一种模数转换器及应用于SAR ADC的三电平开关方法技术

本发明专利技术公开了一种模数转换器及应用于SAR ADC的三电平开关方法，属于SAR ADC的电容型DAC技术领域，整个过程分为采样和转换两个阶段，采样阶段根据输入信号VIP和VIN通过采样开关分别连接到上电容阵列和下电容阵列的顶极板；转换阶段比较器对在上下电容阵列顶极板的电压进行MSB位至LSB位的比较，得出对应的数字码，根据数字码控制上下电容阵列中电容底极板的连接关系；经过N次比较获得到N位数字输出码。不同于大多数已发表的三电平开关方法，本发明专利技术采用了新的第三参考电平V

An analog to digital converter and three level switching method for SAR ADC

【技术实现步骤摘要】
一种模数转换器及应用于SARADC的三电平开关方法
本专利技术属于SARADC的电容型DAC
，尤其涉及一种模数转换器及应用于SARADC的三电平开关方法。
技术介绍
SARADC因其绝大部分电路都由数字电路组成，并且没有运放，能量效率很高，与先进工艺兼容。中等精度(8-12位)、中等采样速率(<1MHz)的SARADC被广泛地运用于生物医疗电子、可穿戴设备、可植入设备、便携式设备以及无线传感网节点等领域。SARADC的功耗主要来自于电容DAC、比较器和数字控制逻辑，而在低速下,电容DAC消耗的开关功耗占据了整体功耗的很大比例。在已有的研究中，提出了多种开关算法来减小电容DAC的开关功耗。其中，三电平的开关算法由于引入了第三参考电平，一般为0.5Vref，开关算法更加灵活，DAC的开关功耗往往较低，然而其电容面积的减少效果并不理想[1][2]。[1]Y.Zhuetal.:‘A10-bit100-MS/sReference-FreeSARADCin90nmCMOS’,IEEEJournalofSolid-StateCi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模数转换器，其特征在于：包含采样开关、电容阵列、比较器和数字控制逻辑；/n其中，电容阵列包括完全相同的上电容阵列和下电容阵列；输入信号VIP通过采样开关连接到上电容阵列的顶极板，输入信号VIN通过采样开关连接到下电容阵列的顶极板；上电容阵列的顶极板与比较器同相输入端相连，下电容阵列的顶极板与比较器的反相输入端相连；比较器的差分输出端通过数字控制逻辑后产生控制信号来控制上下电容阵列的底极板开关，使上电容阵列和下电容阵列的底极板连接到对应的参考电压上。/n

【技术特征摘要】
1.一种模数转换器，其特征在于：包含采样开关、电容阵列、比较器和数字控制逻辑；
其中，电容阵列包括完全相同的上电容阵列和下电容阵列；输入信号VIP通过采样开关连接到上电容阵列的顶极板，输入信号VIN通过采样开关连接到下电容阵列的顶极板；上电容阵列的顶极板与比较器同相输入端相连，下电容阵列的顶极板与比较器的反相输入端相连；比较器的差分输出端通过数字控制逻辑后产生控制信号来控制上下电容阵列的底极板开关，使上电容阵列和下电容阵列的底极板连接到对应的参考电压上。


2.根据权利要求1所述的一种模数转换器，其特征在于：所述上电容阵列和下电容阵列均包括两个完全相同的子电容阵列，其中，上电容阵列的两个子电容阵列分别命名为DACPH和DACPL；下电容阵列的两个子电容阵列分别命名为DACNH和DACNL；每一个子电容阵列包含一个最高位电容CN-5以及N-7个高位电容、次低位电容C1、最低位电容C0以及dummy电容Cd，且各电容大小为：Ci＝2iCu，其中0≤i≤N-5,dummy电容Cd＝Cu，其中N表示模数转换器的位数，Cu为单位电容大小。


3.一种基于权利要求1至2所述模数转换器的应用于SARADC的三电平开关方法，其特征在于，包括对于输入信号VIP和VIN，经过模数转换器的N次比较后，得到N位数字输出码，分为采样和转换两个阶段，具体包括以下步骤：
步骤A、采样阶段：
输入信号VIP和VIN通过采样开关分别连接到上电容阵列和下电容阵列的顶极板；上电容阵列的子电容阵列DACPH的所有电容底极板连接到Vref参考电压，而上电容阵列的子电容阵列DACPL的所有电容底极板连接到gnd；下电容阵列的子电容阵列DACNH的所有电容底极板连接到Vref参考电压，而下电容阵列的子电容阵列DACNL的所有电容底极板连接到gnd；
步骤B、转换阶段：
步骤B1，将模数转换器的采样开关断开，比较器直接对保持在上下电容阵列顶极板的输入信号VIP和VIN进行MSB位比较，得出相同的数字码DN-1，根据数字码DN-1控制上下电容阵列中电容底极板的连接关系；
情况一：若DN-1＝1，DACPH的所有电容由Vref连接到Vaq参考电压，而DACNL的所有电容由gnd连接到Vaq参考电压；则整个DAC的差分电压将减少1/2Vref；
情况二：若DN-1＝0，DACPL的所有电容由gnd连接到Vaq参考电压，而DACNH的所有电容由Vref连接到Vaq参考电压；则整个DAC的差分电压将增加1/2Vref；
步骤B2，比较器通过比较从步骤B1获取的上下电容阵列顶极板电压，得出数字码DN-2，根据数字码DN-1和DN-2控制上下电容阵列中电容底极板的连接关系；
步骤B3，比较器通过比较从步骤B2获取的上下电容阵列顶极板电压，得出数字码DN-3，根据数字码DN-1、DN-2和DN-3控制上下电容阵列中电容底极板的连接关系；
步骤B4，比较器通过比较从步骤B3获取的上下电容阵列顶极板电压，得出数字码DK，其中0≤K≤N-4，根据数字码DN-1和DK控制上下电容阵列中电容底极板的连接关系；且重复步骤B4，直至得出数字码D0。


4.根据权利要求3所述应用于SARADC的三电平开关方法，其特征在于：所述步骤B2，根据数字码DN-1和DN-2控制上下电容阵列中电容底极板的连接关系，具体为：
情况一：若DN...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建辉，黄琳琳，周畅，罗斯婕，黄毅，李红，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32