基于差分电容阵列的模数转换装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于差分电容阵列的模数转换装置及方法，该装置包括：比较器；与比较器的同相输入端相连的同相低位电容阵列和多个同相高位拆分电容，同相低位电容阵列中电容的电容值为C

【技术实现步骤摘要】
基于差分电容阵列的模数转换装置及方法
本专利技术涉及电容阵列开关
，尤其涉及一种基于差分电容阵列的模数转换装置及方法。
技术介绍
低功耗已经是现在芯片设计的主流趋势，而低电压低功耗模数转换器是移动设备、便携式医疗诊断、监测设备以及无线传感器的重要组成部分。这些便携式智能设备通常受限于体积和使用时间，因此通常通过工作在低电源电压下，已达到降低功耗的目的。相比于其它结构的模数转换器(Analog-to-digitalconverter，简称ADC)，逐次逼近型模数转换器(successiveapproximationADC，简称SARADC)是具有功耗低、尺寸小等优点。但传统电荷再分配SARADC的电容阵列电容值呈指数递增，不仅不利于电容面积的减小以及功耗的优化，而且会影响采样速率的提高。另外，较大的最高位电容会造成电路较大的负载，因此模拟前端需要有较大的驱动能力，从而使得整个逐次逼近模数转换器的功耗比较大。因此，有必要研究一种模数转换方法，以降低数据转换过程中所产生的功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于差分电容阵列的模数转换装置及方法，以解决现有技术中模数转换器在数据转换过程中所产生的功耗比较大的问题。为实现上述目的，本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术提供一种基于差分电容阵列的模数转换装置，包括：比较器；与所述比较器的同相输入端相连的同相低位电容阵列和多个同相高位拆分电容，同相低位电容阵列中电容的电容值为CPm＝2m-1C，每一同相高位拆分电容的电容值为2n-5C；与所述比较器的反相输入端相连的反相低位电容阵列和多个反相高位拆分电容，反相低位电容阵列中电容的电容值为CNm＝2m-1C，每一反相高位拆分电容的电容值为2n-5C；分别与所述同相低位电容阵列、多个同相高位拆分电容、反相低位电容阵列、多个反相高位拆分电容相连的开关选择单元，用于分别调节各个电容上的电压值；以及与所述比较器的输出端相连的逐渐逼近逻辑控制电路，用于控制所述开关选择单元与对应的电压单元相连；其中，m∈[1，n-4]，n大于或等于5，CP0＝C，CN0＝C。作为本专利技术的进一步改进，所述多个同相高位拆分电容和所述多个反相高位拆分电容的数量均为两个，且两个同相高位拆分电容相并联，两个反相高位拆分电容相并联。作为本专利技术的进一步改进，所述开关选择单元由与两个同相高位拆分电容对应连接的两个同相高位选择开关、与两个反相高位拆分电容对应连接的两个反相高位选择开关、与同相低位电容阵列中每一电容对应连接的同相低位选择开关以及与反相低位电容阵列中每一电容对应连接的反相低位选择开关构成。作为本专利技术的进一步改进，所述电压单元包括第一参考电压Vcm、第二参考电压Vref以及第三参考电压GND。作为本专利技术的进一步改进，所述模数转换装置的总电容值为2n-2C。作为本专利技术的进一步改进，在所述比较器进行第一次比较之前，两个同相高位选择开关和两个反相高位选择开关均连接至第三参考电压GND，同相低位选择开关和反相低位选择开关均连接至第一参考电压Vcm；在所述比较器进行第二次比较之前，基于第一次比较结果，两个反相高位选择开关或两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm，且反相低位选择开关或同相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref；在所述比较器进行第三次比较之前，基于第一次比较结果和第二次比较结果，两个反相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm，两个同相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm；其中，n＝5，同相低位电容阵列由电容CP1和电容CP0构成，反相低位电容阵列由电容CN1和电容CN0构成。作为本专利技术的进一步改进，第一次比较结果为1时，两个反相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm，反相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref；第一次比较结果为0时，两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm，同相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref。作为本专利技术的进一步改进，第一次比较结果为1且第二次比较结果为1时，两个反相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref；第一次比较结果为1且第二次比较结果为0时，两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm；第一次比较结果为0且第二次比较结果为1时，两个反相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm；第一次比较结果为0且第二次比较结果为0时，两个同相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref。作为本专利技术的进一步改进，在所述比较器进行第四次比较之前，基于第一次比较结果、第二次比较结果和第三次比较结果，与同相低位电容阵列的电容CP1相连的同相低位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm或第三参考电压GND，或与反相低位电容阵列的电容CN1相连的反相低位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm或第三参考电压GND；在所述比较器进行第五次比较之前，基于第一次比较结果、第二次比较结果、第三次比较结果和第四次比较结果，同相低位电容阵列的电容CP0下级板上的电压减小至第一参考电压Vcm的一半，或CP1下级板上的电压减小或增加至第一参考电压Vcm的一半；反相低位电容阵列的电容CN1或CN0下级板上的电压减小至第一参考电压Vcm的一半，或CN1下级板上的电压减小或增加至第一参考电压Vcm的一半。第二方面，提供一种基于差分电容阵列的模数转换方法，包括：控制开关选择单元切换连接至对应的电压单元；采集比较器的同相输入端和反相输入端的信号，所述比较器的同相输入端连接同相低位电容阵列和多个同相高位拆分电容，同相低位电容阵列的电容值为CPm＝2m-1C，m∈[1，n-4]，n大于或等于5，CP0＝C，每一同相高位拆分电容的大小为2n-5C，所述比较器的反相输入端连接反相低位电容阵列和多个反相高位拆分电容，反相低位电容阵列的电容值为CN(m)＝2m-1C，CN0＝C，每一反相高位拆分电容的大小为2n-5C；通过比较器对同相输入端的信号与反相输入端的信号进行比较，以输出同相输入端信号对应的数字信号或反相输入端信号对应的数字信号；其中，所述开关选择单元分别与所述同相低位电容阵列、多个同相高位拆分电容、反相低位电容阵列、多个反相高位拆分电容相连，以通过所述开关选择单元分别调节各个电容上的电压值。本专利技术实施例的有益效果为：本专利技术的基于差分电容阵列的模数转换装置中比较器的同相输入端连接有由电容值满足2m-1C的电容构成的同相低位电容阵列、电容值均为2n-5C的多个同相高位拆分电容，比较器的反相输入端连接有由电容值满足2m-1C的电容构成的反相低位电容阵列、电容值均为2n-5C的多个反相高位拆分电容，由此，本专利技术的电容阵列中的总电容值得到大幅度降低，从而降低模数转换过程所产生的损耗。其次，由于比较器的同相输入端所连接的多个同相高位拆分电容(比如两个同相高位拆分电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于差分电容阵列的模数转换装置，其特征在于，包括：/n比较器；/n与所述比较器的同相输入端相连的同相低位电容阵列和多个同相高位拆分电容，同相低位电容阵列中电容的电容值为C

【技术特征摘要】
1.一种基于差分电容阵列的模数转换装置，其特征在于，包括：
比较器；
与所述比较器的同相输入端相连的同相低位电容阵列和多个同相高位拆分电容，同相低位电容阵列中电容的电容值为CPm＝2m-1C，每一同相高位拆分电容的电容值为2n-5C；
与所述比较器的反相输入端相连的反相低位电容阵列和多个反相高位拆分电容，反相低位电容阵列中电容的电容值为CNm＝2m-1C，每一反相高位拆分电容的电容值为2n-5C；
分别与所述同相低位电容阵列、多个同相高位拆分电容、反相低位电容阵列、多个反相高位拆分电容相连的开关选择单元，用于分别调节各个电容上的电压值；以及
与所述比较器的输出端相连的逐渐逼近逻辑控制电路，用于控制所述开关选择单元与对应的电压单元相连；
其中，m∈[1，n-4]，n大于或等于5，CP0＝C，CN0＝C。


2.根据权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，
所述多个同相高位拆分电容和所述多个反相高位拆分电容的数量均为两个，且两个同相高位拆分电容相并联，两个反相高位拆分电容相并联。


3.根据权利要求2所述的模数转换装置，其特征在于，
所述开关选择单元由与两个同相高位拆分电容对应连接的两个同相高位选择开关、与两个反相高位拆分电容对应连接的两个反相高位选择开关、与同相低位电容阵列中每一电容对应连接的同相低位选择开关以及与反相低位电容阵列中每一电容对应连接的反相低位选择开关构成。


4.根据权利要求2所述的模数转换装置，其特征在于，
所述电压单元包括第一参考电压Vcm、第二参考电压Vref以及第三参考电压GND。


5.根据权利要求4所述的模数转换装置，其特征在于，
所述模数转换装置的总电容值为2n-2C。


6.根据权利要求4所述的模数转换装置，其特征在于，
在所述比较器进行第一次比较之前，两个同相高位选择开关和两个反相高位选择开关均连接至第三参考电压GND，同相低位选择开关和反相低位选择开关均连接至第一参考电压Vcm；
在所述比较器进行第二次比较之前，基于第一次比较结果，两个反相高位选择开关或两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm，且反相低位选择开关或同相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref；
在所述比较器进行第三次比较之前，基于第一次比较结果和第二次比较结果，两个反相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm，两个同相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm；
其中，n＝5，同相低位电容阵列由电容CP1和电容CP0构成，反相低位电容阵列由电容CN1和电容CN0构成。


7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁兰，钱香，魏巍，于志宏，
申请(专利权)人：无锡科技职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32