[發明專利]一種高精度模數轉換器及轉換方法

有效

• 申請號: 202011010209.8
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN111934689B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 胡云峰;陳李勝;周錦鵬;李華炎;胡樂星;陳卉;文毅;張華斌
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: H03M1/46
• 分類號: H03M1/46
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種高精度模數轉換器，包括第一輸入端、第二輸入端、正相電容陣列、反相電容陣列、比較器和移位寄存器；所述第一輸入端通過所述正相電容陣列進而連接至所述比較器的同相輸入端，所述第二輸入端通過所述反相電容陣列進而連接至所述比較器的反相輸入端，所述比較器的輸出端與所述移位寄存器的輸入端連接。本發明通過正相電容陣列和反相電容陣列，可以在比較時切換電壓，從而比較器在不消耗任何開關能量的情況下執行第一次比較，而且每次比較電容陣列消耗的能量均比傳統結構消耗的能量小，能夠有效減小電容陣列的平均開關功耗。本發明可廣泛應用于電子電路技術領域中。

技術領域

本發明涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種高精度模數轉換器及轉換方法。

背景技術

逐次逼近型模數轉換器是一種中高精度、中等轉換速率、超低功耗的模數轉換器結構。對于傳感器、便攜式設備及生物應用來說，要求模數轉換器能夠工作在低電源電壓下。然而隨著電源電壓的降低，電路的增益受到了限制，而逐次逼近型模數轉換器的結構只包括比較器、數模轉換器和逐次逼近寄存器而不需要提供增益的電路。數字電路的功耗會隨著工藝尺寸縮減比例不斷減小，而模擬電路的功耗卻很難隨著工藝的進步而減小。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種高精度模數轉換器。

第一方面，本發明實施例提供了一種高精度模數轉換器，包括第一輸入端、第二輸入端、正相電容陣列、反相電容陣列、比較器和移位寄存器；

所述第一輸入端通過所述正相電容陣列進而連接至所述比較器的同相輸入端，所述第二輸入端通過所述反相電容陣列進而連接至所述比較器的反相輸入端，所述比較器的輸出端與所述移位寄存器的輸入端連接；

所述正相電容陣列包括正相高陣列和正相低陣列，所述第一輸入端通過所述正相高陣列和所述正相低陣列進而連接至所述比較器的同相輸入端，所述正相高陣列初始時連接至參考電壓，所述正相低陣列初始時連接至地。

所述正相高陣列包括第一電容和第一電容組，所述第一電容的下極板和所述第一電容組的下極板均連接至所述第一輸入端和所述比較器的同相輸入端，所述第一電容的上極板通過開關選擇連接參考電壓或共模電壓或地，所述第一電容組的上極板通過開關選擇連接參考電壓或共模電壓或地；

所述第一電容組包括N-3個電容，所述第一電容組的電容的下極板連接至所述第一輸入端和所述比較器的同相輸入端，所述第一電容組的電容的上極板分別通過開關選擇連接參考電壓或共模電壓或地，其中，所述第一電容組中的第i個電容的電容值為2^i-1C，1≤i≤N-3，N表示數模轉換器位數，且N≥4，C表示一個單位電容；

所述正相低陣列包括第二電容和第二電容組，所述第二電容的下極板和所述第二電容組的下極板均連接至所述第一輸入端和所述比較器的同相輸入端，所述第二電容的上極板通過開關選擇連接參考電壓或共模電壓或地，所述第二電容組的上極板通過開關選擇連接參考電壓或共模電壓或地；

所述第二電容組包括N-3個電容，所述第二電容組的電容的下極板連接至所述第一輸入端和所述比較器的同相輸入端，所述第二電容組的電容的上極板分別通過開關選擇連接參考電壓或共模電壓或地，其中，所述第二電容組中的第i個電容的電容值為2^i-1C，1≤i≤N-3。

在本發明一實施例中，所述第一電容和第二電容的電容值為C。

在本發明一實施例中，所述反相電容陣列包括反相高陣列和反相低陣列，所述第二輸入端通過所述反相高陣列和所述反相低陣列進而連接至所述比較器的同相輸入端，所述反相高陣列初始時連接至參考電壓，所述反相低陣列初始時連接至地。