接通參考電壓緩沖器11，電容陣列 l〇a的下極板接入輸入信號(hào)Vip，電容陣列10b的下極板接入輸入信號(hào)Vin，以對(duì)所述輸入信 號(hào)Vip、Vin進(jìn)行采樣；以及
[0041]逐次逼近階段，將電容陣列10a、10b的上極板與參考電壓緩沖器11斷開，并使電容 陣列10a、10b的下極板接通參考電壓緩沖器11，以使所述比較器12的兩輸入端的電荷重新 分配，根據(jù)所述比較器12的輸出結(jié)果完成逐次逼近過程。
[0042] 其中，若所述比較器12的輸出為高，則與所述比較器12的正輸入端連接的電容陣 列l(wèi)〇a中預(yù)定位置的電容的下極板仍接通參考電壓緩沖器11，與所述比較器12的負(fù)輸入端 連接的電容陣列l(wèi)〇b中相同位置的電容的下極板接地;若所述比較器12的輸出為低，則與所 述比較器12的負(fù)輸入端10b連接的電容陣列中預(yù)定位置的電容的下極板仍接通參考電壓緩 沖器11，與所述比較器12的正輸入端連接的電容陣列10a中相同位置的電容的下極板接地。
[0043] 進(jìn)一步地，請(qǐng)參考圖3,利用SAR邏輯控制電路16基于比較器的輸出結(jié)果而逐一決 定數(shù)字輸出信號(hào)每一位的邏輯狀態(tài)（即〇或1)，本實(shí)施例中以1表示比較器的輸出電壓為高 電位，以0表不比較器的輸出電壓為低電位。
[0044] 為了更好的理解本發(fā)明逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，下面結(jié)合圖5所 示的3位的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的開關(guān)切換順序相關(guān)示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0045] 如圖5所示，在采樣階段，輸入信號(hào)Vip、Vin連接電容陣列10a、10b的下極板，參考 電壓緩沖器(Vrefp buffer) 11連接兩個(gè)電容陣列10a、10b的上極板，對(duì)輸入信號(hào)Vip、Vin進(jìn) 行米樣；
[0046] 在逐次逼近階段，第一個(gè)周期，參考電壓緩沖器11從兩個(gè)電容陣列10a、10b的上極 板斷開，兩個(gè)電容陣列10a、10b的下極板連接參考電壓緩沖器11(即電容陣列中所有的電容 的下極板均連接參考電壓緩沖器11)，比較器12的兩個(gè)輸入端電荷重新分配。本實(shí)施例中， 如果輸入信號(hào)Vip的電壓值大于輸入信號(hào)Vin的電壓值，比較器12的輸出電壓為高電位，如 果輸入信號(hào)Vip的電壓值小于輸入信號(hào)Vin的電壓值，則比較器12的輸出電壓為低電位;第 二個(gè)周期，如果上一個(gè)周期比較器12的輸出電壓為高，則與所述比較器12的正輸入端連接 的電容陣列l(wèi)〇a中的電容為2C的電容的下極板仍接通參考電壓緩沖器，與所述比較器12的 負(fù)輸入端連接的電容陣列l(wèi)〇b中相同位置的電容為2C的電容的下極板接地;如果上周期比 較器12的輸出電壓為低電位，則與所述比較器12的負(fù)輸入端連接的電容陣列1 Ob中的電容 為2C的電容的下極板仍接通參考電壓緩沖器11，與所述比較器12的正輸入端連接的電容陣 列l(wèi)〇a中相同位置的電容為2C的電容的下極板接地；以此類推，直到比較全部完成，即SAR ADC-個(gè)完整的轉(zhuǎn)換周期完成。
[0047] 表1是本實(shí)施例的SAR ADC與IMCS結(jié)構(gòu)的SAR ADC和MS結(jié)構(gòu)的SAR ADC的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì) 比，具體如下：
[0048]
[0049] 表 1
[0050] 由表1對(duì)比分析可知，本發(fā)明的SARADC能結(jié)合這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，克服MCS結(jié)構(gòu)和 MS結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)，同時(shí)滿足高精度和低功耗的需求。
[0051] 綜上，在本發(fā)明所提供的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其控制方法，所述逐步逼 近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)電容陣列、兩組開關(guān)、一個(gè)參考電壓緩沖器以及一個(gè)比較器， 每組開關(guān)包括采樣開關(guān)陣列、參考電壓開關(guān)陣列及對(duì)地開關(guān)陣列，每個(gè)電容陣列的上極板 與比較器的一個(gè)輸入端連接，每個(gè)電容陣列的下極板與一組采樣開關(guān)陣列連接，且比較器 的兩個(gè)輸入端選擇性與參考電壓緩沖器連接，兩組對(duì)地開關(guān)陣列均接地，兩組參考電壓開 關(guān)陣列均與參考電壓緩沖器連接。本發(fā)明的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用下極板采樣方 式，使得與比較器的輸入端連接的電容陣列度寄生電容和電荷注入不敏感，提高了結(jié)果的 精度;結(jié)構(gòu)中僅用一個(gè)參考電壓緩沖器，降低了成品的功耗及面積。由此可見，本發(fā)明的逐 步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以同時(shí)滿足對(duì)于高精度及低功耗的需求。
[0052]本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他 實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0053]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā) 明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù) 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括:兩個(gè)電容陣列、兩組開關(guān)、一個(gè) 參考電壓緩沖器以及一個(gè)比較器，每組開關(guān)包括依次連接的采樣開關(guān)陣列、參考電壓開關(guān) 陣列及對(duì)地開關(guān)陣列，其中，每個(gè)電容陣列的上極板與所述比較器的一個(gè)輸入端連接，每個(gè) 電容陣列的下極板與一組采樣開關(guān)陣列連接，且所述比較器的兩個(gè)輸入端選擇性與所述參 考電壓緩沖器連接，兩組對(duì)地開關(guān)陣列均接地，兩組參考電壓開關(guān)陣列均與所述參考電壓 緩沖器連接。2. 如權(quán)利要求1所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，每個(gè)電容陣列的下極 板與一組采樣開關(guān)陣列連接時(shí)，所述電容陣列中的每個(gè)電容的下極板與所述采樣開關(guān)陣列 中的一個(gè)采樣開關(guān)連接，且所述電容陣列中各個(gè)電容所連接的采樣開關(guān)不同。3. 如權(quán)利要求1所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電容陣列為分段 式二進(jìn)制權(quán)重電容陣列。4. 如權(quán)利要求1所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括一 SAR邏輯控 制電路，所述SAR邏輯控制電路與所述比較器的輸出端連接。5. 如權(quán)利要求1所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其中一個(gè)電容陣列的 上極板與所述比較器的正輸入端連接，另一個(gè)電容陣列的上極板與所述比較器的負(fù)輸入端 連接。6. -種如權(quán)利要求1所述逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，其特征在于，包括： 采樣階段，將兩個(gè)電容陣列的上極板接通參考電壓緩沖器，一個(gè)電容陣列的下極板接 入輸入信號(hào)，另一個(gè)電容陣列的下極板接入另一輸入信號(hào)，以對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣；以 及 逐次逼近階段，將兩個(gè)電容陣列的上極板與參考電壓緩沖器斷開，并使電容陣列的下 極板接通參考電壓緩沖器，以使所述比較器的兩輸入端的電荷重新分配，根據(jù)所述比較器 的輸出結(jié)果完成逐次逼近過程。7. 如權(quán)利要求6所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，其特征在于，若所述比 較器的輸出為高，則與所述比較器的正輸入端連接的電容陣列中預(yù)定位置的電容的下極板 仍接通參考電壓緩沖器，與所述比較器的負(fù)輸入端連接的電容陣列中相同位置的電容的下 極板接地； 若所述比較器的輸出為低，則與所述比較器的負(fù)輸入端連接的電容陣列中預(yù)定位置的 電容的下極板仍接通參考電壓緩沖器，與所述比較器的正輸入端連接的電容陣列中相同位 置的電容的下極板接地。8. 如權(quán)利要求6所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，其特征在于，所述逐步 逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括一 SAR邏輯控制電路，與所述比較器的輸出端連接，利用SAR 邏輯控制電路基于比較器的輸出結(jié)果而逐一決定數(shù)字輸出信號(hào)每一位的邏輯狀態(tài)。9. 如權(quán)利要求6所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，其特征在于，所述電容 陣列為分段式二進(jìn)制權(quán)重電容陣列。10. 如權(quán)利要求6所述的逐步逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，其特征在于，每個(gè)電 容陣列的下極板與一組開關(guān)連接時(shí)，所述電容陣列中的每個(gè)電容的下極板與當(dāng)前開關(guān)組的 采樣開關(guān)陣列中的一個(gè)采樣開關(guān)連接，且所述電容陣列中各個(gè)電容所連接的采樣開關(guān)不 同。
【文檔編號(hào)】H03M1/38GK105897272SQ201610193030
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】陳杉, 秦琳
【申請(qǐng)人】豪威科技(上海)有限公司