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应用于高速高精度SAR ADC的开关电容阵列制造技术

技术编号:40079552 阅读:9 留言:0更新日期:2024-01-17 02:20
本发明专利技术公开了应用于高速高精度SAR ADC的开关电容阵列,属于SAR ADC的电容技术领域,其采用桥接结构来减小总电容面积,该开关电容阵列包括:采样电容C<subgt;x[n‑1]</subgt;,C<subgt;x[n‑2]</subgt;,C<subgt;x[n‑3]</subgt;,C<subgt;x[n‑4]</subgt;、非采样电容C<subgt;z[n‑5]</subgt;,C<subgt;y[n‑i]</subgt;,C<subgt;y[n‑i‑1]</subgt;,C<subgt;y[n‑i‑2]</subgt;,C<subgt;z[n‑i‑3]</subgt;和冗余位电容C<subgt;zr[n‑4]</subgt;、C<subgt;zr[n‑i‑2]</subgt;。通过重点优化开关电容阵列中大电容部分的参考电平建立速度问题,并结合冗余电容缓解大电容快速建立时候的精度问题,使得总电容在面积上能够比传统方案明显减小,且能够允许更快的转换速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于sar adc的电容,具体涉及应用于高速高精度sar adc的开关电容阵列。


技术介绍

1、输入轨到轨的adc(analog to digital converter)有最大的输入范围,在测量等应用获得广泛使用。为了配合输入范围,其参考电压(vref)通常会通过片外基准源外灌来获得接近电源电压的精准参考电平。由于芯片管脚的寄生电感、寄生电阻会限制adc中电容阵列dac(digital to analog converter)的建立速度。传统方案需要在芯片上放置跟adc本身面积比拟的大尺寸去耦电容,且还需要对芯片的封装提出了较高的要求。

2、图1为传统的高精度sar adc电容阵列,由于sar adc的精度较高,会要求其开关电容建立时需要达到较高的精度;同时由于sar adc的精度高,其单位电容的取值会较大,如16bit adc其采样电容会达到十几pf的电容,其msb(most significant bit)位就已经>5pf,大电容的建立过程会对外置参考电压抽拉较大的电流,经由封装的寄生电感产生扰动电压,使得dac上的电压需要长时间建立。传统解决方案会在芯片上放达到nf级别的大面积去偶电容,并要求参考电压pin上的封装电感足够小,从而增加了封装成本。


技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供应用于高速高精度sar adc的开关电容阵列,以解决重点优化电容阵列中大电容部分的参考电平建立速度问题,并结合冗余电容缓解大电容快速建立时候的精度问题。

2、为实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:应用于高速高精度sar adc的开关电容阵列,其采用桥接结构来减小总电容面积,该开关电容阵列包括:采样电容cx[n-1],cx[n-2],cx[n-3],cx[n-4]、非采样电容cz[n-5],cy[n-i],cy[n-i-1],cy[n-i-2],cz[n-i-3]和冗余位电容czr[n-4]、czr[n-i-2];

3、采样电容,包含dac电容cxn[n-1],cxp[n-1]、采样开关sin[n-1],sip[n-1]、高精度参考开关svn[n-1],svp[n-1]、快速转换开关scn[n-1],scp[n-1]、本位dac电容cxn[n-1]/cxp[n-1]对应的参考电压存储电容cr[n-1]、存储电容开关srn,srp、dac电容顶板开关stp,stn;

4、冗余位电容,其包含dac电容czn[n-j],czp[n-j]、共模开关sin[n-j],sip[n-j]、高精度参考开关svn[n-j],svp[n-j]、dac电容顶板开关stp,stn。

5、优选地,该开关电容阵列中,非采样电容cz[n-5],cy[n-i],cy[n-i-1],cy[n-i-2],cz[n-i-3]与采样电容cx[n-1],cx[n-2],cx[n-3],cx[n-4]的区别在于采样开关sin[n-1],sip[n-1]是连接到vcm电平而非输入信号vinp/vinn。

6、优选地,dac电容cxn[n-1]/cxp[n-1]电容值为2n-1*cu,cu为sar adc的单位电容。

7、优选地,该开关电容阵列中,冗余位电容czr[n-4]的电容值与普通开关电容cz[n-4]的电容值相同,且普通开关电容cz[n-5]及cb之前的开关其结构都跟czr[n-4]一致。

8、优选地,该开关电容阵列中,冗余位电容czr[n-i-3]及其往后的电容与冗余位电容czr[n-4]的开关电容结构一致。

9、与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:

10、本专利技术,整体的思路是大电容转换的时候用快速转换,配合着冗余电容能够减轻对参考电压的负担。快速转换不仅仅用在采样电容上,由于桥接电容cb后面的电容通常尺寸也较大,因此也使用这种快速转换的模式。

11、收益上而言,以16bit的sar adc为例,假设采样电容10pf,通常其去偶电容需要达到2nf,这个去偶电容面积通常比sar adc的尺寸还大。本结构虽然增加了cr电容,但是其电容值约0.3nf,只要再配合0.5nf的去耦电容,总电容0.8nf在面积上能够比传统方案明显减小,且能够允许更快的转换速度。

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【技术保护点】

1.应用于高速高精度SARADC的开关电容阵列,其采用桥接结构来减小总电容面积,其特征在于,该开关电容阵列包括:采样电容Cx[n-1],Cx[n-2],Cx[n-3],Cx[n-4]、非采样电容Cz[n-5],Cy[n-i],Cy[n-i-1],Cy[n-i-2],Cz[n-i-3]和冗余位电容Czr[n-4]、Czr[n-i-2];

2.根据权利要求1所述的应用于高速高精度SARADC的开关电容阵列,其特征在于:该开关电容阵列中,非采样电容Cz[n-5],Cy[n-i],Cy[n-i-1],Cy[n-i-2],Cz[n-i-3]与采样电容Cx[n-1],Cx[n-2],Cx[n-3],Cx[n-4]的区别在于采样开关Sin[n-1],Sip[n-1]是连接到VCM电平而非输入信号Vinp/Vinn。

3.根据权利要求1所述的应用于高速高精度SARADC的开关电容阵列,其特征在于:DAC电容Cxn[n-1]/Cxp[n-1]电容值为2n-1*Cu,Cu为SARADC的单位电容。

4.根据权利要求2所述的应用于高速高精度SARADC的开关电容阵列,其特征在于:该开关电容阵列中,冗余位电容Czr[n-4]的电容值与普通开关电容Cz[n-4]的电容值相同,且普通开关电容Cz[n-5]及CB之前的开关其结构都跟Czr[n-4]一致。

5.根据权利要求4所述的应用于高速高精度SARADC的开关电容阵列,其特征在于:该开关电容阵列中,冗余位电容Czr[n-i-3]及其往后的电容与冗余位电容Czr[n-4]的开关电容结构一致。

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【技术特征摘要】

1.应用于高速高精度saradc的开关电容阵列,其采用桥接结构来减小总电容面积,其特征在于,该开关电容阵列包括:采样电容cx[n-1],cx[n-2],cx[n-3],cx[n-4]、非采样电容cz[n-5],cy[n-i],cy[n-i-1],cy[n-i-2],cz[n-i-3]和冗余位电容czr[n-4]、czr[n-i-2];

2.根据权利要求1所述的应用于高速高精度saradc的开关电容阵列,其特征在于:该开关电容阵列中,非采样电容cz[n-5],cy[n-i],cy[n-i-1],cy[n-i-2],cz[n-i-3]与采样电容cx[n-1],cx[n-2],cx[n-3],cx[n-4]的区别在于采样开关sin[n-1],sip[n-1]是连接到vcm电平而...

【专利技术属性】
技术研发人员:林志伦庄志青胡红明张希鹏周玉镇
申请(专利权)人:灿芯半导体上海股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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