[發(fā)明專利]電容陣列、SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器及電容校準方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011164059.6
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112332843B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振國;侯佳力;唐曉柯;胡毅;甘杰;尹蕓婷;張帆
• 申請（專利權(quán)）人: 北京智芯微電子科技有限公司;國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司;國網(wǎng)浙江省電力有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/46;H03M1/66
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;王曉曉

1.一種電容陣列，包括：低段電容陣列、高段電容陣列和縮放電容；所述低段電容陣列中的各電容根據(jù)電容權(quán)重大小以2的n次冪的方式依次排列；其中，n為非負整數(shù)；所述低段電容陣列中各電容的一端均連接所述縮放電容的一端，所述高段電容陣列中各電容的一端均連接所述縮放電容的另一端；所述低段電容陣列和所述高段電容陣列中各電容的另一端通過與該電容對應(yīng)的第一多路選擇開關(guān)選擇接參考電壓或接地；其特征在于，還包括：輔助電容陣列；

所述輔助電容陣列中各電容的一端通過與該電容對應(yīng)的第二多路選擇開關(guān)選擇接所述參考電壓或接地，所述輔助電容陣列中各電容的另一端均連接所述縮放電容的另一端；

所述的電容陣列還包括：

隨機數(shù)發(fā)生器，用于產(chǎn)生多位二進制隨機數(shù)；其中，所述二進制隨機數(shù)的位數(shù)與所述輔助電容陣列中電容的個數(shù)相同；

開關(guān)控制模塊，用于根據(jù)所述隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的二進制隨機數(shù)，控制每個所述第二多路選擇開關(guān)的連接狀態(tài)，以使所述輔助電容陣列中各電容的一端接所述參考電壓或接地。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容陣列，其特征在于，所述輔助電容陣列中的各電容根據(jù)電容權(quán)重大小以2的m次冪的方式依次排列；其中，m為非負整數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容陣列，其特征在于，所述輔助電容陣列還包括補位電容；所述補位電容的權(quán)重等于所述輔助電容陣列中最低位電容的權(quán)重；所述補位電容并聯(lián)于所述輔助電容陣列中最低位電容的低端。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容陣列，其特征在于，所述高段電容陣列中的每一位電容均由權(quán)重相等的兩位并聯(lián)子電容組成，該兩位并聯(lián)子電容的權(quán)重之和等于該位電容的權(quán)重。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容陣列，其特征在于，所述低段電容陣列中最低位電容的電容值為所述輔助電容陣列中最低位電容的電容值的4～8倍。

6.一種SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括：SAR、比較器、以及權(quán)利要求1至5中任意一項所述的電容陣列；

所述SAR用于逐次控制所述低段電容陣列和所述高段電容陣列中各電容的另一端接所述參考電壓或接地；

所述電容陣列的輸出端連接至所述比較器的一個輸入端，所述比較器的另一個輸入端連接預(yù)設(shè)共模電壓；所述比較器用于對所述電容陣列的輸出結(jié)果與所述預(yù)設(shè)共模電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出對應(yīng)的數(shù)字量。

7.一種電容校準方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求6所述的SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述方法包括：

步驟一：獲取所述輔助電容陣列所能提供的所有隨機電容值，計算所述所有隨機電容值的平均值，將所述平均值所對應(yīng)的電容作為所述輔助電容陣列的采樣電容；

步驟二：在所述SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣階段，將所述輔助電容陣列的采樣電容的一端、所述高段電容陣列中被校準電容的另一端接所述參考電壓，將所述電容陣列中的其余電容接地；所述電容陣列的輸出端還連接至所述比較器的另一個輸入端；

步驟三：在所述SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換階段，斷開所述電容陣列的輸出端與所述比較器的另一個輸入端之間的連接；將所述被校準電容的另一端接地、隨機將所述輔助電容陣列中的一個或多個電容接所述參考電壓；所述SAR逐次控制比所述校準電容位數(shù)低的各電容的另一端接所述參考電壓，以執(zhí)行逐次逼近算法，獲得本次逐次逼近結(jié)果；

步驟四：根據(jù)本次逐次逼近結(jié)果計算所述被校準電容的本次權(quán)重；

循環(huán)執(zhí)行步驟二至步驟四，獲得多個被校準電容的權(quán)重；其中，在步驟三中，每次循環(huán)執(zhí)行時隨機接所述參考電壓的所述輔助電容陣列中的電容不同；循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)為所述輔助電容陣列所能產(chǎn)生的不同的隨機電容值的個數(shù)的N倍；其中，N為自然數(shù)；

步驟五：計算所述多個被校準電容的權(quán)重的平均值，獲得所述被校準電容的校準值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容校準方法，其特征在于，所述循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)等于所述輔助電容陣列所能產(chǎn)生的不同的隨機電容值的個數(shù)。