一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，包括：比较器、第一控制逻辑单元、第二控制逻辑单元、自举开关K1、自举开关K2、第一电容组、第二电容组、第三电容组、第四电容组和参考电压端。本发明专利技术通过将第二电容组和第四电容组在第一次切换完成后接入比较器两端，使得第一次切换过程不产生任何功耗，并且使电压完成再分配，完成其余位数的切换过程，减小了功耗，而且本发明专利技术采用二进制结构电容，桥接电容为单位电容，避免了桥接电容为分数电容时的问题，以电源电压Vref，共模电压Vcm和地电压GND三种电位所实现开关时序，从而进一步降低电容数量，提高了精度，实现了相对于传统时序99％以上的时序功耗缩减。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器
本专利技术属于数模混合集成电路设计领域，具体涉及一种基于电荷再分配的超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，successiveapproximationregisterAnalogtoDigital)，是在每一次转换过程中，通过遍历所有的量化值并将其转化为模拟值，将输入信号与其逐一比较，最终得到要输出的数字信号。由于逐次逼近型模数转换器的结构简单，功耗低等优点，因此，逐次逼近型模数转换器在可穿戴设备和医疗器械等低功耗需求领域被广泛采用。目前，以电荷再分配为基础的电容阵列广泛应用于SARADC中，因为它们不仅可以避免消耗静态电流，而且可以提供高精度，并且与现代CMOS工艺兼容。随着工艺的发展，晶体管电路所消耗的功耗越来越低，相比之下，电容阵列的采样和切换却成为了逐次逼近型模数转换器功耗的主要来源之一，传统的逐次逼近型模数转换器会产生较大的功耗，而且使用的电容数量也过于多，会占用很大的芯片面积，而近些年对逐次逼近型模数转换器的采样电容阵列的绝大部分研究也仅仅是针对低功耗，电容数量较多，导致芯片的成本增大等问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，包括：比较器、第一控制逻辑单元、第二控制逻辑单元、自举开关K1、自举开关K2、第一电容组、第二电容组、第三电容组、第四电容组和参考电压端；其中，所述第一电容组分别连接所述比较器的正向输入端和所述参考电压端；所述第二电容组连接所述比较器的正向输入端或所述参考电压端；所述第三电容组分别连接所述比较器的反向输入端和所述参考电压端；所述第四电容组连接所述比较器的反向输入端或所述参考电压端；所述自举开关K1连接所述比较器的正向输入端；所述自举开关K2连接所述比较器的反响输入端；所述比较器的输出端分别连接所述第一控制逻辑单元和所述第二控制逻辑单元；所述第一逻辑控制单元分别连接所述自举开关K1、所述第一电容组和所述第二电容组；所述第二逻辑控制单元分别连接所述自举开关K2、所述第三电容组和所述第四电容组。在本专利技术的一个实施例中，所述第一电容组包括第一电容阵列和第一开关组；所述第一电容阵列的上极板连接所述比较器的正向输入端；所述第一电容阵列的下极板通过所述第一开关组连接所述参考电压端；所述第二电容组包括第二电容阵列和第二开关组；所述第二电容阵列的上极板相互连接；所述第二电容阵列的下极板通过所述第二开关组连接所述参考电压端或所述比较器的正向输入端。所述第三电容组包括第三电容阵列和第三开关组；所述第三电容阵列的上极板连接所述比较器的反向输入端；所述第三电容阵列的下极板通过所述第三开关组连接所述参考电压端；所述第四电容组包括第四电容阵列和第四开关组；所述第四电容阵列的上极板相互连接；所述第四电容阵列的下极板通过所述第四开关组连接所述参考电压端或所述比较器的正向输入端。在本专利技术的一个实施例中，所述第一电容阵列包括：电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容单元C14；所述第一开关组包括：开关K10、开关K11、开关K12、开关K13和开关单元K14；其中，所述电容C11、所述电容C12和所述电容C13为二进制结构电容，所述电容C10为冗余电容；所述电容C1i的上极板连接所述比较器的正向输入端，所述电容C1i的下极板通过所述开关K1i连接所述参考电压端，i为小于等于3的自然数；所述电容单元C14上极板连接所述比较器的正向输入端；所述电容单元C14下极板通过所述开关单元K14连接所述参考电压端。在本专利技术的一个实施例中，所述电容单元C14包括：电容C141、电容C142、电容C143和电容C144；所述开关单元K14包括：开关K141、开关K142、开关K143和开关K144；其中，所述电容C14j的上极板连接所述比较器的正向输入端，所述电容C14j的下极板通过所述开关K14j连接所述参考电压端，j为大于等于1，小于等于4的自然数。在本专利技术的一个实施例中，所述第二电容阵列包括：电容C20、电容C21、电容C22、电容C23和电容单元C24；所述第二开关组包括：开关K20、开关K21、开关K22、开关K23和开关单元K24；其中，所述电容C21、所述电容C22和所述电容C23为二进制结构电容，所述电容C20为桥接电容；所述电容C20、所述电容C21、所述电容C22、所述电容C23和所述电容单元C24的上极板相互连接；所述电容C21、所述电容C22、所述电容C23和所述电容单元C24的下极板分别依次通过所述开关K21、所述开关K22、所述开关K23和所述开关单元K24连接所述参考电压端；所述电容C20下极板通过所述开关K20连接所述参考电压端或所述比较器的正向输入端。在本专利技术的一个实施例中，所述电容单元C24包括：电容C241、电容C242、电容C243和电容C244；所述开关单元K24包括：开关K241、开关K242、开关K243和开关K244；其中，所述电容C24j的上极板相互连接，所述电容C24j的下极板通过所述开关K24j连接所述参考电压端，j为大于等于1，小于等于4的自然数。在本专利技术的一个实施例中，所述第三电容阵列包括：电容C30、电容C31、电容C32、电容C33和电容单元C34；所述第三开关组包括：开关K30、开关K31、开关K32开关K33和开关单元K34；其中，所述电容C31、所述电容C32和所述电容C33为二进制结构电容，所述电容C30为冗余电容；所述电容C3i的上极板连接所述比较器的反向输入端，所述电容C3i的下极板通过所述开关K3i连接所述参考电压端，i为小于等于3的自然数；所述电容单元C34上极板连接所述比较器的反向输入端；所述电容单元C34下极板通过所述开关单元K34连接所述参考电压端。在本专利技术的一个实施例中，所述电容单元C34包括：电容C341、电容C342、电容C343和电容C344；所述开关单元K34包括：开关K341、开关K342、开关K343和开关K344；其中，所述电容C34j的上极板连接所述比较器的反向输入端，所述电容C34j的下极板通过所述开关K34j连接所述参考电压端，j为大于等于1，小于等于4的自然数。在本专利技术的一个实施例中，所述第四电容阵列包括：电容C40、电容C41、电容C42、电容C43和电容单元C44；所述第四开关组包括：开关K40、开关K41、开关K42、开关K43和开关单元K44；其中，所述电容C41、所述电容C42和所述电容C43为二进制结构电容，所述电容C40为桥接电容；所述电容C40、所述电容C41、所述电容C42、所述电容C43和所述电容单元C44的上极板相互连接；所述电容C41、所述电容C42、所述电容C43和所述电容单元C44的下极板分别依次通过所述开关K41、所述开关K42、所述开关K43和所述开关单元K44连接所述参考电压端；所述电容C40下极板通过所述开关K40连接所述参考电压端或所述比较器的正向输入端。在本专利技术的一个实施例中，所述电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，包括：比较器、第一控制逻辑单元、第二控制逻辑单元、自举开关K1、自举开关K2、第一电容组、第二电容组、第三电容组、第四电容组和参考电压端；其中，所述第一电容组分别连接所述比较器的正向输入端和所述参考电压端；所述第二电容组连接所述比较器的正向输入端或所述参考电压端；所述第三电容组分别连接所述比较器的反向输入端和所述参考电压端；所述第四电容组连接所述比较器的反向输入端或所述参考电压端；所述自举开关K1连接所述比较器的正向输入端；所述自举开关K2连接所述比较器的反响输入端；所述比较器的输出端分别连接所述第一控制逻辑单元和所述第二控制逻辑单元；所述第一逻辑控制单元分别连接所述自举开关K1、所述第一电容组和所述第二电容组；所述第二逻辑控制单元分别连接所述自举开关K2、所述第三电容组和所述第四电容组。

【技术特征摘要】
1.一种基于电荷再分配的超低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，包括：比较器、第一控制逻辑单元、第二控制逻辑单元、自举开关K1、自举开关K2、第一电容组、第二电容组、第三电容组、第四电容组和参考电压端；其中，所述第一电容组分别连接所述比较器的正向输入端和所述参考电压端；所述第二电容组连接所述比较器的正向输入端或所述参考电压端；所述第三电容组分别连接所述比较器的反向输入端和所述参考电压端；所述第四电容组连接所述比较器的反向输入端或所述参考电压端；所述自举开关K1连接所述比较器的正向输入端；所述自举开关K2连接所述比较器的反响输入端；所述比较器的输出端分别连接所述第一控制逻辑单元和所述第二控制逻辑单元；所述第一逻辑控制单元分别连接所述自举开关K1、所述第一电容组和所述第二电容组；所述第二逻辑控制单元分别连接所述自举开关K2、所述第三电容组和所述第四电容组。2.根据权利要求1所述的超低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述第一电容组包括第一电容阵列和第一开关组；所述第一电容阵列的上极板连接所述比较器的正向输入端；所述第一电容阵列的下极板通过所述第一开关组连接所述参考电压端；所述第二电容组包括第二电容阵列和第二开关组；所述第二电容阵列的上极板相互连接；所述第二电容阵列的下极板通过所述第二开关组连接所述参考电压端或所述比较器的正向输入端。所述第三电容组包括第三电容阵列和第三开关组；所述第三电容阵列的上极板连接所述比较器的反向输入端；所述第三电容阵列的下极板通过所述第三开关组连接所述参考电压端；所述第四电容组包括第四电容阵列和第四开关组；所述第四电容阵列的上极板相互连接；所述第四电容阵列的下极板通过所述第四开关组连接所述参考电压端或所述比较器的正向输入端。3.根据权利要求2所述的超低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述第一电容阵列包括：电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容单元C14；所述第一开关组包括：开关K10、开关K11、开关K12、开关K13和开关单元K14；其中，所述电容C11、所述电容C12和所述电容C13为二进制结构电容，所述电容C10为冗余电容；所述电容C1i的上极板连接所述比较器的正向输入端，所述电容C1i的下极板通过所述开关K1i连接所述参考电压端，i为小于等于3的自然数；所述电容单元C14上极板连接所述比较器的正向输入端；所述电容单元C14下极板通过所述开关单元K14连接所述参考电压端。4.根据权利要求3所述的超低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述电容单元C14包括：电容C141、电容C142、电容C143和电容C144；所述开关单元K14包括：开关K141、开关K142、开关K143和开关K144；其中，所述电容C14j的上极板连接所述比较器的正向输入端，所述电容C14j的下极板通过所述开关K14j连接所述参考电压端，j为大于等于1，小于等于4的自然数。5.根据权利要求2所述的超低功耗逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述第二电容阵列包括：电容C20、电容C21、电容C22、电容C23和电容单元C24；所述第二开关组包括：开关K20、开关K21、开关K22、开关K23和开关单元K24；其中，所述电容C21、所述电容C22和所述电容C23为二进制结构电容，所述电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁瑞雪，董绍鹏，党力，刘术彬，朱樟明，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61