[發明專利]一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統

有效

• 申請號: 202011343341.0
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112422130B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 王巍;熊德宇;趙汝法;劉博文;張珊;張定冬;袁軍
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H03M1/38
• 分類號: H03M1/38
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

1.一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統，其特征在于，包括：自舉采樣電路、全動態比較判決陣列及解碼器，所述自舉采樣電路與全動態比較判決陣列相連接，所述全動態比較判決陣列與解碼器相連接，所述解碼器與數模轉換器相連接，自舉采樣電路、全動態比較判決陣列、解碼器、數模轉換器均與時鐘脈沖/電源相連接，所述全動態比較判決陣列包括動態放大器和動態比較器，所述自舉采樣電路、前置放大器和比較器組成的比較器陣列均為動態結構，動態結構相比于傳統結構引入了時序信號來控制電路的關斷，其中動態比較器是在差分輸入端和鎖存級之間引入時序信號，而動態放大器則是用時序信號替代負載管的偏置電壓，其中，

自舉采樣電路包括電荷泵電路和自舉采樣開關，其中電荷泵電路是利用電容器為儲能元件，用來產生比輸入電壓更大的輸出電壓；而自舉采樣開關是在CLK時序為高時自舉采樣開關導通將連續的輸入信號輸入到采樣電容上，而CLK時序為低時自舉采樣開關關斷，信號被保存在采樣電容上；自舉采樣開關還用于保證開關的CMOS管的柵源電壓始終維持一個固定的值，實現低失真和全擺幅輸入范圍，消除體效應所對應的開關導通電阻帶來的非線性；

全動態比較判決陣列包括若干級前置放大器和比較器，其中前置放大器用于放大自舉采樣電路傳來的輸入信號，并減小后級比較器輸入端的失調電壓；第一級電路的時序信號由時鐘電路產生，第一級電路對輸入信號和參考電壓進行判決產生第一位的判決結果，第一位的判決結果在輸入后面的解碼器電路的同時作為下一級電路的時序信號觸發第二級電路工作，依次循環；比較器用于判決差分輸入信號的大小關系，并把大小關系傳遞到后級解碼器電路中轉換成數字信號，完成一次模數轉換，其中每一級的前置放大器與比較器所用時序信號都由前級比較器輸出提供，保證后級電路閑置時不會工作。

2.根據權利要求1所述的一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統，其特征在于，所述前置放大器也是動態結構，前置放大器陣列通過時序信號來進行異步省電的關閉，前置放大器陣列中一共有2^N-1個放大器，只有

被時序信號選中的放大器會工作。

3.根據權利要求1所述的一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統，其特征在于，所述的全動態比較判決陣列使用的時序信號大部分由陣列自己產生，而起始信號仍然需要由時鐘脈沖電路提供；在前級比較器完成判決后，后一級電路的時序信號由前級電路中的比較器輸出提供，即后級電路的工作狀態是由前級電路選中的，同時后級電路的時序由前級電路的工作狀態決定，使得動態放大器和動態比較器能夠在工作周期內同步關斷。

4.根據權利要求1所述的一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統，其特征在于，所述前置放大器把輸入電壓的變化放大到設定值，再作為動態比較器的輸入，而原本動態比較器的失調電壓在加入前置放大器后變成了預防大器的失調電壓，即失調電壓減小了動態放大器的增益倍數。

5.根據權利要求1-4之一所述的一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統，其特征在于，所述自舉采樣開關還用于保證開關的CMOS管的柵源電壓始終維持一個固定的值，其原理為自舉采樣開關通過把輸入信號同時引入到采樣管的柵極和源極，保證采樣管的柵源電壓不會隨著輸入信號的改變而改變。

6.根據權利要求1-4之一所述的一種基于全動態結構的低功耗Binary-Search ADC系統，其特征在于，所述的自舉采樣電路左半部分為電荷泵，右半部分為自舉采樣開關，電荷泵在采樣階段作為電源電壓加載到采樣管的柵源兩端，保證柵源電壓差值固定為電源電壓。