【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法
本專利技術(shù)涉及集成電路
,尤其涉及一種高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法。
技術(shù)介紹
逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種中高精度、中等轉(zhuǎn)換速率、超低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。對(duì)于傳感器、便攜式設(shè)備及生物應(yīng)用來說,要求模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)只包括比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和逐次逼近寄存器而不需要提供增益的電路。數(shù)字電路的功耗會(huì)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(jìn)步而減小。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問題,本專利技術(shù)的目的是提供一種能有效減小電容陣列的平均開關(guān)功耗,且能減小電容陣列面積的高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是:高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,包括電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器和逐次逼近開關(guān)控制器,所述電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的輸入端連接,所述比較器的輸出端與逐次逼近開關(guān)控制器的輸入端連接,所述逐次逼近開關(guān)控制器的輸出端與電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制端連接。作為所述的高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的進(jìn)一步改進(jìn),所述電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括同相電容陣列和反相電容陣列,所述同相電容陣列的輸出端連接至比較器的同相輸入端,所述反相電容陣列的輸出端連接至比較器的反相輸入端。作為所述的高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的進(jìn)一步改進(jìn),所述同相電容陣列包括同相主電容陣列和同相從電容陣列,所述同相主電容陣列的輸入端通過開關(guān)連接至 ...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其特征在于:包括電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器和逐次逼近開關(guān)控制器,所述電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的輸入端連接,所述比較器的輸出端與逐次逼近開關(guān)控制器的輸入端連接,所述逐次逼近開關(guān)控制器的輸出端與電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制端連接。
【技術(shù)特征摘要】
1.高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其特征在于:包括電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器、比較器和逐次逼近開關(guān)控制器,所述電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的輸入端連接,所述比較器的輸出端與逐次逼近開關(guān)控制器的輸入端連接,所述逐次逼近開關(guān)控制器的輸出端與電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制端連接;所述電容陣列數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括同相電容陣列和反相電容陣列,所述同相電容陣列的輸出端連接至比較器的同相輸入端,所述反相電容陣列的輸出端連接至比較器的反相輸入端;所述同相電容陣列包括同相主電容陣列和同相從電容陣列,所述同相主電容陣列的輸入端通過開關(guān)連接至同相信號(hào)輸入端,所述同相主電容陣列的輸出端連接至比較器的同相輸入端,所述同相從電容陣列的輸出端通過開關(guān)連接至比較器的同相輸入端,所述同相主電容陣列與同相從電容陣列相連接;所述同相主電容陣列包括N/2個(gè)同相主電容單元,所述同相從電容陣列包括N/2個(gè)同相從電容單元,所述N/2個(gè)同相主電容單元中的第1個(gè)同相主電容單元至第N/2個(gè)同相主電容單元的下極板均連接至比較器的同相輸入端,第3個(gè)同相主電容單元至第N/2個(gè)同相主電容單元的上極板之間依次通過開關(guān)連接,所述第1個(gè)同相主電容單元的上極板和第2個(gè)同相主電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)同相主電容單元至第N/2個(gè)同相主電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述N/2個(gè)同相從電容單元中的第1個(gè)同相從電容單元至第N/2個(gè)同相從電容單元的下極板耦合在一起并通過開關(guān)連接至比較器的同相輸入端,第3個(gè)同相從電容單元至第N/2個(gè)同相從電容單元的上極板之間依次通過開關(guān)連接,所述第1個(gè)同相從電容單元的上極板和第2個(gè)同相從電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)同相從電容單元至第N/2個(gè)同相從電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)同相主電容單元至第N/2個(gè)同相主電容單元的上極板分別通過開關(guān)與第3個(gè)同相從電容單元至第N/2個(gè)同相從電容單元的上極板連接,其中N表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器位數(shù);所述反相電容陣列包括反相主電容陣列和反相從電容陣列,所述反相主電容陣列的輸入端通過開關(guān)連接至反相信號(hào)輸入端,所述反相主電容陣列的輸出端連接至比較器的反相輸入端,所述反相從電容陣列的輸出端通過開關(guān)連接至比較器的反相輸入端,所述反相主電容陣列與反相從電容陣列相連接;所述反相主電容陣列包括N/2個(gè)反相主電容單元,所述反相從電容陣列包括N/2個(gè)反相從電容單元,所述N/2個(gè)反相主電容單元中的第1個(gè)反相主電容單元至第N/2個(gè)反相主電容單元的下極板均連接至比較器的反相輸入端,第3個(gè)反相主電容單元至第N/2個(gè)反相主電容單元的上極板之間依次通過開關(guān)連接,所述第1個(gè)反相主電容單元的上極板和第2個(gè)反相主電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)反相主電容單元至第N/2個(gè)反相主電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述N/2個(gè)反相從電容單元中的第1個(gè)反相從電容單元至第N/2個(gè)反相從電容單元的下極板耦合在一起并通過開關(guān)連接至比較器的反相輸入端,第3個(gè)反相從電容單元至第N/2個(gè)反相從電容單元的上極板之間依次通過開關(guān)連接,所述第1個(gè)反相從電容單元的上極板和第2個(gè)反相從電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)反相從電容單元至第N/2個(gè)反相從電容單元的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)反相主電容單元至第N/2個(gè)反相主電容單元的上極板分別通過開關(guān)與第3個(gè)反相從電容單元至第N/2個(gè)反相從電容單元的上極板連接,其中N表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器位數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其特征在于:所述第1個(gè)同相主電容單元和第2個(gè)同相主電容單元分別包括1個(gè)電容值為單位電容C的子電容,所述第3個(gè)同相主電容單元包括1個(gè)電容值為2個(gè)單位電容C的子電容,所述第1個(gè)同相主電容單元的子電容的下極板至第N/2個(gè)同相主電容單元的子電容的下極板均連接至比較器的同相輸入端,所述第1個(gè)同相主電容單元的子電容的上極板和第2個(gè)同相主電容單元的子電容的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)同相主電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,第4個(gè)同相主電容單元至第N/2個(gè)同相主電容單元中,第i個(gè)同相主電容單元包括子電容的數(shù)量為i-2,所述第3個(gè)同相主電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)與第4個(gè)同相主電容單元的第2個(gè)子電容相連,所述第i個(gè)同相主電容單元中,第1個(gè)子電容的電容值為2個(gè)單位電容C,第2個(gè)至第i-2個(gè)子電容的電容值分別為Cj=2j-1C,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接參考電壓或共模電壓或地,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第i+1個(gè)同相主電容單元的第2個(gè)子電容的上極板相連,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第i個(gè)同相從電容單元的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第i-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第i-1個(gè)同相主電容單元的第1個(gè)子電容至第i-3個(gè)子電容的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第i-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第i+1個(gè)同相主電容單元的第3個(gè)子電容至第i-1個(gè)子電容的上極板相連,其中,i為4≤i≤N/2-1的自然數(shù),j為2≤j≤i-2的自然數(shù),Cj表示第j個(gè)子電容的電容值,所述第N/2個(gè)同相主電容單元包括子電容的數(shù)量為N/2-2,第1個(gè)子電容的電容值為2個(gè)單位電容C,第2個(gè)至第N/2-2個(gè)子電容的電容值分別為Ck=2k-1C,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接參考電壓或共模電壓或地,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第N/2個(gè)同相從電容單元的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第N/2-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第N/2-1個(gè)同相主電容單元的第1個(gè)子電容至第N/2-3個(gè)子電容的上極板相連,其中,k為2≤k≤N/2-2的自然數(shù),Ck表示第k個(gè)子電容的電容值;所述第1個(gè)同相從電容單元和第2個(gè)同相從電容單元分別包括1個(gè)電容值為單位電容C的子電容,所述第3個(gè)同相從電容單元包括1個(gè)電容值為2個(gè)單位電容C的子電容,所述第1個(gè)同相從電容單元的子電容的下極板至第N/2個(gè)同相從電容單元的子電容的下極板耦合在一起并通過開關(guān)連接至比較器的同相輸入端,所述第1個(gè)同相從電容單元的子電容的上極板和第2個(gè)同相從電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)同相從電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,第4個(gè)同相從電容單元至第N/2個(gè)同相從電容單元中,第i個(gè)同相從電容單元包括子電容的數(shù)量為i-2,所述第3個(gè)同相從電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)與第4個(gè)同相從電容單元的第2個(gè)子電容相連,所述第i個(gè)同相從電容單元中,第1個(gè)子電容的電容值為2個(gè)單位電容C,第2個(gè)至第i-2個(gè)子電容的電容值分別為Cj=2j-1C,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接參考電壓或共模電壓或地,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第i+1個(gè)同相從電容單元的第2個(gè)子電容相連,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第i個(gè)同相主電容單元的第1個(gè)子電容的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第i-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第i-1個(gè)同相從電容單元的第1個(gè)子電容至第i-3個(gè)子電容的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第i-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第i+1個(gè)同相從電容單元的第3個(gè)子電容至第i-1個(gè)子電容的上極板相連,其中,i為4≤i≤N/2-1的自然數(shù),j為2≤j≤i-2的自然數(shù),Cj表示第j個(gè)子電容的電容值,所述第N/2個(gè)同相從電容單元包括子電容的數(shù)量為N/2-2,第1個(gè)子電容的電容值為2個(gè)單位電容C,第2個(gè)至第N/2-2個(gè)子電容的電容值分別為Ck=2k-1C,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接參考電壓或共模電壓或地,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第N/2個(gè)同相主電容單元的第1個(gè)子電容的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第N/2-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第N/2-1個(gè)同相從電容單元的第1個(gè)子電容至第N/2-3個(gè)子電容的上極板相連,其中,k為2≤k≤N/2-2的自然數(shù),Ck表示第k個(gè)子電容的電容值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能效小面積電容陣列逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其特征在于:所述第1個(gè)反相主電容單元和第2個(gè)反相主電容單元分別包括1個(gè)電容值為單位電容C的子電容,所述第3個(gè)反相主電容單元包括1個(gè)電容值為2個(gè)單位電容C的子電容,所述第1個(gè)反相主電容單元的子電容的下極板至第N/2個(gè)反相主電容單元的子電容的下極板均連接至比較器的反相輸入端,所述第1個(gè)反相主電容單元的子電容的上極板和第2個(gè)反相主電容單元的子電容的上極板分別通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,所述第3個(gè)反相主電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接共模電壓或參考電壓或地,第4個(gè)反相主電容單元至第N/2個(gè)反相主電容單元中,第i個(gè)反相主電容單元包括子電容的數(shù)量為i-2,所述第3個(gè)反相主電容單元的子電容的上極板通過開關(guān)與第4個(gè)反相主電容單元的第2個(gè)子電容相連,所述第i個(gè)反相主電容單元中,第1個(gè)子電容的電容值為2個(gè)單位電容C,第2個(gè)至第i-2個(gè)子電容的電容值分別為Cj=2j-1C,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)選擇連接參考電壓或共模電壓或地,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第i+1個(gè)反相主電容單元的第2個(gè)子電容的上極板相連,所述第1個(gè)子電容的上極板通過開關(guān)與第i個(gè)反相從電容單元的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第i-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第i-1個(gè)反相主電容單元的第1個(gè)子電容至第i-3個(gè)子電容的上極板相連,所述第2個(gè)子電容至第i-2個(gè)子電容的上極板分別通過開關(guān)與第i+1個(gè)反相主電容單元的第3個(gè)子電容至第i-1個(gè)子電容的上極板相連,其中,i為4≤i≤N/2-1的自然數(shù),j為2≤j≤i-2的自然數(shù),Cj表示第j個(gè)子電容的電容值,所述第N/2個(gè)反相主電容單元包括子電容的數(shù)量為N/2-...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員:胡云峰,李斌,吳朝暉,
申請(qǐng)(專利權(quán))人:華南理工大學(xué),
類型:發(fā)明
國別省市:廣東;44
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