[發(fā)明專利]低功耗自適應(yīng)交替的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810731411.6
• 申請(qǐng)日: 2018-07-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108880553B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩;謝文明;陳知新;蔡思靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建工程學(xué)院
• 主分類號(hào): H03M1/38
• 分類號(hào): H03M1/38
• 代理公司: 福州市鼓樓區(qū)京華專利事務(wù)所(普通合伙) 35212
• 代理人: 林曉琴

1.一種低功耗自適應(yīng)交替的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制方法，其特征在于：所述控制方法需使用如下的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一比較器、一電容陣列以及一控制邏輯電路；所述電容陣列包括一正向電容陣列以及一與所述正向電容陣列完全相同的反向電容陣列；

所述比較器的正輸入端與所述正向電容陣列相連接，所述比較器的負(fù)輸入端與所述反向電容陣列相連接；所述比較器的輸出端與所述控制邏輯電路相連接；

所述正向電容陣列的上極板通過(guò)一正極采樣開(kāi)關(guān)與正輸入電壓V_INP相連接，下極板通過(guò)一正向選擇開(kāi)關(guān)陣列分別連接參考電壓V_REF和接地gnd；所述反向電容陣列的上極板通過(guò)一負(fù)極采樣開(kāi)關(guān)與負(fù)輸入電壓V_INN相連接，下極板通過(guò)一反向選擇開(kāi)關(guān)陣列分別連接參考電壓V_REF和接地gnd；所述正向選擇開(kāi)關(guān)陣列和反向選擇開(kāi)關(guān)陣列均與所述控制邏輯電路相連接；

對(duì)于N位精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述電容陣列包含有(2^N-1+6)個(gè)單位電容，其中，N為正整數(shù)，且N≥4；

在所述正向電容陣列和反向電容陣列中，MSB電容均進(jìn)行等額拆分；其余電容均由二進(jìn)制權(quán)重電容陣列構(gòu)成，其中，參考電容均由C-2C結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；

所述控制方法分為采樣階段和比較階段；

在所述采樣階段：將正輸入電壓V_INP通過(guò)正極采樣開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通連接到正向電容陣列的上極板；通過(guò)正向選擇開(kāi)關(guān)陣列來(lái)控制正向電容陣列中等額拆分MSB電容中一個(gè)電容的下極板連接到參考電壓V_REF，另一個(gè)電容的下極板連接到地gnd；通過(guò)正向選擇開(kāi)關(guān)陣列來(lái)控制正向電容陣列中其余二進(jìn)制權(quán)重的電容交替連接參考電壓V_REF和接地gnd；

將負(fù)輸入電壓V_INN通過(guò)負(fù)極采樣開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通連接到反向電容陣列的上極板；通過(guò)反向選擇開(kāi)關(guān)陣列來(lái)控制反向電容陣列中等額拆分MSB電容中一個(gè)電容的下極板連接到參考電壓V_REF，另一個(gè)電容的下極板連接到地gnd；通過(guò)反向選擇開(kāi)關(guān)陣列來(lái)控制反向電容陣列中其余二進(jìn)制權(quán)重的電容交替連接參考電壓V_REF和接地gnd；

在所述比較階段：將正極采樣開(kāi)關(guān)和負(fù)極采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并對(duì)比較器的正輸入端電壓和負(fù)輸入端電壓進(jìn)行比較，從而得到數(shù)字碼；

所述“對(duì)比較器的正輸入端電壓和負(fù)輸入端電壓進(jìn)行比較，從而得到數(shù)字碼”具體包括：

步驟S1、對(duì)比較器的正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓進(jìn)行第一次比較，且如果V_INPV_INN，則將反向電容陣列的等額拆分MSB電容中下極板連接地gnd的電容切換到連接參考電壓V_REF，將比較器負(fù)輸入端電壓增加V_REF/4，正向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果V_INP≤V_INN，則將正向電容陣列的等額拆分MSB電容中下極板連接地gnd的電容切換到連接參考電壓V_REF，將比較器正輸入端電壓增加V_REF/4，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；

步驟S2、對(duì)比較器的正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓進(jìn)行第二次比較，且如果V_INP(V_INN+V_REF/4)，則將正向電容陣列的等額拆分MSB電容中下極板連接參考電壓V_REF的電容切換到連接地gnd，將比較器正輸入端電壓減少V_REF/4，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果V_INNV_INP≤(V_INN+V_REF/4)，則正向電容陣列和反向電容陣列的下極板電壓均保持不變；如果(V_INN-V_REF/4)V_INP≤V_INN，則正向電容陣列和反向電容陣列的下極板電壓均保持不變；如果V_INP≤(V_INN-V_REF/4)，則將反向電容陣列的等額拆分MSB電容中下極板連接參考電壓V_REF的電容切換到連接地gnd，將比較器負(fù)輸入端電壓減少V_REF/4，正向電容陣列的下極板電壓保持不變；

步驟S3、對(duì)比較器的正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓進(jìn)行第三次比較，且如果V_INP(V_INN+(1/2)V_REF)，則將反向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器負(fù)輸入端電壓增加V_REF/4，正向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果(V_INN+(1/4)V_REF)V_INP≤(V_INN+(1/2)V_REF)，則正向電容陣列和反向電容陣列的下極板電壓均保持不變；如果V_INNV_INP≤(V_INN+(1/4)V_REF)，則正向電容陣列和反向電容陣列的下極板電壓均保持不變；如果(V_INN-(1/4)V_REF)V_INP≤V_INN，則正向電容陣列和反向電容陣列的下極板電壓均保持不變；如果(V_INN-(1/2)V_REF)V_INP≤(V_INN-(1/4)V_REF)，則正向電容陣列和反向電容陣列的下極板電壓均保持不變；如果V_INP≤(V_INN-(1/2)V_REF)，則將正向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接地gnd切換到連接參考電壓V_REF，將比較器正輸入端電壓增加V_REF/4，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；

步驟S4、對(duì)比較器的正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓進(jìn)行第四次比較，且如果V_INP(V_INN+(3/4)V_REF)，則將正向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器正輸入端電壓減少V_REF/8，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果(V_INN+(1/2)V_REF)V_INP≤(V_INN+(3/4)V_REF)，則反向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器負(fù)輸入端電壓減少V_REF/8，正向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果(V_INN+(1/4)V_REF)V_INP≤(V_INN+(1/2)V_REF)，則將正向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器正輸入端電壓減少V_REF/8，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果V_INNV_INP≤(V_INN+(1/4)V_REF)，則反向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器負(fù)輸入端電壓減少V_REF/8，正向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果(V_INN-(1/4)V_REF)V_INP≤V_INN，則將正向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器正輸入端電壓減少V_REF/8，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果(V_INN-(1/2)V_REF)V_INP≤(V_INN-(1/4)V_REF)，則將正向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器正輸入端電壓減少V_REF/8，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果(V_INN-(3/4)V_REF)V_INP≤(V_INN-(1/2)V_REF)，則將正向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器正輸入端電壓減少V_REF/8，反向電容陣列的下極板電壓保持不變；如果V_INP≤(V_INN-(3/4)V_REF)，則將反向電容陣列中二進(jìn)制權(quán)重電容陣列的對(duì)應(yīng)電容的下極板從連接參考電壓V_REF切換到連接地gnd，將比較器負(fù)輸入端電壓減少V_REF/8，正向電容陣列的下極板電壓保持不變；

步驟S5、對(duì)比較器的正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓進(jìn)行第五次比較，第五次比較的開(kāi)關(guān)切換過(guò)程與第四次比較的開(kāi)關(guān)切換過(guò)程相似，不同之處在于：第四次開(kāi)關(guān)切換中比較器的輸入端電壓中較高一端的電壓為減少，第五次開(kāi)關(guān)切換中比較器的輸入端電壓中較低一端的電壓為增加；

同理，根據(jù)N位精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器中N取值的不同，如果還需要進(jìn)行后續(xù)的比較，則繼續(xù)對(duì)比較器的正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓進(jìn)行比較，后續(xù)比較的開(kāi)關(guān)切換過(guò)程均與第四次比較的開(kāi)關(guān)切換過(guò)程相似，不同之處在于：在前后兩次比較的開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中，比較器的輸入端電壓均為增加和減少交替進(jìn)行；直到獲得最低有效位LSB后，才停止比較。