[發明專利]一種逐次逼近型模數轉換器及其開關切換方法

在審

• 申請號: 201711450254.3
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108055037A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 謝亮;曾華林;張文杰;金湘亮
• 申請（專利權）人: 湘潭芯力特電子科技有限公司
• 主分類號: H03M1/00
• 分類號: H03M1/00;H03M1/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種逐次逼近型模數轉換器，包括電容陣列數模轉換器、比較器、逐次逼近控制邏輯電路、切換開關、采樣開關SP和采樣開關SN；比較器的同相輸入端通過采樣開關SP連接到正輸入信號Vip，比較器的反相輸入端通過采樣開關SN連接到負輸入信號Vin，比較器輸出端連接到逐次逼近控制邏輯電路，其特征在于：所述電容陣列數模轉換器包括與比較器的同相輸入端相接的同相端電容陣列和與比較器的反相輸入端相接的反相端電容陣列，同相端電容陣列和反相端電容陣列公共端分別接到比較器的同相輸入端和反相輸入端，同相端電容陣列與反相端電容陣列中的所有電容的非公共端均通過切換開關選擇連接參考電壓Vref、Vcm或GND；所述同相端電容陣列包括同相端CMSB電容陣列和同相端CLSB電容陣列，所述反相端電容陣列，包括反相端CMSB電容陣列和反相端CLSB電容陣列，所述同相端電容陣列和所述反相端電容陣列構成完全相同，所述同相端CMSB電容陣列和同相端CLSB電容陣列構成完全相同，所述反相端CMSB電容陣列和反相端CLSB電容陣列構成完全相同；所述逐次逼近控制邏輯電路的輸出控制端分別接到同相端電容陣列和反相端電容陣列的開關控制端。

2.根據權利要求1所述的一種逐次逼近型模數轉換器，其特征在于：所述參考電壓Vref為共模電壓Vcm的兩倍，GND表示接地電壓。

3.根據權利要求1所述的一種逐次逼近型模數轉換器，其特征在于：所述同相端CMSB電容陣列、反相端CMSB電容陣列、同相端CLSB電容陣和反相端CLSB電容陣列均由N-3個二進制權重電容和終端電容構成，其中第i-3位電容由2N-i個單位電容并聯得到，4≤i≤N，N為逐次逼近型模數轉換器的分辨率，且N為大于3的正整數。

4.一種逐次逼近型模數轉換器的開關切換方法，其特征在于：所述開關切換方法需提供如權利要求1至3任意一項所述的逐次逼近型模數轉換器，具體包括以下步驟：

采樣階段：

將采樣開關SP和采樣開關SN閉合，使得同相端電容陣列所有電容的公共端接到輸入信號Vip，反相端電容陣列所有電容的公共端接到輸入信號Vin；

將同相端CMSB電容陣列和反相端CMSB電容陣列所有電容的非公共端通過切換開關選擇接地，將同相端CLSB電容陣列和反相端CLSB電容陣列所有電容的非公共端通過切換開關選擇接參考電壓Vref；

比較階段：

第一次比較：

采樣結束后，采樣開關SP和采樣開關SN均斷開，比較器進行第一次比較，得到最高位的值B[N]；

第二次比較：

根據第一次比較結果B[N]，對電容進行切換；

若B[N]=1，則將反相端CMSB電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到參考電壓Vref，反相端CLSB電容陣列和同相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

若B[N]=0，則將同相端CMSB電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到參考電壓Vref，同相端CLSB電容陣列和反相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

接下來進行第二次比較，得到次高位的值B[N-1]；

第三次比較：

根據第一次比較結果B[N]和第二次比較結果B[N-1]，對電容進行切換；

若B[N]B[N-1]=11，則將同相端CLSB電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm，同相端CMSB電容陣列和反相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

若B[N]B[N-1]=10，則將同相端CLSB電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm；同時，將反相端電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm；

若B[N]B[N-1]=01，則將反相端CLSB電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm，反相端CLSB電容陣列和同相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

若B[N]B[N-1]=00，則將反相端CLSB電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm；同時，將同相端電容陣列中所有電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm；

接下來進行第三次比較，得到第三次比較結果B[N-2]；

第i次比較：

根據第一次比較結果B[N]和第i-1次比較結果B[N-i+2]，對電容進行切換；

若B[N]B[[N-i+2]=11，則將同相端CLSB電容陣列中第i-3位電容的非公共端通過切換開關選擇接到地，同相端CMSB電容陣列和反相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

若B[N]B[[N-i+2]=10，則將同相端CMSB電容陣列中第i-3位電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm，同相端CLSB電容陣列和反相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

若B[N]B[[N-i+2]=00，則將反相端CMSB電容陣列中第i-3位電容的非公共端通過切換開關選擇接到地，反相端CMSB電容陣列和同相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

若B[N]B[[N-i+2]=01，則將反相端CMSB電容陣列中第i-3位電容的非公共端通過切換開關選擇接到共模電壓Vcm，反相端CLSB電容陣列和同相端電容陣列中所有電容的非公共端電壓保持不變；

接下來進行第i次比較，得到第i次比較結果B[N-i+1]，其中，i為4≤i≤N的正整數；

進行N次比較后，獲得N位二進制輸出碼，完成模數轉換。