一种逐次逼近型模数转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种改进的逐次逼近型模数转换器，该模数转换器包括电容数模转换网络、比较器和逐次逼近逻辑电路，电容数模转换网络由多个开关电容单元组成，每个开关电容单元包括四个电容和六个开关。第一与第二电容的第一端连接到该正输出端，第三与第四电容的第一端连接到负输出端。第一电容的第二端通过第一开关连接到第一电位，第二电容的第二端通过第二开关连接到第二电位。第三电容的第二端通过第三开关连接到第一电位，第四电容的第二端通过第四开关连接到第二电位。第一电容的第二端与第四电容的第二端通过第五开关相连，第二电容的第二端与第三电容的第二端通过第六开关相连。本发明专利技术的模数转换器具有转换速率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种逐次逼近型模数转换器
本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种模数转换器，特别是逐次逼近型模数转换器。
技术介绍
图1显示了一个传统的逐次逼近型模数转换器，它包括电容数模转换网络101、比较器102以及逐次逼近逻辑电路103。电容数模转换网络101为差分结构，其具有两侧，每一侧包括若干电容。为了简化，图1中的电容数模转换网络101的每一侧仅显示5个电容， 例如上侧为Cln C5n。它们从大到小排列，Cjn = 2C(J+1)n, j = 1,2, 3，C4n = C5n ;下侧为Clp C5p, Cjp = 2C(J+1)p, j = 1,2,3, C4p = C5p。每一侧的五个电容的上极板相连,并通过开关Sw Stlp连接到共模电压V 。各电容的下极板分别连接到各自的单刀三掷开关Sln S5n。下侧类似。在采样阶段，输入模拟信号Vip、Vin存放在电容的下极板，而上极板短接到V 。然后， 电容Cln的上极板从Vm断开，电容Cln的下极板由Vin切换到VMf，而其它电容的下极板由Vin 切换到地电平Gnd，电容数模转换网络101输出转换模拟信号\、\。然后比较器102开始第一次比较。如果\比￥ 高，逐次逼近逻辑电路103的输出&为1，否则为O。如果&等于0，那电容ClpCln重新切换到地。然后比较器102开始第二次比较。这个过程一直重复4 次(图中步骤I至步骤4)，直到输出B4。转换模拟信号Vp、Vn的波形如图2所示。这种传统的逐次逼近型模数转换器虽然简单，但是每次转换不但需要两次开关的切换，而且电容的充放电电流105、106经过一个电容和两个开关的串联，需要较长的建立时间来使输出信号达到稳定，因而限制了模数转换器的最高采样速率。为了克服该技术瓶颈，需要在传统架构的基础上进行改进，设计一个高响应速度的数模转换电路。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是传统逐次逼近型模数转换器转换速度慢的问题，通过新型的电容数模转换网络来提高逐次逼近型模数转换器的转换速度。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种逐次逼近型模数转换器，包含一个电容数模转换网络、一个比较器、一个逐次逼近逻辑电路；所述电容数模转换网络包括若干开关电容单元、第一与第二公共端；所述逐次逼近型模数转换器的工作分为采样阶段与转换阶段； 在所述采样阶段，所述电容数模转换网络采样和保持一个模拟信号；所述转换阶段分为若干转换步骤；在所述若干转换步骤之一，所述比较器比较所述电容数模转换网络的第一与第二公共端，所述逐次逼近逻辑电路根据所述比较器的比较结果选择所述若干开关电容单元之一，使其执行转换开关动作，改变所述电容数模转换网络的第一与第二公共端上的信号；所述电容数模转换 网络还包括第一与第二电位，第一与第二采样开关；所述输入模拟信号具有正端和负端；所述输入模拟信号的正端通过所述第一采样开关耦合到所述电容数模转换网络的第一公共端；所述输入模拟信号的负端通过所述第二采样开关耦合到所述电 容数模转换网络的第二公共端；所述开关电容单元包括第一与第二公共端，第一、第二、第 三、第四电容，第一、第二、第三、第四、第五、第六开关；所述开关电容单元的第一公共端耦 合到所述电容数模转换网络的第一公共端；所述开关电容单元的第二公共端耦合到所述电 容数模转换网络的第二公共端；所述开关电容单元的第一、第二、第三、第四电容具有第一 与第二端；所述开关电容单元的第一、第二电容的第一端耦合到所述开关电容单元的第一 公共端；所述开关电容单元的第三、第四电容的第一端耦合到所述开关电容单元的第二公 共端；所述开关电容单元的第一电容的第二端通过所述第一开关耦合到所述第一电位；所 述开关电容单元的第二电容的第二端通过所述第二开关耦合到所述第二电位；所述开关电 容单元的第三电容的第二端通过所述第三开关耦合到所述第一电位；所述开关电容单元的第四电容的第二端通过所述第四开关耦合到所述第二电位； 所述开关电容单元的第一电容的第二端通过所述第五开关耦合到所述开关电容单元的第 四电容的第二端；所述开关电容单元的第二电容的第二端通过所述第六开关耦合到所述开 关电容单元的第三电容的第二端；在所述采样阶段，所有所述若干开关电容单元的第一、第 二、第三、第四开关闭合，第五、第六开关断开，所述第一第二采样开关闭合，完成所述采样 和保持；在所述转换阶段，所述第一第二采样开关断开；所述开关电容单元的所述转换动 作为其第一、第四开关断开，其第五开关闭合或者其第二、第三开关断开，其第六开关闭口 ο或者说，本专利技术提出这样一种逐次逼近型模数转换器，包括电容数模转换网络、比 较器和逐次逼近逻辑电路，其中，所述比较器用于比较所述转换模拟信号产生比较结果，所 述电容数模转换网络包括输入端、输出端、采样开关和多个开关电容单元，其中，所述输入 端包括正输入端和负输入端，用于接收需要转换的输入模拟信号；所述输出端包括正输出 端和负输出端，用于连接所述比较器，用于向比较器输出电容数模转换网络的输出模拟信 号；所述采样开关包括第一采样开关和第二采样开关，其分别用于连接正输入端和正输出 端，以及负输入端和负输出端；所述多个开关电容单元具有相同的结构，且每个开关电容单 元包括第一 第四电容，以及第一 第六开关，且每个电容的大小相等，均具有第一端和第 二端，并且所间第一电容、第二电容的第一端均连接到所述正输出端，所述第三电容与第四 电容的第一端均连接到所述负输出端；所述第一电容的第二端通过第一开关连接到第一电 位，所述第二电容的第二端通过第二开关连接到第二电位；所述第三电容的第二端通过第 三开关连接到第一电位，所述第四电容的第二端通过第四开关连接到第二电位；所述第一 电容的第二端与第四电容的第二端通过第五开关相连，所述第二电容的第二端与第三电容 的第二端通过第六开关相连。(三)有益效果本专利技术的逐次逼近模数转换器采用一种新型的电容数模转换网络，能够大大减少 数模转换的时间。附图说明图1是一种传统的逐次逼近型模数转换器的结构示意图2是图1所示的传统逐次逼近型模数转换器的工作波形图3是本专利技术的一个实施例的电容数模转换网络的结构示意图4是本专利技术的一个实施例的电容数模转换网络的工作波形图5是本专利技术的一个实施例的电容数模转换网络在开关切换时的放电电流示意 图6是本专利技术的一个实施例的逐次逼近逻辑电路的结构示意图。具体实施方式本专利技术提出的逐次逼近型模数转换器同样包括电容数模转换网络、比较器和逐次 逼近逻辑电路，其连接方法也与传统转换器相同。所不同的是，本专利技术采用一种新型的电容 数模转换网络来替换传统的逐次逼近型模数转换器中的电容数模转换网络。本专利技术的电容数模转换网络包括输入端、输出端、采样开关和多个开关电容单元。 输入端包括正输入端和负输入端，用于接收需要转换的输入模拟信号；输出端包括正输出 端和负输出端，用于连接比较器，用于向比较器输出电容数模转换网络的输出模拟信号；采 样开关包括第一采样开关和第二采样开关，其分别用于连接正输入端和正输出端，以及负 输入端和负输出端。所述正输出端也称为电容数模网络的第一公共端，所述负输出端也称电容数模网 络的第二公共端。本专利技术的电容数模转换网络的多个开关电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逐次逼近型模数转换器，包含一个电容数模转换网络、一个比较器、一个逐次逼近逻辑电路；所述电容数模转换网络包括若干开关电容单元、第一与第二公共端；所述逐次逼近型模数转换器的工作分为采样阶段与转换阶段；在所述采样阶段，所述电容数模转换网络采样和保持一个模拟信号；所述转换阶段分为若干转换步骤；在所述若干转换步骤之一，所述比较器比较所述电容数模转换网络的第一与第二公共端，所述逐次逼近逻辑电路根据所述比较器的比较结果选择所述若干开关电容单元之一，使其执行转换开关动作，改变所述电容数模转换网络的第一与第二公共端上的信号；其特征在于：所述电容数模转换网络还包括第一与第二电位，第一与第二采样开关；所述输入模拟信号具有正端和负端；所述输入模拟信号的正端通过所述第一采样开关耦合到所述电容数模转换网络的第一公共端；所述输入模拟信号的负端通过所述第二采样开关耦合到所述电容数模转换网络的第二公共端；所述开关电容单元包括第一与第二公共端，第一、第二、第三、第四电容，第一、第二、第三、第四、第五、第六开关；所述开关电容单元的第一公共端耦合到所述电容数模转换网络的第一公共端；所述开关电容单元的第二公共端耦合到所述电容数模转换网络的第二公共端；所述开关电容单元的第一、第二、第三、第四电容具有第一与第二端；所述开关电容单元的第一、第二电容的第一端耦合到所述开关电容单元的第一公共端；所述开关电容单元的第三、第四电容的第一端耦合到所述开关电容单元的第二公共端；所述开关电容单元的第一电容的第二端通过所述第一开关耦合到所述第一电位；所述开关电容单元的第二电容的第二端通过所述第二开关耦合到所述第二电位；所述开关电容单元的第三电容的第二端通过所述第三开关耦合到所述第一电位；所述开关电容单元的第四电容的第二端通过所述第四开关耦合到所述第二电位；所述开关电容单元的第一电容的第二端通过所述第五开关耦合到所述开关电容单元的第四电容的第二端；所述开关电容单元的第二电容的第二端通过所述第六开关耦合到所述开关电容单元的第三电容的第二端；在所述采样阶段，所有所述若干开关电容单元的第一、第二、第三、第四开关闭合，第五、第六开关断开，所述第一第二采样开关闭合，完成所述采样和保持；在所述转换阶段，所述第一第二采样开关断开；所述开关电容单元的所述转换动作为：其第一、第四开关断开，其第五开关闭合或者其第二、第三开关断开，其第六开关闭合。...

【技术特征摘要】
1.一种逐次逼近型模数转换器，包含一个电容数模转换网络、一个比较器、一个逐次逼近逻辑电路；所述电容数模转换网络包括若干开关电容单元、第一与第二公共端；所述逐次逼近型模数转换器的工作分为采样阶段与转换阶段；在所述采样阶段，所述电容数模转换网络采样和保持一个模拟信号；所述转换阶段分为若干转换步骤；在所述若干转换步骤之一，所述比较器比较所述电容数模转换网络的第一与第二公共端，所述逐次逼近逻辑电路根据所述比较器的比较结果选择所述若干开关电容单元之一， 使其执行转换开关动作，改变所述电容数模转换网络的第一与第二公共端上的信号；其特征在于所述电容数模转换网络还包括第一与第二电位，第一与第二采样开关；所述输入模拟信号具有正端和负端；所述输入模拟信号的正端通过所述第一采样开关耦合到所述电容数模转换网络的第一公共端；所述输入模拟信号的负端通过所述第二采样开关耦合到所述电容数模转换网络的第二公共端；所述开关电容单元包括第一与第二公共端，第一、第二、第三、第四电容，第一、第二、第三、第四、第五、第六开关；所述开关电容单元的第一公共端耦合到所述电容数模转换网络的第一公共端；所述开关电容单元的第二公共端耦合到所述电容数模转换网络的第二公共端；所述开关电容单元的第一、第二、第三、第四电容具有第一与第二端；所述开关电容单元的第一、第二电容的第一端耦合到所述开关电容单元的第一公共端;所述开关电容单元的第三、第四电容的第一端耦合到所述开关电容单元的第二公共端;所述开关电容单元的第一电容的第二端通过所述第一开关耦合到所述第一电位；所述开关电容单元的第二电容的第二端通过所述第二开关耦合到所述第二电位；所述开关电容单元的第三电容的第二端通过所述第三开关耦合到所述第一电位；所述开关电容单元的第四电容的第二端通过所述第四开关耦合到所述第二电位； 所述开关电容单元的第一电容的第二端通过所述第五开关耦合到所述开关电容单元的第四电容的第二端；所述开关电容单元的第二电容的第二端通过所述第六开关耦合到所述开关电容单元的第三电容的第二端；在所述采样阶段，所有所述若干开关电容单元的第一、第二、第三、第四开关闭合，第五、第六开关断开，所述第一第二采样开关闭合，完成所述采样和保持；在所述转换阶段，所述第一第二采样开关断开；所述开关电容单元的所述转换动作为其第一、第四开关断开，其第五开关闭合或者其第二、第三开关断开，其第六开关闭合。2.根据权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述开关电容单元中的第一、第二、第三、第四电容大小相等。3.根据权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器，其特征是所述开关电容单元中的第一、第二、第三、第四、第五、第六开关是晶体管开关。4.根据权利要求3所述的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述第一、第三开关是 NMOS开关，所述第二、第四开关是PMOS开关，所述第五、第六开关是互补MOS开关。5.根据权利要求1所述的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述逐次逼近逻辑电路包括一个时钟寄存器，第一与第二数据寄存器，一个系统时钟源，一个子时钟源；所述时钟寄存器具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺林，侯昀晖，林福江，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：