电容阵列的控制方法、电容阵列及逐次逼近型模数转换器技术

本申请公开了一种电容阵列的控制方法、电容阵列及逐次逼近型模数转换器，该方法包括在待转换模拟信号采样阶段，控制正端电容阵列中的每一正端电容的下极板接收第一参考电平信号，以及负端电容阵列中的每一负端电容的下极板接地；待转换模拟信号采样结束后，控制负端电容的下极板由接地切换为接收第一参考电平信号。本申请的方法通过使SAR

【技术实现步骤摘要】
电容阵列的控制方法、电容阵列及逐次逼近型模数转换器


[0001]本申请涉及模拟数字转换
，具体涉及一种电容阵列的控制方法、电容阵列及逐次逼近型模数转换器。

技术介绍

[0002]模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)是能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号如温度、压力、声音或者图像等，通常需要转换成数字信号形式以便于储存、处理和发射。ADC按工作原理可以分为直接ADC和间接ADC，其中，逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Register ADC，SAR
‑
ADC)又称为二进制搜索ADC是一种直接ADC，凭借着其较低的功耗以及较小的芯片面积，占据着大部分中高分辨率和中高转换速率的ADC市场。
[0003]SAR
‑
ADC主要包括采样保持电路、比较器、数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)电路、SAR逻辑控制电路以及时钟和时序控制电路，其中，采样保持电路由采样开关和采样电容构成(通常采样电容由DAC电路的DAC电容阵列实现)，用于将输入模拟信号采样到采样电容上；比较器用来比较输入信号与参考信号的大小，输出“0”或“1”一方面用于控制DAC电容阵列的切换，另一方面存入寄存器等待得到N位数字码后同时输出；DAC电路是一组二进制权重的电容阵列，由比较器输出控制切换电容上/下极板上的电压，使参考信号以二进制的方式逐次逼近输入信号，此时输出的二进制码即为当前模拟输入对应的数字输出。
[0004]传统的DAC电容阵列的开关算法在对有较大直流分量的小幅度输入信号进行量化时，由于输入信号的幅度变换范围所占ADC输入动态范围较少，因此经ADC量化后复原的模拟信号还原度很低，表现在ADC性能上则为有效位数的缺失。
[0005]为避免这一问题，相关技术中通过加法器加入直流信号来降低输入信号的电压偏置以及通过运算放大器来扩宽输入信号的幅度变化范围使输入信号匹配ADC的输入动态范围。但是，这样的解决方案不仅牺牲了SAR
‑
ADC电路面积小的优势，还导致了电路成本的增加。

技术实现思路

[0006]鉴于以上问题，本申请提供一种电容阵列的控制方法、电容阵列及逐次逼近型模数转换器，旨在解决上述技术问题。
[0007]第一方面，本申请提供一种电容阵列的控制方法，该电容阵列应用于SAR
‑
ADC，电容阵列包括与比较器的正端连接的正端电容阵列以及与比较器的负端连接的负端电容阵列，方法包括：
[0008]在待转换模拟信号采样阶段，控制正端电容阵列中的每一正端电容的下极板接收第一参考电平信号，以及负端电容阵列中的每一负端电容的下极板接地；第一参考电平信号的幅值小于SAR
‑
ADC的量化量程最大值；
[0009]待转换模拟信号采样结束后，控制负端电容的下极板由接地切换为接收第一参考电平信号。
[0010]在本申请一种可能的实现方式中，电容阵列的控制方法还包括：
[0011]在对待转换模拟信号进行模数转换时，根据比较器的正端和负端之间的电平关系控制目标正端电容的下极板或目标负端电容的下极板由接收第一参考电平信号切换为接收第二参考电平信号；目标正端电容为正端电容阵列中排列位数与比较器的当前输出结果的数据位相对应的正端电容，目标负端电容为负端电容阵列中排列位数与当前输出结果的数据位相对应的负端电容，第二参考电平信号的幅值为SAR
‑
ADC的量化量程最大值。
[0012]在本申请一种可能的实现方式中，根据比较器的正端和负端之间的电平关系控制目标正端电容的下极板或目标负端电容的下极板由接收第一参考电平信号切换为接收第二参考电平信号，包括：
[0013]若比较器的正端电平大于比较器的负端电平，则控制目标负端电容的下极板由接收第一参考电平信号切换为接收第二参考电平信号；
[0014]若比较器的正端电平小于比较器的负端电平，则控制目标正端电容的下极板由接收第一参考电平信号切换为接收第二参考电平信号。
[0015]第二方面，本申请还提供一种电容阵列，该电容阵列应用于SAR
‑
ADC，电容阵列包括与比较器的正端连接的正端电容阵列以及与比较器的负端连接的负端电容阵列；
[0016]在待转换模拟信号采样阶段，正端电容阵列中的每一正端电容的下极板均与第一输入端之间电性导通，负端电容阵列中的每一负端电容的下极板均与接地端之间电性导通；第一输入端为第一参考电平信号的输入端，第一参考电平信号的幅值小于SAR
‑
ADC的量化量程最大值；
[0017]待转换模拟信号采样结束后，负端电容的下极板由与接地端之间电性导通切换为与第一输入端之间电性导通。
[0018]在本申请一种可能的实现方式中，正端电容阵列中的每一正端电容的下极板分别连接有第一选择开关，负端电容阵列中的每一负端电容的下极板分别连接有第二选择开关；
[0019]第一选择开关，用于在待转换模拟信号采样阶段，响应于第一控制信号使正端电容的下极板与第一输入端之间电性导通；
[0020]第二选择开关，用于在待转换模拟信号采样阶段，响应于第一控制信号使负端电容的下极板与接地端之间电性导通，以及在待转换模拟信号采样结束后，响应于第二控制信号使负端电容的下极板由与接地端之间电性导通切换为与第一输入端之间电性导通。
[0021]在本申请一种可能的实现方式中，在对待转换模拟信号进行模数转换时，第一选择开关用于根据比较器的正端和负端之间的电平关系切换目标正端电容的下极板的连接端；目标正端电容为正端电容阵列中排列位数与比较器的当前输出结果的数据位相对应的正端电容；
[0022]第二选择开关用于根据比较器的正端和负端之间的电平关系切换目标负端电容的下极板的连接端；目标负端电容为负端电容阵列中排列位数与当前输出结果的数据位相对应的负端电容。
[0023]在本申请一种可能的实现方式中，第二选择开关用于在比较器的正端电平大于比
较器的负端电平时，响应于第三控制信号使目标负端电容的下极板由与第一输入端之间电性导通切换为与第二输入端之间电性导通；第二输入端为第二参考电平信号的输入端，第二参考电平信号的幅值为SAR
‑
ADC的量化量程最大值；
[0024]第一选择开关用于在比较器的正端电平小于比较器的负端电平时，响应于第四控制信号使目标正端电容的下极板由与第一输入端之间电性导通切换为与第二输入端之间电性导通。
[0025]在本申请一种可能的实现方式中，正端电容的上极板与比较器的正端连接，且还通过第一采样开关与待转换模拟信号的正输入端连接；
[0026]负端电容的上极板与比较器的负端连接，且还通过第二采样开关与待转换模拟信号的负输入端连接。
[0027]第三方面，本申请还提供一种SAR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容阵列的控制方法，其特征在于，所述电容阵列应用于逐次逼近型模数转换器，所述电容阵列包括与比较器的正端连接的正端电容阵列以及与所述比较器的负端连接的负端电容阵列，所述方法包括：在待转换模拟信号采样阶段，控制所述正端电容阵列中的每一正端电容的下极板接收第一参考电平信号，以及所述负端电容阵列中的每一负端电容的下极板接地；所述第一参考电平信号的幅值小于所述逐次逼近型模数转换器的量化量程最大值；所述待转换模拟信号采样结束后，控制所述负端电容的下极板由接地切换为接收所述第一参考电平信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在对所述待转换模拟信号进行模数转换时，根据所述比较器的正端和负端之间的电平关系控制目标正端电容的下极板或目标负端电容的下极板由接收所述第一参考电平信号切换为接收第二参考电平信号；所述目标正端电容为所述正端电容阵列中排列位数与所述比较器的当前输出结果的数据位相对应的正端电容，所述目标负端电容为所述负端电容阵列中排列位数与所述当前输出结果的数据位相对应的负端电容，所述第二参考电平信号的幅值为所述逐次逼近型模数转换器的量化量程最大值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较器的正端和负端之间的电平关系控制目标正端电容的下极板或目标负端电容的下极板由接收所述第一参考电平信号切换为接收第二参考电平信号，包括：若所述比较器的正端电平大于所述比较器的负端电平，则控制所述目标负端电容的下极板由接收所述第一参考电平信号切换为接收所述第二参考电平信号；若所述比较器的正端电平小于所述比较器的负端电平，则控制所述目标正端电容的下极板由接收所述第一参考电平信号切换为接收所述第二参考电平信号。4.一种电容阵列，其特征在于，所述电容阵列应用于逐次逼近型模数转换器，所述电容阵列包括与比较器的正端连接的正端电容阵列以及与所述比较器的负端连接的负端电容阵列；在待转换模拟信号采样阶段，所述正端电容阵列中的每一正端电容的下极板均与第一输入端之间电性导通，所述负端电容阵列中的每一负端电容的下极板均与接地端之间电性导通；所述第一输入端为第一参考电平信号的输入端，所述第一参考电平信号的幅值小于所述逐次逼近型模数转换器的量化量程最大值；所述待转换模拟信号采样结束后，所述负端电容的下极板由与所述接地端之间电性导通切换为与所述第一输入端之间电性导通。5.根据权利要求4所述的电容阵列，其特征在于，所述正端电容阵列中的每一正端电容的下极板分别连接有第一选择开关，所述负端电容阵列中的每一负端电容的下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丰俊，蔡冲，
申请(专利权)人：武汉市聚芯微电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：