[發明專利]一種模數轉換器及應用于SAR ADC的三電平開關方法

有效

• 申請號: 202010170477.X
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111371457B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 吳建輝;黃琳琳;周暢;羅斯婕;黃毅;李紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種模數轉換器，其特征在于：包含采樣開關、電容陣列、比較器和數字控制邏輯；

其中，電容陣列包括完全相同的上電容陣列和下電容陣列；輸入信號VIP通過采樣開關連接到上電容陣列的頂極板，輸入信號VIN通過采樣開關連接到下電容陣列的頂極板；上電容陣列的頂極板與比較器同相輸入端相連，下電容陣列的頂極板與比較器的反相輸入端相連；比較器的差分輸出端通過數字控制邏輯后產生控制信號來控制上下電容陣列的底極板開關，使上電容陣列和下電容陣列的底極板連接到對應的參考電壓上；

所述上電容陣列和下電容陣列均包括兩個完全相同的子電容陣列，其中，上電容陣列的兩個子電容陣列分別命名為DAC_PH和DAC_PL；下電容陣列的兩個子電容陣列分別命名為DAC_NH和DAC_NL；每一個子電容陣列包含一個最高位電容C_N-5以及N-7個高位電容、次低位電容C₁、最低位電容C₀以及dummy電容C_d，且各電容大小為：C_i＝2ⁱC_u，其中0≤i≤N-5,dummy電容C_d＝C_u，其中N表示模數轉換器的位數，C_u為單位電容大小。

2.一種基于權利要求1所述模數轉換器的應用于SAR?ADC的三電平開關方法，其特征在于，包括對于輸入信號VIP和VIN，經過模數轉換器的N次比較后，得到N位數字輸出碼，分為采樣和轉換兩個階段，具體包括以下步驟：

步驟A、采樣階段：

輸入信號VIP和VIN通過采樣開關分別連接到上電容陣列和下電容陣列的頂極板；上電容陣列的子電容陣列DAC_PH的所有電容底極板連接到V_ref參考電壓，而上電容陣列的子電容陣列DAC_PL的所有電容底極板連接到gnd；下電容陣列的子電容陣列DAC_NH的所有電容底極板連接到V_ref參考電壓，而下電容陣列的子電容陣列DAC_NL的所有電容底極板連接到gnd；

步驟B、轉換階段：

步驟B1，將模數轉換器的采樣開關斷開，比較器直接對保持在上下電容陣列頂極板的輸入信號VIP和VIN進行MSB位比較，得出相同的數字碼D_N-1，根據數字碼D_N-1控制上下電容陣列中電容底極板的連接關系；

情況一：若D_N-1＝1，DAC_PH的所有電容由V_ref連接到V_aq參考電壓，而DAC_NL的所有電容由gnd連接到V_aq參考電壓；則整個DAC的差分電壓將減少1/2V_ref；

情況二：若D_N-1＝0，DAC_PL的所有電容由gnd連接到V_aq參考電壓，而DAC_NH的所有電容由V_ref連接到V_aq參考電壓；則整個DAC的差分電壓將增加1/2V_ref；

步驟B2，比較器通過比較從步驟B1獲取的上下電容陣列頂極板電壓，得出數字碼D_N-2，根據數字碼D_N-1和D_N-2控制上下電容陣列中電容底極板的連接關系；

步驟B3，比較器通過比較從步驟B2獲取的上下電容陣列頂極板電壓，得出數字碼D_N-3，根據數字碼D_N-1、D_N-2和D_N-3控制上下電容陣列中電容底極板的連接關系；

步驟B4，比較器通過比較從步驟B3獲取的上下電容陣列頂極板電壓，得出數字碼D_K，其中0≤K≤N-4，根據數字碼D_N-1和D_K控制上下電容陣列中電容底極板的連接關系；且重復步驟B4，直至得出數字碼D₀。