[實(shí)用新型]一種低功耗的SAR ADC電容陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821312313.0
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN208581221U
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧曉峰;劉康生;虞致國
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: H03M1/46
• 分類號: H03M1/46
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良

本實(shí)用新型屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低功耗的SAR ADC電容陣列，包括P端高位拆分電容、P端次高位電容陣列、P端低位補(bǔ)償電容和P端低位補(bǔ)償電容，其上極板均接比較器正向輸入V_IP；N端高位拆分電容、N端次高位電容陣列、N端低位拆分電容和N端低位補(bǔ)償電容的上極板接比較器反向輸入V_IN；P端高位拆分電容下極板接控制開關(guān)S_MP1、S_MP2，P端次高位電容陣列下極板接控制開關(guān)S_Pn?3……S_P1；N端高位拆分電容下極板接控制開關(guān)S_MN1、S_MN2，N端次高位電容陣列下極板接控制開關(guān)S_Nn?3……S_N1；本實(shí)用新型通過把高位電容拆分為兩個與次位電容陣列中最高位電容容值相同的并聯(lián)電容，顯著降低了轉(zhuǎn)換過程中差分電容陣列的功耗，具有高速、面積小和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗的SAR ADC電容陣列。

背景技術(shù)

逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC）是一種中高精度、低轉(zhuǎn)換速率的超低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器。主要包括采樣保持電路、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和控制邏輯模塊。相比較于其他結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，SAR ADC具有結(jié)構(gòu)簡單、面積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在便攜式、醫(yī)療等設(shè)備中。但傳統(tǒng)電荷再分配SAR ADC的電容陣列電容值呈指數(shù)遞，不僅不利于面積的減小、功耗的優(yōu)化，而且會影響采樣速率的提高。另外，較大的最高位電容會造成電路較大的負(fù)載，模擬前端因此要有較大的驅(qū)動能力，從而影響整個逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗。

在SAR ADC的電路中，DAC轉(zhuǎn)換過程中消耗的功耗在SAR ADC電路整體功耗占有相當(dāng)大的比重。近年來，針對優(yōu)化DAC電容陣列功耗主要分為引入其它參考基準(zhǔn)和不引入其它的參考基準(zhǔn)兩種途徑。引入其它參考基準(zhǔn)，如第三參考電壓（一般為1/2V_REF），甚至是第四、第五種參考電壓，可以靈活的改變開關(guān)切換策略，達(dá)到較高的開關(guān)能量利用率，降低轉(zhuǎn)換過程中開關(guān)切換產(chǎn)生的功耗。但是，引入新的參考電壓需要新的基準(zhǔn)電壓源，從而增加電路的復(fù)雜性以及功耗；另一方面，參考電壓都是通過開關(guān)管連接電容的上下極板，通常V_REF在數(shù)值與電源電壓相等，當(dāng)電源電壓（V_REF）較低時，普通CMOS 開關(guān)的導(dǎo)通電阻會變得很大，往往需要引入柵壓自舉開關(guān)來解決這個問題，而引入柵壓自舉開關(guān)會帶來新的面積和功耗問題。因此，引入其它基準(zhǔn)電壓的開關(guān)切換策略不適用于低供電電源電壓的應(yīng)用。但是在已有的不引入第三參考電壓的開關(guān)切換策略中，電容陣列的開關(guān)切換功耗依然很高，仍有很大的提升空間。

參照圖1，文獻(xiàn)“A 10-bit 50-MS/s SAR ADC With a Monotonic CapacitorSwitching Procedure[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2010, 45(4):731-740.”發(fā)表了一種只采用V_REF和GND作為參考電壓的單調(diào)開關(guān)切換策略，該開關(guān)策略雖然僅引入V_REF和GND作為參考電壓，并且每次比較之后只有一端電容由V_REF切換到GND，雖然降低了轉(zhuǎn)換過程中的功耗，但是功耗依然很高，仍有很大改進(jìn)空間。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種采用高位拆分低位補(bǔ)償?shù)腟AR ADC低功耗的電容陣列及其開關(guān)策略，顯著地降低了轉(zhuǎn)換過程中差分電容陣列的功耗，具有高速、面積小和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。