[发明专利]高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法。

背景技术

逐次逼近型模数转换器是一种中高精度、中等转换速率、超低功耗的模数转换器结构。对于传感器、便携式设备及生物应用来说，要求模数转换器能够工作在低电源电压下。然而随着电源电压的降低，电路的增益受到了限制，而逐次逼近型模数转换器的结构只包括比较器、数模转换器和逐次逼近寄存器而不需要提供增益的电路。数字电路的功耗会随着工艺尺寸缩减比例不断减小，而模拟电路的功耗却很难随着工艺的进步而减小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能有效减小电容阵列的平均开关功耗，且能减小电容阵列面积的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法。

本发明所采用的技术方案是：

高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器，包括电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近开关控制器，所述电容阵列数模转换器的输出端与比较器的输入端连接，所述比较器的输出端与逐次逼近开关控制器的输入端连接，所述逐次逼近开关控制器的输出端与电容阵列数模转换器的开关控制端连接。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述电容阵列数模转换器包括同相电容阵列和反相电容阵列，所述同相电容阵列的输出端连接至比较器的同相输入端，所述反相电容阵列的输出端连接至比较器的反相输入端。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述同相电容阵列包括同相主电容阵列和同相从电容阵列，所述同相主电容阵列的输入端通过开关连接至同相信号输入端，所述同相主电容阵列的输出端连接至比较器的同相输入端，所述同相从电容阵列的输出端通过开关连接至比较器的同相输入端，所述同相主电容阵列与同相从电容阵列相连接。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述同相主电容阵列包括N/2个同相主电容单元，所述同相从电容阵列包括N/2个同相从电容单元，所述N/2个同相主电容单元中的第1个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的下极板均连接至比较器的同相输入端，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个同相主电容单元的上极板和第2个同相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述N/2个同相从电容单元中的第1个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的同相输入端，所述第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个同相从电容单元的上极板和第2个同相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板分别通过开关与第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板连接，其中N表示模数转换器位数。