本发明专利技术提供了一种逐步逼近式模拟数字转换器及其控制方法，所述逐步逼近式模拟数字转换器包括两个电容阵列、两组开关、一个参考电压缓冲器以及一个比较器，每组开关包括采样开关阵列、参考电压开关阵列及对地开关阵列，每个电容阵列的上极板与比较器的一个输入端连接，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接，且比较器的两个输入端选择性与参考电压缓冲器连接，两组对地开关阵列均接地，两组参考电压开关阵列均与参考电压缓冲器连接。本发明专利技术的逐步逼近式模拟数字转换器采用下极板采样方式，使得与比较器的输入端连接的电容阵列度寄生电容和电荷注入不敏感，提高了结果的精度；结构中仅用一个参考电压缓冲器，降低了成品的功耗及面积。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种逐步逼近式模拟数字转换器及其控制方法。
技术介绍
近年来在集成电路设计上的趋势，对于更低功耗、更高表现、以及更少的成本有愈来愈严苛的要求，而在模拟前端电路的设计当中，一个有效率的模拟数字转换器(analog-to-digital converter，简称ADC)能使系统整体表现大大地提升，ADC负责将接收的模拟信号转换为数字信号，并提供给后端的数字信号处理单元来运作，因此其动态范围、分辨率、精确度、线性度、取样速度、功耗、输入级特性等等，都成为影响系统整体表现的重要环节，也成为评估转换器本身表现的重要参数。现有的ADC的架构种类繁多，例如导管线模拟数字转换器(pipeline analog-to-digital converter，简称pipeline ADC)及逐步逼近式模拟数字转换器(successive approximation register analog-to-digital converter，简称SAR-ADC)等皆为现有
中常用的架构。其中，在同样的规格需求下，SAR-ADC相较于pipeline ADC可具有较低功耗以及较小芯片面积的优势，也因此，对于SAR-ADC架构的技术开发，也逐渐为业界所重视。在现有的SAR-ADC的架构下，其一般会包含有数字模拟转换器(digital-to-analog converter，简称DAC)、比较器以及SAR逻辑控制电路等部分。具体而言，在传统SAR-ADC的模拟数字转换操作过程中，DAC一般会先以一个参考电压作为基准对模拟输入信号进行取样保持(sample-and-hold)，其后SAR逻辑控制电路会以二元搜寻算法(binary search algorithm)来控制DAC的数字模拟转换，以令DAC产生对应的比较信号，其中所述比较信号关联于对应不同逻辑状态的模拟电压与模拟输入信号的电压差值。接着，比较器会以所述参考电压作
为基准来与所述比较信号进行比较，从而令SAR逻辑控制电路基于比较器的比较结果而逐一决定数字输出信号每一位的逻辑状态。目前，SAR ADC主要设计为反向合并开关(Inverted merged capacitor switching，IMCS)和单调开关(Monotonic switching，MS)这两种结构。请参考图1，其为IMCS结构的10位的SAR ADC的结构示意图，由图1可知，IMCS结构的SAR ADC使用下极板采样技术，所以它对DAC输出端对寄生电容和输入采样开关的电荷注入不敏感；请参考图2，其为MS结构的10位的SAR ADC的结构示意图，由图2可知，MS结构是使用上极板采样技术，所以它对DAC输出端的寄生电容和输入采样开关的电荷注入极为敏感。其次，IMCS结构需要参考电压缓冲器(Vrefp buffer)和共模参考电压缓冲器(VCM buffer)两个电压缓冲器以及两组开关，每组开关中包括顺次连接的一采样开关阵列、一参考电压开关阵列、一共模参考电压开关阵列及一对地开关阵列，所述对地开关阵列接地，所述参考电压开关阵列与所述参考电压缓冲器连接，所述共模参考电压开关阵列与所述共模参考电压缓冲器连接；而MS结构只需要一个参考电压缓冲器以及两组开关，每组开关中包括顺次连接的一采样开关阵列、一参考电压开关阵列及一对地开关阵列，所述对地开关阵列接地，所述参考电压开关阵列与所述参考电压缓冲器连接，IMCS结构比MS结构复杂且功耗高。因此，SAR ADC要想得到高的精度，IMCS结构是首选，而要降低功耗和复杂度，则要选择MS结构。针对上述问题，本领域技术人员一直在寻找和设计可同时满足高精度和低功耗需求的SAR ADC。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种逐步逼近式模拟数字转换器，以解决现有逐步逼近式模拟数字转换器的结构无法同时满足高精度和低功耗的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种逐步逼近式模拟数字转换器，所述逐步逼近式模拟数字转换器包括：两个电容阵列、两组开关、一个参考电压缓冲器以及一个比较器，每组开关包括依次连接的采样开关阵列、参考电压开关阵列及对地开关阵列，其中，
每个电容阵列的上极板与所述比较器的一个输入端连接，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接，且所述比较器的两个输入端选择性与所述参考电压缓冲器连接，两组对地开关阵列均接地，两组参考电压开关阵列均与所述参考电压缓冲器连接。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器中，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接时，所述电容阵列中的每个电容的下极板与所述采样开关阵列中的一个采样开关连接，且所述电容阵列中各个电容所连接的采样开关不同。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器中，所述电容阵列为分段式二进制权重电容阵列。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器中，还包括一SAR逻辑控制电路，所述SAR逻辑控制电路与所述比较器的输出端连接。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器中，其中一个电容阵列的上极板与所述比较器的正输入端连接，另一个电容阵列的上极板与所述比较器的负输入端连接。本专利技术还提供一种逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法，所述逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法包括：采样阶段，将两个电容阵列的上极板接通参考电压缓冲器，一个电容阵列的下极板接入输入信号，另一个电容阵列的下极板接入另一输入信号，以对两个输入信号进行采样；以及逐次逼近阶段，将两个电容阵列的上极板与参考电压缓冲器断开，并使电容阵列的下极板接通参考电压缓冲器，以使所述比较器的两输入端的电荷重新分配，根据所述比较器的输出结果完成逐次逼近过程。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法中，若所述比较器的输出为高，则与所述比较器的正输入端连接的电容阵列中预定位置的电容的下极板仍接通参考电压缓冲器，与所述比较器的负输入端连接的电容阵列中相同位置的电容的下极板接地；若所述比较器的输出为低，则与所述比较器的负输入端连接的电容阵列中预定位置的电容的下极板仍接通参考电压缓冲器，与所述比较器的正输入端连
接的电容阵列中相同位置的电容的下极板接地。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法中，所述逐步逼近式模拟数字转换器还包括一SAR逻辑控制电路，与所述比较器的输出端连接，利用SAR逻辑控制电路基于比较器的输出结果而逐一决定数字输出信号每一位的逻辑状态。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法中，所述电容阵列为分段式二进制权重电容阵列。可选的，在所述的逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法中，每个电容阵列的下极板与一组开关连接时，所述电容阵列中的每个电容的下极板与当前开关组的采样开关阵列中的一个采样开关连接，且所述电容阵列中各个电容所连接的采样开关不同。在本专利技术所提供的逐步逼近式模拟数字转换器及其控制方法中，所述逐步逼近式模拟数字转换器包括两个电容阵列、两组开关、一个参考电压缓冲器以及一个比较器，每组开关包括采样开关阵列、参考电压开关阵列及对地开关阵列，每个电容阵列的上极板与比较器的一个输入端连接，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接，且比较器的两个输入端选择性与参考电压缓冲器连接，两组对地开关阵列本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种逐步逼近式模拟数字转换器，其特征在于，包括：两个电容阵列、两组开关、一个参考电压缓冲器以及一个比较器，每组开关包括依次连接的采样开关阵列、参考电压开关阵列及对地开关阵列，其中，每个电容阵列的上极板与所述比较器的一个输入端连接，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接，且所述比较器的两个输入端选择性与所述参考电压缓冲器连接，两组对地开关阵列均接地，两组参考电压开关阵列均与所述参考电压缓冲器连接。
【技术特征摘要】
1.一种逐步逼近式模拟数字转换器，其特征在于，包括：两个电容阵列、两组开关、一个参考电压缓冲器以及一个比较器，每组开关包括依次连接的采样开关阵列、参考电压开关阵列及对地开关阵列，其中，每个电容阵列的上极板与所述比较器的一个输入端连接，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接，且所述比较器的两个输入端选择性与所述参考电压缓冲器连接，两组对地开关阵列均接地，两组参考电压开关阵列均与所述参考电压缓冲器连接。2.如权利要求1所述的逐步逼近式模拟数字转换器，其特征在于，每个电容阵列的下极板与一组采样开关阵列连接时，所述电容阵列中的每个电容的下极板与所述采样开关阵列中的一个采样开关连接，且所述电容阵列中各个电容所连接的采样开关不同。3.如权利要求1所述的逐步逼近式模拟数字转换器，其特征在于，所述电容阵列为分段式二进制权重电容阵列。4.如权利要求1所述的逐步逼近式模拟数字转换器，其特征在于，还包括一SAR逻辑控制电路，所述SAR逻辑控制电路与所述比较器的输出端连接。5.如权利要求1所述的逐步逼近式模拟数字转换器，其特征在于，其中一个电容阵列的上极板与所述比较器的正输入端连接，另一个电容阵列的上极板与所述比较器的负输入端连接。6.一种如权利要求1所述逐步逼近式模拟数字转换器的控制方法，其特征在于，包括：采样阶段，将两个电容阵列的上极板接通参考电压缓冲器，一个电容阵列的下极板接入输入信号，另一个电容阵列的下极板接入另一输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杉，秦琳，
申请(专利权)人：豪威科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。