一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法技术

本发明专利技术请求保护一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器中的电容开关方法，属于模拟集成电路设计领域，用于差分电容阵列的开关逻辑的设计。本发明专利技术所设计的低共模电压变化的逐次逼近模数转换器，通过特殊的开关顺序设计，不增加额外的电路与功耗。在获得优异的工作性能的同时，使得整个工作中比较器输入端共模电压变化幅度较传统及众多改进型电容开关有大幅下降。比较器输入端较低的共模电压变化，非常有利于高精度的逐次逼近模数转换器中带有前置放大器的比较器的正常工作，从而提高转换器的整体性能。本发明专利技术所设计的电容开关适用性强，可适用于大多数差分电容阵列结构的逐次逼近模数转换电路，并且同时适用电容上极板采样和下极板采样模式。和下极板采样模式。和下极板采样模式。

【技术实现步骤摘要】
一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法


[0001]本专利技术属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种差分电容式逐次逼近模数转换器的电容开关设计。

技术介绍

[0002]电容式DAC是目前逐次逼近模数转换器最主流的设计方案，图2为一个标准的逐次逼近模数转换器结构图。在10位以上的较高精度的逐次逼近模数转换器中，由于比较器锁存级的失调电压远远大于转换器要分辨的最小电压，比较器前面都需要增加一级到多级的前置放大器来将电容DAC提供的电压差值放大，从而盖过比较器锁存级的失调电压，同时能够有效减小锁存级回踢噪声对电容DAC的影响。然而，放大器电路都有合适的共模电压工作范围，通常都不会太大，增益降幅3dB以内的总范围一般不超过超出范围就会使得放大器性能急剧下降，甚至无法工作，从而影响到整个转换器的工作。以结构简单，功耗低为特点的逐次逼近模数转换器，也不值得为此使用高复杂度与功耗的专门放大器来缓解问题。传统型电容DAC开关设计的共模变化范围高到和整个量程一致，近年来不少对电容DAC开关的改进都着重于功耗的改进，提高了在低精度模数转换器中的表现，共模电压变化虽有所降低，但仍然难以满足高精度模数转换器需要的放大器正常工作条件。因此，现行设计常常通过牺牲电压范围，缩小转换范围来限制共模电压变化幅度，以保证较高精度逐次逼近模数转换器设计中，比较器前置放大器的正常工作。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法。本专利技术的技术方案如下：
[0004]一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法，其包括：采用上极板的采样方式或下极板的采样方式对输入信号采样，采样完成后采用本专利所述逐次逼近开关方法完成模数转换，其中上极板的采样方式为保持所有电容接入V
ref
的情况下，直接在比较器输入端对信号进行采样，如图3所示。下极板的采样方式为在比较器输入端接入V
cm
，在电容下极板对输入信号进行采样，如图4所示，之后断开V
cm
，并使电容下极板回到V
ref
完成对输入信号的采样。其中模数转换使用比较器以及控制开关的逻辑电路依照本专利所述方法进行逐次逼近转换。
[0005]进一步的，当采用上极板的采样方式时，对于任何上极板采样的差分式电容阵列，首先电容对输入信号采样；采样时，采样期间，最高位的一组电容接入GND，其余所有电容接入V
ref
参考电压；采样结束后进入保持阶段，此时V
xp
＝V
ip
，V
xn
＝V
in
，其中V
xp
、V
xn
分别为比较器正、负输入端电压，V
ip
、V
in
为差分输入信号正负端电压，再进入到准备比较的状态。
[0006]进一步的，当采用下极板的采样方式时：对于任何上极板采样的差分式电容阵列，首先电容对输入信号采样；采样时V
xp
和V
xn
接入V
cm
，V
cm
为参考电压，V
xp
侧所有MSB段电
容下极板接V
in
，V
xn
侧所有MSB段电容下极板接V
ip
，而两侧所有LSB段电容保持在V
ref
，其中V
xp
、V
xn
分别为比较器正、负输入端电压，V
ip
、V
in
为差分输入信号正负端电压；之后，断开V
cm
，再将最高位的一组电容接入GND，其余所有电容接入V
ref
，进入保持阶段，此时，V
xp
＝V
ref
‑
V
in
，V
xn
＝V
ref
‑
V
ip
，而V
xp
‑
V
xn
＝V
ip
‑
V
in
，进入到准备比较的状态。
[0007]进一步的，所述采用模数转换进行转换具体包括：采样完后直接进行第一次比较，如果第一次比较结果为1，即V
xp
＞V
xn
，则将负输入端，即V
xn
侧的最高位电容C1由GND接入V
ref
，此时而而准备进行第二次比较；如果第一次比较结果为0，即V
xp
＜V
xn
，则将正输入端，即V
xp
侧的最高位电容C1由GND接入V
ref
，此时而准备进行第二次比较；而第二次比较的结果，将决定后续只对正负输入端某一侧的电容进行操作，直到转换完成；且无论第一次的结果如何，后续的操作都相同。
[0008]进一步的，如果第二次的比较结果为1，即V
xp
＞V
xn
，则将正输入侧，即V
xp
侧次高位的电容C2由V
ref
接入GND；此时V
xp
下降即再进行第三次比较，如果比较结果为1，则继续将下一位电容C3由V
ref
接入GND，此时再准备进行下一次比较；而如果第三次比较结果为0，则将上一位的电容即C2由GND调回V
ref
后，再将下一位电容C3由V
ref
接入GND，此时再准备进行下一次比较；后续不断重复这个过程，即第N次的比较结果为1时，将电容CN由V
ref
接入GND，然后继续比较；而第N次的比较结果为0时，将上一位的电容即C(N
‑
1)由GND调回V
ref
后，再将下一位电容CN由V
ref
接入GND，然后继续比较，直到所有位比较完成。
[0009]进一步的，如果第二次的比较结果为0，即V
xp
＜V
xn
，则将负输入侧，即V
xn
侧次高位的电容C2由V
ref
接入GND。此时V
xn
下降即再进行第三次比较，如果比较结果为0，则继续将下一位电容C3由V
ref
接入GND，此时再准备进行下一次比较；而如果第三次比较结果为1，则将上一位的电容即C2由GND调回V
ref
后，再将下一位电容C3由V
ref
接入GND，此时再准备进行下一次比较；后续不断重复这个过程，即第N次的比较结果为0时，将电容CN由V
ref
接入GND，然后继续比较；而第N次的比较结果为1时，将上一位的电容即C(N
‑
1)由GND调回V
ref
后，再将下一位电容CN由V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法，其特征在于，包括：采用上极板的采样方式或下极板的采样方式对输入信号采样，采样完成后采用所述逐次逼近开关方法完成模数转换，其中上极板的采样方式为保持所有电容接入V
ref
的情况下，直接在比较器输入端对信号进行采样，下极板的采样方式为在比较器输入端接入V
cm
，在电容下极板对输入信号进行采样，之后断开V
cm
，并使电容下极板回到V
ref
完成对输入信号的采样，其中模数转换使用比较器以及控制开关的逻辑电路进行逐次逼近转换。2.根据权利要求1所述的一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法，其特征在于，当采用上极板的采样方式时，对于任何上极板采样的差分式电容阵列，首先电容对输入信号采样；采样时，采样期间，最高位的一组电容接入GND，其余所有电容接入V
ref
参考电压；采样结束后进入保持阶段，此时V
xp
＝V
ip
，V
xn
＝V
in
，其中V
xp
、V
xn
分别为比较器正、负输入端电压，V
ip
、V
in
为差分输入信号正负端电压，再进入到准备比较的状态。3.根据权利要求2所述的一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法，其特征在于，当采用下极板的采样方式时：对于任何上极板采样的差分式电容阵列，首先电容对输入信号采样；采样时V
xp
和V
xn
接入V
cm
，V
cm
为参考电压，V
xp
侧所有MSB段电容下极板接V
in
，V
xn
侧所有MSB段电容下极板接V
ip
，而两侧所有LSB段电容保持在V
ref
，其中V
xp
、V
xn
分别为比较器正、负输入端电压，V
ip
、V
in
为差分输入信号正负端电压；之后，断开V
cm
，再将最高位的一组电容接入GND，其余所有电容接入V
ref
，进入保持阶段，此时，V
xp
＝V
ref
‑
V
in
，V
xn
＝V
ref
‑
V
ip
，而V
xp
‑
V
xn
＝V
ip
‑
V
in
，进入到准备比较的状态。4.根据权利要求2或3所述的一种低共模电压变化的逐次逼近模数转换器电容开关方法，其特征在于，所述采用模数转换进行转换具体包括：采样完后直接进行第一次比较，如果第一次比较结果为1，即V
xp
>V
xn
，则将负输入端，即V
xn
侧的最高位电容C1由GND接入V
ref
，此时而准备进行第二次比较；如果第一次比较结果为0，即V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，刘博文，赵汝法，樊琦，
申请(专利权)人：重庆中易智芯科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：