[發明專利]一種逐次逼近模數轉換器中的電容陣列邏輯控制方法

有效

• 申請號: 202010710779.1
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN112039528B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 王巍;丁立;樊琦;趙汝法;袁軍;霍軍;黎淼;張禎
• 申請（專利權）人: 重慶中易智芯科技有限責任公司
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38;H03M1/08
• 代理公司: 重慶啟恒騰元專利代理事務所(普通合伙) 50232
• 代理人: 黎志紅

本發明請求保護一種逐次逼近模數轉換器中的電容陣列邏輯控制方法，屬于模擬集成電路設計技術領域。是一種差分電容陣列的開關邏輯的設計方法。本方法可以讓電容陣列在每次判決中接入使用最少的電容，從而引入最少的失配等非理想因素。相比傳統方法以及眾多功耗改進的方法，本方法在不對逐次逼近模數轉換電路基本結構做修改的情況下，改善逐次逼近模數轉換器的線性度，SNDR(信噪失真比)和SFDR(動態范圍)等主要性能參數都有明顯提高，也非常有利于高位高精度的逐次逼近模數轉換器后續的模擬或者數字校準，從而提高轉換器的整體性能。并且，本方法具有普適性，適用于大多數差分電容陣列結構的逐次逼近模數轉換電路。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路技術領域，具體涉及一種差分電容式逐次逼近模數轉換器的電容陣列邏輯控制技術。

背景技術

電容式DAC是目前逐次逼近模數轉換器最主要采用的設計方案。其中，電容的半導體工藝制造精度和匹配程度是影響模數轉換器電路精度最主要的因素。實際制造出的模數轉換器電路，由于寄生電容的影響，以及半導體制造工藝技術的限制，實際上制作出來的電容的容值不可能為設計時所設想的理想電容值的大小，各個位電容之間也就不可能完美地呈2進制大小匹配，使得電壓改變不理想，導致電路轉換的非線性失真。因此，對于高精度的模數轉換器，通常需要有模擬或者數字的外加校準模塊來對這樣的電容失配進行一定的校準。本發明通過對電容失配進行概率學建模和計算，通過對電容陣列進行開關方法來減少失配的引入，提高逐次逼近模數轉換器在校準前的線性度，加以校準后能夠達到更高的精度。

圖1所示的是與本發明作為對比的單調電容開關(MCS)方法。該方法的具體操作為，根據第N次的比較結果0或者是1，決定是將下一位正輸入側還是負輸入側的第N位電容由GND接入Vref。其由傳統開關方法經過功耗改進而來，邏輯容易理解，開關操作簡單，N位轉換只需要用到N-1組位電容，并且電容開關功耗相比傳統開關方法有了大幅下降，是現有的整體性能較為優良的開關方法。但和其他絕大多數改進一樣，MCS開關方法多局限于功耗上的改進。但逐次逼近模數轉換器相較于周邊的其他電路，功耗本身就屬于較低的，再改進功耗對于整個芯片系統的影響并不大。并且，該開關方法的抗電容失配性能相比傳統方法提升不大，制約了其在高精度轉換器中的應用。

現有的許多電容開關邏輯方法，都只著眼于功耗的改進，沒有考慮每次比較判決時電容的接入使用量。在設計高精度逐次逼近模數轉換器的過程中，對于電路中的每一部分都要考慮影響線性度的因素。現有的開關邏輯控制方法在解決電容失配問題上幾乎都沒有較好的表現，由此，本發明針對這一部分做出改進。

發明內容

本發明旨在解決以上所提到的電路設計技術問題。提出了一種高精度逐次逼近模數轉換器的電容陣列邏輯控制方法。本發明的技術方案如下：

該方法可應用于大多數不同類型的差分電容式DAC電路，二進制式、分段式等等，不管是上極板采樣還是下極板采樣皆適用。其方法是通過在每次比較判決時，使用最少的電容，來達到引入最少的電容失配量，從而減少電容失配所帶來的的影響。下面介紹詳細的開關控制邏輯及開關操作。

首先，如果電容陣列是上極板采樣，例如圖3所示的電容陣列，采樣后比較器正負輸入端電壓Vxp和Vxn等于差分輸入電壓Vip和Vin。此時直接進行第一次比較，該位比較結果決定了后面只操作正輸入端還是負輸入端的電容。當首位比較結果為1，即比較器正輸入端Vxp大于負輸入端Vxn時，將Vxn側的第一位MSB電容下極板由GND接入Vref，并且后續位均只操作Vxn側的電容，Vxp側的電容在整個轉換周期中保持接GND。而當首位比較結果為0時，即比較器正輸入端Vxn大于負輸入端Vxp時，將Vxp側的第一位MSB電容下極板由GND接入Vref，并且后續位均只操作Vxp側的電容，Vxn側的電容在整個轉換周期中保持接GND。