【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于sar adc的低功耗电容阵列切换系统及方法。
技术介绍
1、随着近些年物联网产业的迅速发展，传感器设备市场需求与日俱增，在智能家居、智能汽车等场景中应用愈发广泛。传感器设备能将感知到的自然信号，转化为适用于电路的模拟电信号，该模拟信号再通过模数转换器生成可由微处理器识别的数字信号。在物联网应用中，要求包含传感器、转换器以及微处理器的微系统要有足够小的面积。此外物联网传感设备一般由电池供电或者收集能量供电，这对模数转换器具有严格的功耗要求。
2、在模数转换器中逐次逼近型模数转换器(sar adc)，在中速、中等分辨率的优越性能，在物联网设备中应用广泛。sar adc的电容阵列是其能耗的主要来源，也是整个转换器当中面积占比最高的模块。电容阵列的能耗以及面积与其切换方案息息相关。一个小面积低功耗的电容阵列切换方案是传感器系统的设计关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于sar adc的低功耗电容阵列切换方法，
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种用于sar adc的低功耗电容阵列切换系统，包括第一电容阵列p1～pn-1、第二电容阵列n1～nn-1、比较器cmp、2个采样开关s1与s2、第一电平切换开关组sp1～spn-1、第二电平切换开关组sn1～snn-1和数字逻辑模块；输入信号vip通过采样开关s1连接到第一电容阵列的顶极板，输入信号vin通过采样开关s2连接到第二电容阵列的顶极板；第一电容阵列的顶极板与比
3、在本专利技术一实施例中，在比较器cmp第一次比较时，比较器cmp的差分输出通过数字逻辑模块后产生使能信号，同时，数字逻辑模块产生相应的控制信号来控制2n-2个电平切换开关，使第一电容阵列、第二电容阵列的底极板连接到对应的参考电平，即基准电平vrefp、地电平vrefn或共模电平vcm。
4、在本专利技术一实施例中，所述第一电平切换开关组与第一电容阵列的底极板连接的n-1个电平切换开关为单刀三掷开关，第二电平切换开关组与第二电容阵列的底极板连接的n-1个电平切换开关为单刀三掷开关。
5、在本专利技术一实施例中，所述第一电容阵列与第二电容阵列的电容阵列结构完全相同，均以二进制权重，权重值为c、c、2c……2n-3c。
6、本专利技术还提供了一种基于上述所述的一种用于sar adc的低功耗电容阵列切换系统的用于sar adc的低功耗电容阵列切换方法，包括以下步骤：
7、步骤1、在采样阶段，输入信号vip通过采样开关s1连接到第一电容阵列的顶极板，输入信号vin通过采样开关s2连接到第二电容阵列的顶极板；第一电容阵列中pn-1的底极板和第二电容阵列中nn-1的底极板接vrefp，其余电容的底极板接vrefn；
8、步骤2、在转换阶段，将采样开关s1、s2断开，同时比较器cmp直接对保持在第一、第二电容阵列顶极板的输入信号vip和vin进行第一次比较，如果vip大于vin，比较器cmp输出为1，此时最高有效位为dn＝1，并且第一电容阵列的pn-1和第二电容阵列的n1～nn-2电容的底极板连接到共模电平vcm，其它电容保持不变；如果vip小于vin，比较器cmp输出为0，此时最高有效位为dn＝0，并且第二电容阵列的nn-1和第一电容阵列的p1～pn-2电容的底极板连接到共模电平vcm，其它电容保持不变；
9、步骤3、进行第二次比较，通过步骤2得到的第一、第二电容阵列顶极板电压，接下来第一、第二电容阵列中的电容底极板的连接关系需要根据数字码dn和dn-1一起控制；
10、(1)如果dn＝1，dn-1＝1，则第一电容阵列的pn-1的底极板切换到地电平vrefn，其它电容底极板保持不变；
11、(2)如果dn＝1，dn-1＝0，则第二电容阵列的nn-1的底极板切换到共模电平vcm，其它电容底极板保持不变；
12、(3)如果dn＝0，dn-1＝1，则第一电容阵列的pn-1的底极板切换到共模电平vcm，其它电容底极板保持不变；
13、(4)如果dn＝0，dn-1＝0，则第二电容阵列的nn-1的底极板切换到地电平vrefn，其它电容底极板保持不变；
14、步骤4、进行第三次比较，通过步骤3得到的第一、第二电容阵列顶极板电压，接下来第一、第二电容阵列中的电容底极板的连接关系需要根据数字码dn和dn-2一起控制；
15、(1)如果dn＝1，dn-2＝1，则第二电容阵列的nn-2的底极板切换到基准电平vrefp，其它电容阵列保持不变；
16、(2)如果dn＝1，dn-2＝0，则第一电容阵列的pn-2的底极板切换到共模电平vcm，其它电容阵列保持不变；
17、(3)如果dn＝0，dn-2＝1，则第二电容阵列的nn-2的底极板切换到共模电平vcm，其它电容阵列保持不变；
18、(4)如果dn＝0，dn-2＝0，则第一电容阵列的pn-2的底极板切换到基准电平vrefp，其它电容阵列保持不变；
19、步骤5、重复按照步骤4中的方式对第一、第二电容阵列中的电容依次进行切换直到输出最后一位数字码。
20、相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术巧妙运用特殊的电容切换方案，只需要8个单位电容即可实现4比特的sar adc，可以提高电容的面积利用率，此外还能有效降低电容切换的能量消耗。在对于能耗与面积的要求高的微系统传感器中应用，有广大前景。
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1.一种用于SAR ADC的低功耗电容阵列切换系统，其特征在于，包括第一电容阵列P1～PN-1、第二电容阵列N1～NN-1、比较器CMP、2个采样开关S1与S2、第一电平切换开关组SP1～SPN-1、第二电平切换开关组SN1～SNN-1和数字逻辑模块；输入信号VIP通过采样开关S1连接到第一电容阵列的顶极板，输入信号VIN通过采样开关S2连接到第二电容阵列的顶极板；第一电容阵列的顶极板与比较器CMP的同相输入端相连，第二电容阵列的顶极板与比较器CMP的反相输入端相连；第一电容阵列、第二电容阵列的底极板分别与第一电平切换开关组、第二中电平切换开关组的2N-2个电平切换开关的一端相接，2N-2个电平切换开关的另一端均连接基准电平VREFP、地电平VREFN和共模电平VCM；比较器CMP的输出端与数字逻辑模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于SARADC的低功耗电容阵列切换系统，其特征在于，在比较器CMP第一次比较时，比较器CMP的差分输出通过数字逻辑模块后产生使能信号，同时，数字逻辑模块产生相应的控制信号来控制2N-2个电平切换开关，使第一电容阵列、第二电容阵列的底
3.根据权利要求1所述的一种用于SARADC的低功耗电容阵列切换系统，其特征在于，所述第一电平切换开关组与第一电容阵列的底极板连接的N-1个电平切换开关为单刀三掷开关，第二电平切换开关组与第二电容阵列的底极板连接的N-1个电平切换开关为单刀三掷开关。
4.根据权利要求1所述的一种用于SARADC的低功耗电容阵列切换系统，其特征在于，所述第一电容阵列与第二电容阵列的电容阵列结构完全相同，均以二进制权重，权重值为C、C、2C……2N-3C。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的一种用于SARADC的低功耗电容阵列切换系统的用于SARADC的低功耗电容阵列切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于sar adc的低功耗电容阵列切换系统，其特征在于，包括第一电容阵列p1～pn-1、第二电容阵列n1～nn-1、比较器cmp、2个采样开关s1与s2、第一电平切换开关组sp1～spn-1、第二电平切换开关组sn1～snn-1和数字逻辑模块；输入信号vip通过采样开关s1连接到第一电容阵列的顶极板，输入信号vin通过采样开关s2连接到第二电容阵列的顶极板；第一电容阵列的顶极板与比较器cmp的同相输入端相连，第二电容阵列的顶极板与比较器cmp的反相输入端相连；第一电容阵列、第二电容阵列的底极板分别与第一电平切换开关组、第二中电平切换开关组的2n-2个电平切换开关的一端相接，2n-2个电平切换开关的另一端均连接基准电平vrefp、地电平vrefn和共模电平vcm；比较器cmp的输出端与数字逻辑模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于saradc的低功耗电容阵列切换系统，其特征在于，在比较器cmp第一次比较时，比较器cmp...
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