[发明专利]一种非对称的SAR ADC电容开关时序电路及方法

说明书

本发明公开了一种非对称的SAR ADC电容开关时序电路，包括：主电容阵列(1)，辅助电容阵列(2)，比较器(3)，第一开关组(4)，第二开关组(5)，第三开关组(6)，第一输入端(V_IP)以及第二输入端(V_IN)；其中，所述主电容阵列(1)通过第一开关组(4)连接所述比较器(3)；所述第一输入端(V_IP)和所述第二输入端(V_IN)通过第二开关组(5)连接所述主电容阵列(1)；所述主电容阵列(1)通过开关Sp2连接所述辅助电容阵列(2)；所述辅助电容阵列(2)通过第三开关组(6)连接V_cm端。本发明提供的开关时序采用分离电容时序、单调开关时序、非对称电容阵列以及分段电容阵列相结合的方法，避免了传统时序操作中高位大电容对ADC性能的限制，降低了ADC的功耗并减小了ADC电容阵列的版图面积。

技术领域

本发明属于电子电路集成领域，具体涉及一种非对称的SAR ADC电容开关时序电路及方法。

背景技术

近年来，随着可穿戴设备的推广和精密的生物仪器的发展，导致各种系统对模数转换器(ADC)的要求也越来越高。常见的ADC主要有Flash ADC、流水线ADC、Sigma-deltaADC和逐次逼近型ADC(SAR ADC)，与其他ADC相比，SAR ADC具有结构简单、版图面积小、功耗低等特点，且与现代CMOS工艺兼容较好。因此，近年来，SAR ADC被广泛应用于低功耗，精度中等且速度适中的数模混合集成电路设计领域。随着科技的进步和电源电压的降低，DAC的电容阵列在SAR ADC设计的总功耗中占据主导地位。因此降低这部分电容的大小对减小DAC的功耗与面积尤为重要。

如今科学家们提出了几种开关切换方案以降低SAR ADC的开关功耗，如分离电容开关时序(split capacitor)、单调电容开关时序(monotonic)以及新的三电平开关时序(new tri-level scheme)等。

然而，这些方法都只能在一定程度上降低SAR ADC的开关功耗和减小版图面积，已经不能满足各类系统对ADC越来越高的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型低功耗非对称的SAR ADC电容开关时序电路及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种非对称的SAR ADC电容开关时序电路，包括：主电容阵列，辅助电容阵列，比较器，第一开关组，第二开关组，第三开关组，第一输入端V_IP以及第二输入端V_IN；其中，

所述主电容阵列通过第一开关组连接所述比较器；

所述第一输入端V_IP和所述第二输入端V_IN通过第二开关组连接所述主电容阵列；

所述主电容阵列通过开关Sp2连接所述辅助电容阵列；

所述辅助电容阵列通过第三开关组连接V_cm端。

在本发明的一个实施例中，所述主电容阵列包括第一电容阵列和第二电容阵列，所述辅助电容阵列包括第三电容阵列和第四电容阵列；

所述第一开关组包括开关Sp1和开关Sn1，所述第二开关组包括开关Sp3和开关Sn3，所述第三开关组包括开关Sp4和开关Sn4；

所述第一电容阵列的上极板通过所述开关Sp1连接所述比较器的同相输入端，所述第二电容阵列的上极板通过所述开关Sn1连接所述比较器的反相输入端；

所述第一输入端V_IP通过所述开关Sp3连接所述第一电容阵列的上极板，所述第二输入端V_IN通过开关Sn3连接所述第二电容阵列的上极板；