一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器制造技术

一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，其中所述模数转换器包括：采样开关网络、差分电容阵列、比较器、逐次逼近控制逻辑和可配置电流源；可配置电流源包括一个以上的单位电流源和与所述单位电流源数量相等的开关，开关控制该路电流是否流入输出端口；开关控制信号由逐次逼近控制逻辑产生，根据输出高低位的不同，控制流入输出端口的总电流，由此配置比较器偏置电流；输出高位时配置大的比较器偏置电流，输出低位时配置小的比较器偏置电流，且比较器偏置电流应保证电路响应速度。这样既保证了高位比较时大阶梯信号的响应速度，又降低了低位比较时比较器的功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数模混合集成电路设计领域，尤其涉及一种低功耗逐次逼近型模数转换器。
技术介绍
逐次逼近型模数转换器(SARADC)是一种中等精度、中等采样速度的模数转换器结构。由于该模数转换器具有低成本、低功耗的特点，在便携式设备和低功耗需求中得到了广泛应用。随着集成电路制造工艺特征尺寸的减小，金属氧化物半导体(MOS)管的固有增益降低，集成电路中获得高直流增益也变得更加困难。SARADC由于不需要如运算放大器等线性增益模块，可以更好的适应集成电路工艺的发展。逐次逼近型模数转换器主要包括数字控制电路、比较器和电荷再分布型数模转换器。数字电路的功耗会随着工艺尺寸的减小而减小，电荷再分布型数模转换器可以通过改变开关策略来减小功耗，因此SARADC中比较器功耗问题在特征尺寸日益减小的新工艺中将变得更加显著。
技术实现思路
专利技术目的：提出一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，在保证精度不变且不影响速率的情况下，降低功耗。技术方案：一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，包括：采样开关网络、与所述采样开关网络连接的差分电容阵列、与所述差分电容阵列连接的比较器、与所述比较器连接的逐次逼近控制逻辑和与所述逐次逼近控制逻辑连接的可配置电流源。所述可配置电流源包括一个以上的单位电流源和与所述单位电流源数量相等的开关，其中所有单位电流源的电流均为I，且每路电流源由一个相应开关控制，根据控制信号开关决定该路电流是否流入输出端口Ibias。进一步的，所述可配置电流源中开关的控制信号由逐次逼近控制逻辑产生；比较器每一次比较，所述可配置电流源根据输出高低位不同，控制其开关闭合与否，改变流入输出端口Ibias的总电流，由此配置比较器静态偏置电流。进一步的，所述可配置电流源配置比较器静态偏置电流的策略为，当输出高位时，可配置电流源为比较器提供大的静态偏置电流；当输出低位时，可配置电流源为比较器提供小的静态偏置电流；无论高位比较还是低位比较，比较器静态偏置电流保证每次比较时电路所需的响应速度。所述差分电容阵列包括连接所述比较器正相输入端的第一电容阵列和连接所述比较器反相输入端的第二电容阵列；其中所述第一电容阵列和所述第二电容阵列均由N-1组二进制结构电容和1组冗余电容组成，其中所述第一电容阵列和所述第二电容阵列的电容上极板分别通过第一自举开关K1和第二自举开关K2连接正相输入端Vip和反相输入端Vin，所述第一电容阵列和所述第二电容阵列的冗余电容的下极板接地，其余N-1组电容的下极板选择连接参考电压Vref或者地。进一步的，所述第一电容阵列的第一电容C1的电容值为C，第二电容C2的电容值为C，第三电容C3至第N电容CN的电容值为Ci+1＝Ci，其中，i为2≤i≤N-1的自然数。所述第二电容阵列的第一电容C1’的电容值为C，第二电容C2’的电容值为C，第三电容C3’至第N电容CN’的电容值为Ci+1'＝Ci'，其中，i为2≤i≤N-1的自然数。所述第一电容阵列和所述第二电容阵列的开关时序包括：采样阶段，所述第一自举开关K1和第二自举开关K2对正相输入信号Vip和反相输入信号Vin进行采样，得到差分输入信号。同时，所述差分电容阵列中所有二进制结构电容的下极板连接到参考电压Vref，冗余电容的下极板连接到地。模数转换阶段，所述比较器对采样的输入信号进行第一次比较，完成最高位比较并输出结果到逐次逼近逻辑控制电路。若Vxp＞Vxn，则逐次逼近逻辑控制电路将输出二进制编码置1，并将最高位电容C1的下极板连接到地，C1’的下极板连接保持不变；若Vxp＜Vxn，则逐次逼近逻辑控制电路将输出二进制编码置0，并将最高位电容C1的下极板连接保持不变，C1’的下极板连接到地。开关电容网络对电荷进行再分配，所述模数转换器重复上述过程，逐次比较直至确定最低位。输出得到的二进制编码写入逐次逼近逻辑控制电路寄存器中，完成模数转换。有益效果：本专利技术中的可配置电流源通过对比较器静态偏置电流在高位和低位比较时的不同配置，既保证了高位比较时电路的响应速度，又减小了低位比较时比较器偏置电流的浪费。在相同精度和速率的情况下，相对于传统的逐次逼近型模数转换器，具有更低的功耗。且随着工艺特征尺寸日益降低，SARADC中模拟电路功耗日益显著，对于低功耗SARADC本专利技术的应用价值将更加显著。【附图说明】图1为4位输出比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器的电路结构图；图2为本专利技术实施例中可配置电流源的电路结构图；图3为本专利技术实施例中输入信号采样后开关转换工作原理图；图4为本专利技术实施例中转换阶段B4＝1时开关转换工作原理图；图5为本专利技术实施例中转换阶段B4＝0时开关转换工作原理图；图6为本专利技术实施例中转换阶段B4B3＝11时开关转换工作原理图；图7为本专利技术实施例中转换阶段B4B3＝10时开关转换工作原理图；图8为本专利技术实施例中转换阶段B4B3＝01时开关转换工作原理图；图9为本专利技术实施例中转换阶段B4B3＝00时开关转换工作原理图；图10为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝111时开关转换工作原理图；图11为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝110时开关转换工作原理图；图12为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝101时开关转换工作原理图；图13为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝100时开关转换工作原理图；图14为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝011时开关转换工作原理图；图15为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝010时开关转换工作原理图；图16为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝001时开关转换工作原理图；图17为本专利技术实施例中转换阶段B4B3B2＝000时开关转换工作原理图；图18为本专利技术实施例输出1101时比较器输入的瞬态波形图。【具体实施方式】下面结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本实施例为一个4位输出比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，包括采样开关网络、差分电容阵列、比较器、逐次逼近控制逻辑和可配置电流源。如图2所示，其中可配置电流源包括4个单位电流源和4个开关，开关S1、S2、S3和S4分别控制电流源I1、I2、I3和I4是否流入输出端口Ibias，且所有单位电流源的电流均为I。开关S1、S2、S3和S4的控制信号由逐次逼近控制逻辑产生，比较器每一次比较，逐次逼近控制逻辑产生不同的控制信号，改变流入输出端口Ibias的总电流。本例中4位输出B4B3B2B1，当输出B4时，开关S1、S2、S3和S4全部闭合，流入输出端口Ibias的电流为4I，可配置电流源为比较器提供4I的偏置电流；当输出B3和B2时，开关S1、S2、S3和S4断开2路，流入输出端口Ibias的电流为2I，可配置电流源为比较器提供2I的偏置电流；当输出B1时，开关S1、S2、S3和S4断开3路，流入输出端口Ibias的电流为I，可配置电流源为比较器提供I的偏置电流。I的选择应保证每次比较时电路所需的响应速度。如图1所示，其中差分电容阵列包括连接到比较器正相输入端的第一电容阵列，以及连接到比较器反相输入端的第二电容阵列。在第一电容阵列中，有四个电容，分别是冗余电容C1和二进制结构电容C2、C3和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，包括：采样开关网络、与所述采样开关网络连接的差分电容阵列、与所述差分电容阵列连接的比较器、与所述比较器连接的逐次逼近控制逻辑和与所述逐次逼近控制逻辑连接的可配置电流源。

【技术特征摘要】
1.一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，包括：采样开关网络、与所述采样开关网络连接的差分电容阵列、与所述差分电容阵列连接的比较器、与所述比较器连接的逐次逼近控制逻辑和与所述逐次逼近控制逻辑连接的可配置电流源。2.根据权利要求1所述的一种比较器偏置电流可调的低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述可配置电流源包括一个以上的单位电流源和与所述单位电流源数量相等的开关，其中所有单位电流源的电流均为I，且每路电流源由一个相应开关控制，根据控制信号开关决定该路电流是否流入输出端口Ibias。3.根据权利要求2所述的一种比较器偏置电流可...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德鑫，于峰崎，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44