针对SAR ADC的分裂电容模组及相应的开关方法 |
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| 申请号 | CN202311804036.0 | 申请日 | 2023-12-25 | 公开(公告)号 | CN117955494A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 深圳大学; | 发明人 | 姜梅; 沈晴; 王鑫; 陈俊贤; 何鑫晖; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供了一种针对SAR ADC的分裂电容模组及相应的 开关 方法，涉及 模数转换 的技术领域。本申请使用下极板 采样 方式，本质上属于基于分裂电容的下极板开关策略，其相较传统方案只增加了一个开关，其以极小的 硬件 代价实现了同时具备相关技术中基于VCM的下极板开关策略和基于分裂电容的上极板开关策略的优势，即：SAR ADC的比较器的输入共模为VCM，保证了比较器的性能；SAR ADC的电容阵列中可省去一位电容以降低功耗；可减小电荷注入所带来的非线性问题，有利于高 精度 SAR ADC的设计；无需产生VCM的电源 电路 ，只使用电源 电压 ，大大降低了功耗，减小了面积；使用 电源电压 和对地电压作为参考电压，有利于降低开关导通 电阻 ，更有利于低电源域应用的SAR ADC设计。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种针对SAR ADC的分裂电容模组，其特征在于，包括第一分裂电容单元和第二分裂电容单元，所述第一分裂电容单元和所述第二分裂电容单元均包括两电容，所述第一分裂电容单元中两所述电容的上极板相连后通过第一开关接电源电压，所述第二分裂电容单元中两所述电容的上极板相连后通过第二开关接对地电压，所述第一分裂电容单元中两所述电容的上极板相连后还用于接SAR ADC的比较器的正向输入端，所述第二分裂电容单元中两所述电容的上极板相连后还用于接所述比较器的反向输入端，所述第一开关未接所述电源电压的一端与所述第二开关未接所述对地电压的一端通过第三开关相连接，所述第一分裂电容单元中两所述电容的下极板分别用于接入第一输入电压、所述电源电压及所述对地电压中的任意一个，所述第二分裂电容单元中两所述电容的下极板分别用于接入第二输入电压、所述电源电压及所述对地电压中的任意一个，所述第一输入电压和所述第二输入电压是所述SAR ADC工作时所需量化的一对差分信号；所述分裂电容模组的开关流程包括： |
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| 说明书全文 | 针对SAR ADC的分裂电容模组及相应的开关方法【技术领域】 [0002] 模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的器件，其中的逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)具备结构简单、功耗低等优良特性，使得其在近些年成为了行业内的研究热点。SAR ADC通常包括两个电容阵列，其通过控制电容阵列使得输出电压逼近于输入电压，用以量化输入电压的大小并将其输出为数字信号，其中，电容阵列的开关策略是影响SAR ADC性能(如速度、功耗、精度等)的主要因素之一，故而对电容阵列开关策略的设计尤为重要。现有的电容阵列开关策略通常分为两大类，即上极板开关策略和下极板开关策略，上极板开关策略中存在电荷注入，会引起较为严重的非线性问题，这使得其一般只能应用在中低精度的SAR ADC设计中，而由于下极板开关策略可以有效地避免电荷注入，所以其可适用于高精度的SAR ADC设计中。 [0003] 相关技术中，存在一种基于VCM(称为二分之一电源电压)的电容开关策略，其优势在于：开关能量消耗小、功耗低，电容阵列中可省去一位电容，比较器的输入共模可稳定在VCM，故而可避免由于共模电压变化所导致的比较器性能恶化，由此提高了SAR ADC的精度。进一步地，基于VCM的电容开关策略也分为上极板开关策略和下极板开关策略，这两种都需要用到产生VCM的电源电路，而电源电路本身的功耗会使得基于VCM的电容开关策略的低功耗优势丧失，并且开关要导通VCM的导通电阻比导通VDD(电源电压)和GND(地)的大，即低电源应用会使得开关性能变差。为了消除这一弊端，相关研究人员对基于VCM的电容开关策略进行了改进，并提出了一种基于分裂电容的上极板开关策略，该开关策略使用两个电容来替代原本的一个电容，两个电容分别接VDD和GND，这等效于接VCM，如此就可以将比较器输入的共模电压维持在VCM，且在低电源时若一端为VCM，则开关会难以导通，故而此种开关策略不仅能够减小低电源时开关的设计难度，还可以省去产生VCM的电源电路，从而极大地降低了系统的功耗。但是，基于分裂电容的上极板开关策略中仍然存在着电荷注入，并且电荷注入是与输入相关的，这仍然会引起较为严重的非线性问题，同时输入也会影响到比较器输入电容，故而此开关策略的采样精度比较低，无法应用于高精度的SAR ADC设计中，开关效果不佳。 [0004] 因此，有必要对上述基于分裂电容的上极板开关策略进行改进。【发明内容】 [0005] 本申请提供了一种针对SAR ADC的分裂电容模组及相应的开关方法，旨在解决相关技术中SAR ADC的电容开关策略的开关效果不佳的问题。 [0006] 为了解决相关技术中所存在的上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种针对SAR ADC的分裂电容模组，包括第一分裂电容单元和第二分裂电容单元，第一分裂电容单元和第二分裂电容单元均包括两电容，第一分裂电容单元中两电容的上极板相连后通过第一开关接电源电压，第二分裂电容单元中两电容的上极板相连后通过第二开关接对地电压，第一分裂电容单元中两电容的上极板相连后还用于接SAR ADC的比较器的正向输入端，第二分裂电容单元中两电容的上极板相连后还用于接比较器的反向输入端，第一开关未接电源电压的一端与第二开关未接对地电压的一端通过第三开关相连接，第一分裂电容单元中两电容的下极板分别用于接入第一输入电压、电源电压及对地电压中的任意一个，第二分裂电容单元中两电容的下极板分别用于接入第二输入电压、电源电压及对地电压中的任意一个，第一输入电压和第二输入电压是SAR ADC工作时所需量化的一对差分信号。具体地，本申请的分裂电容模组的开关流程包括：控制第一开关和第二开关均闭合、且第三开关断开，第一分裂电容单元中两电容的下极板均接入第一输入电压、上极板均接入电源电压，第二分裂电容单元中两电容的下极板均接入第二输入电压、上极板均接入对地电压；控制第一开关和第二开关均断开、且第三开关闭合，第一分裂电容单元中两电容的下极板均接入第一输入电压，第二分裂电容单元中两电容的下极板均接入第二输入电压，分裂电容模组中四个电容的上极板之间电荷共享，第一分裂电容单元中两电容的上极板的电压、及第二分裂电容单元中两电容的上极板的电压均等于电源电压的二分之一。 [0007] 本申请实施例第二方面提供了一种开关方法，应用于本申请实施例第一方面所提及的分裂电容模组，包括：控制第一开关和第二开关均闭合、且第三开关断开，第一分裂电容单元中两电容的下极板均接入第一输入电压、上极板均接入电源电压，第二分裂电容单元中两电容的下极板均接入第二输入电压、上极板均接入对地电压；控制第一开关和第二开关均断开、且第三开关闭合，第一分裂电容单元中两电容的下极板均接入第一输入电压，第二分裂电容单元中两电容的下极板均接入第二输入电压，分裂电容模组中四个电容的上极板之间电荷共享，第一分裂电容单元中两电容的上极板的电压、及第二分裂电容单元中两电容的上极板的电压均等于电源电压的二分之一。 [0008] 可以理解的是，通过本申请上述技术方案的实施，先控制第一开关和第二开关均闭合、且第三开关断开，使得第一分裂电容单元中两电容的下极板均接入第一输入电压、上极板均接入电源电压，且第二分裂电容单元中两电容的下极板均接入第二输入电压、上极板均接入对地电压，此时分裂电容模组上存储了第一电荷；之后，再控制第一开关和第二开关均断开、且第三开关闭合，此时分裂电容模组中四个电容的上极板之间电荷共享，分裂电容模组上存储了第二电荷，而基于电荷守恒(即第一电荷等于第二电荷)可知，此时第一分裂电容单元中两电容的上极板的电压、及第二分裂电容单元中两电容的上极板的电压均等于电源电压的二分之一(即传统方案中的VCM)，也就是说，本申请同样能将SAR ADC的比较器的输入共模维持在VCM，并且不需要产生VCM的电源电路；此过程中，不管是第一开关、第二开关和第三开关中的哪一个由闭合变为断开，都会产生与输入无关的电荷注入，但此电荷注入并不会造成非线性问题，只会产生增益误差，故而并不会影响到采样精度。由此可见，本申请采用下极板采样方式，本质上是基于分裂电容的下极板开关策略，同时相较传统方案只增加了一个第三开关，这就说明其以极小的硬件代价实现了同时具备相关技术中基于VCM的下极板开关策略和基于分裂电容的上极板开关策略的优势，即：SAR ADC的比较器的输入共模为VCM，保证了比较器的性能；SAR ADC的电容阵列中可省去一位电容以降低功耗；可减小电荷注入所带来的非线性问题，有利于高精度SAR ADC的设计；无需产生VCM的电源电路，只使用电源电压，大大降低了功耗，减小了面积；使用电源电压和对地电压作为参考电压，有利于降低开关导通电阻，更有利于低电源域应用的SAR ADC设计。基于此，本申请可有效地提升电容开关策略的开关效果。【附图说明】 [0009] 为了更清楚地说明相关技术或本申请实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本申请实施例的描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0010] 图1为本申请实施例提供的分裂电容模组在开关过程中不同的状态图； [0011] 图2为本申请实施例提供的开关方法的流程示意图。【具体实施方式】 [0012] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加的明显、易懂，下面将结合本申请实施例以及相应的附图，对本申请进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应当理解的是，下面所描述的本申请的各个实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即基于本申请的各个实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，下面所描述的本申请的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0013] 相关技术中，存在一种基于分裂电容的上极板开关策略，该开关策略使用两个电容来替代原本的一个电容，两个电容分别接VDD和GND，这等效于接VCM，如此就可以将比较器输入的共模电压维持在VCM，并且在低电源时如果一端为VCM，那么开关就会难以导通，故而此种开关策略不仅能够减小低电源时开关的设计难度，还可以省去产生VCM的电源电路，从而极大地降低了系统的功耗。但是，基于分裂电容的上极板开关策略中仍然存在着电荷注入，并且电荷注入是与输入相关的，这仍然会引起较为严重的非线性问题，同时输入也会影响到比较器输入电容，故而此开关策略的采样精度比较低，无法应用于高精度的SAR ADC设计中，开关效果不佳。为此，本申请于下文的实施例中提出了一种针对SAR ADC的分裂电容模组及相应的开关方法，其同时具备相关技术中基于VCM的下极板开关策略和基于分裂电容的上极板开关策略的优势，可以有效地解决相关技术中所存在的上述技术问题。 [0014] 图1示出了分裂电容模组的结构，图1(a)至图1(d)四幅图分别是分裂电容模组在开关过程中不同的状态图，在一些实施例中，分裂电容模组包括第一分裂电容单元101和第二分裂电容单元102，第一分裂电容单元101和第二分裂电容单元102均包括两电容，第一分裂电容单元101中两电容的上极板相连后通过第一开关S1接电源电压VDD，第二分裂电容单元102中两电容的上极板相连后通过第二开关S2接对地电压GND，第一分裂电容单元101中两电容的上极板相连后还用于接SAR ADC的比较器的正向输入端，第二分裂电容单元102中两电容的上极板相连后还用于接比较器的反向输入端，第一开关S1未接电源电压VDD的一端与第二开关S2未接对地电压GND的一端通过第三开关S3相连接，第一分裂电容单元101中两电容的下极板分别用于接入第一输入电压Vin、电源电压VDD及对地电压GND中的任意一个，第二分裂电容单元102中两电容的下极板分别用于接入第二输入电压Vip、对地电压GND及电源电压VDD中的任意一个，第一输入电压Vin和第二输入电压Vip是SAR ADC正常工作时所需量化的一对差分信号。需要说明的是，在本申请的附图中，不管是第一分裂电容单元101中的电容，还是第二分裂电容单元102中的电容，均以符号C表示。还需要说明的是，本申请的对地电压GND可以通过接地的方式获得。此外，本申请中的电源电压VDD本质上是参考高电压，而对地电压GND本质上是参考低电压，本领域技术人员应当知晓，可以根据实际需求去设计参考高电压和参考低电压，而并非一定采用本申请的电源电压VDD和对地电压GND，此二者只是本申请所给出的一种示例而已。 [0015] 具体地，分裂电容模组的开关流程包括：如图1(a)所示，控制第一开关S1和第二开关S2均闭合、且第三开关S3断开，第一分裂电容单元101中两电容的下极板均接入第一输入电压Vin、上极板均接入电源电压VDD，第二分裂电容单元102中两电容的下极板均接入第二输入电压Vip、上极板均接入对地电压GND；如图1(b)所示，控制第一开关S1和第二开关S2均断开、且第三开关S3闭合，第一分裂电容单元101中两电容的下极板均接入了第一输入电压Vin，第二分裂电容单元102中两电容的下极板均接入了第二输入电压Vip，分裂电容模组中四个电容的上极板之间电荷共享，第一分裂电容单元101中两电容的上极板的电压Vxn(即比较器的正向输入端所输入的电压)、及第二分裂电容单元102中两电容的上极板的电压Vxp(即比较器的反向输入端所输入的电压)均等于电源电压VDD的二分之一(即传统方案中所言的VCM)。在分裂电容模组的开关过程中，不管是第一开关S1还是第二开关S2，当其由闭合状态进入断开状态时，都会产生与输入无关的电荷注入，但此电荷注入并不会造成非线性问题，只会产生增益误差，故而并不会影响到采样精度，其中的采样指的是第一输入电压Vin和第二输入电压Vip的输入，而第三开关S3断开的瞬间正是分裂电容模组(或SAR ADC)的采样瞬间。此外，需要说明的是，不管是第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，还是本申请于下文中将要给出的其它开关，它们均可根据实际需求选用本领域内常用的一些开关，如自举开关、传输门开关、单MOS开关等。 [0016] 由上可见，本申请一方面可在无需产生VCM的电源电路的前提下将比较器的输入共模维持在VCM，另一方面又避免了电荷注入所引起的非线性问题，本申请使用下极板采样方式，其本质上属于基于分裂电容的下极板开关策略，同时相较传统方案只增加了一个第三开关S3，相当于以极小的硬件代价实现了同时具备相关技术中基于VCM的下极板开关策略和基于分裂电容的上极板开关策略的优势，即：SAR ADC的比较器的输入共模为VCM，保证了比较器的性能；SAR ADC的电容阵列中可省去一位电容以降低功耗；可减小电荷注入所带来的非线性问题，有利于高精度SAR ADC的设计；不需要产生VCM的电源电路，只使用电源电压VDD，大大降低了功耗，减小了面积；使用电源电压VDD和对地电压GND作为参考电压，有利于降低开关导通电阻，更有利于低电源域应用的SAR ADC设计。基于此，提升了电容开关策略的开关效果。 [0017] 作为其中的一个实施例，如图1(a)所示，当第一开关S1和第二开关S2均闭合、且第三开关S3断开时，分裂电容模组所存储的第一电荷Q1由公式Q1＝(VDD‑Vin)*C+(GND‑Vip)*C来表示，公式中C表示单个电容的容量。进一步地，如图1(b)所示，当第一开关S1和第二开关S2均断开、且第三开关S3闭合时，分裂电容模组所存储的第二电荷Q2由公式Q2＝(Vxn‑Vin)*C+(Vxp‑Vip)*C来表示。可以理解的是，当第一开关S1和第二开关S2均断开、且第三开关S3闭合时，分裂电容模组中四个电容的上极板之间电荷共享，基于电荷守恒可知Q2＝Q1，这就很容易得到Vxn＝Vxp＝VDD/2，从而可将比较器的输入共模维持在VDD/2，即维持在VCM。 [0018] 作为其中的一个实施例，当第一开关S1和第二开关S2均断开、且第三开关S3闭合，并使第一分裂电容单元101中两电容的上极板的电压Vxn、及第二分裂电容单元102中两电容的上极板的电压Vxp均等于VDD/2之后，分裂电容模组的开关流程还包括：如图1(c)和图1(d)所示，断开第三开关S3，并将第一分裂电容单元101中第一个电容的下极板的电压切换至电源电压VDD、第二个电容的下极板的电压切换至对地电压GND(等效为单个电容的下极板接VCM)，及将第二分裂电容单元102中第一个电容的下极板的电压切换至对地电压GND、第二个电容的下极板的电压切换至电源电压VDD(等效为单个电容的下极板接VCM)，以使第一分裂电容单元101中两电容的上极板的电压变为(VDD/2)‑Vxn、且第二分裂电容单元102中两电容的上极板的电压变为(VDD/2)‑Vxp，第一分裂电容单元101中两电容的上极板与第二分裂电容单元102中两电容的上极板之间的差分电压为Vxp‑Vxn，比较器根据Vxp‑Vxn输出相应的比较结果，以进行ADC量化过程。此外，需要说明的是，在分裂电容模组的开关过程中，当第三开关S3由闭合状态进入断开状态时，也会产生与输入无关的电荷注入，但是此电荷注入同样不会造成非线性问题，只会产生增益误差，故而也不会影响到采样精度。还需要说明的是，第三开关S3断开之后，分裂电容模组中四个电容的上极板的共模电压均为VCM，并且上极板均进入浮空状态，直至SAR ADC的模数转换结束。 [0019] 进一步地，为了方便地实现第一分裂电容单元101和第二分裂电容单元102中各个电容的下极板的电压在输入电压(即第一输入电压Vin或第二输入电压Vip)和参考电压(即电源电压VDD和对地电压GND)中切换，第一分裂电容单元101中第一个电容的下极板连接有第一单刀三掷开关S4_1、第二个电容的下极板连接有第二单刀三掷开关S4_2，第一单刀三掷开关S4_1和第二单刀三掷开关S4_2的第一个端口分别接电源电压VDD、第二个端口分别接第一输入电压Vin、第三个端口分别接对地电压GND；相应的，第二分裂电容单元102中第一个电容的下极板接有第三单刀三掷开关S5_1、第二个电容的下极板接有第四单刀三掷开关S5_2，第三单刀三掷开关S5_1和第四单刀三掷开关S5_2的第一个端口分别接电源电压VDD、第二个端口分别接第二输入电压Vip、第三个端口分别接对地电压GND。可以理解的是，对于单个单刀三掷开关而言，通过单刀三掷开关中三个端口之间的切换，即可实现电源电压VDD、第一输入电压Vin(或第二输入电压Vip)及对地电压GND之间的切换。 [0020] 作为其中的一个实施例，比较器的输出端用于接SAR ADC的逐次逼近寄存器，逐次逼近寄存器可基于逐次逼近逻辑并根据比较器输出的比较结果输出相应的数字信号，之后还可以根据比较器输出的比较结果控制第一单刀三掷开关S4_1、第二单刀三掷开关S4_2、第三单刀三掷开关S5_1及第四单刀三掷开关S5_2的切换，也就是说，控制第一单刀三掷开关S4_1和第二单刀三掷开关S4_2均切换为电源电压VDD或对地电压GND，及控制第三单刀三掷开关S5_1和第四单刀三掷开关S5_2均切换为电源电压VDD或对地电压GND。 [0021] 在此，需要着重说明的是，SAR ADC中通常包括由若干电容上极板相连而成的第一电容阵列和由若干电容上极板相连而成的第二电容阵列，那么在SARADC实际的量化过程中，本申请的分裂电容模组应当包括若干个，其中，若干第一分裂电容单元101共同组成第一电容阵列，而若干第二分裂电容单元102则共同组成第二电容阵列，具体的是：若干第一分裂电容单元101中所有的电容的上极板相连后通过第一开关S1接电源电压VDD，若干第二分裂电容单元102中所有的电容的上极板相连后通过第二开关S2接对地电压GND，若干第一分裂电容单元101中所有的电容的上极板相连后还接比较器的正向输入端，若干第二分裂电容单元102中所有的电容的上极板相连后还接比较器的反向输入端，比较器的输出端接逐次逼近寄存器，第一开关S1未接电源电压VDD的一端与第二开关S2未接对地电压GND的一端通过第三开关S3相连接。需要说明的是，按照向比较器靠近的方向，若干分裂电容模组的位数依次降低。 [0022] 那么，包括前文所述的开关流程在内的SAR ADC的模数转换流程可分为如下四个步骤，即：第一个步骤，控制第一开关S1和第二开关S2均闭合、且第三开关S3断开，若干第一分裂电容单元101中所有的电容的下极板均接入第一输入电压Vin、上极板均接入电源电压VDD，若干第二分裂电容单元102中所有的电容的下极板均接入第二输入电压Vip、上极板均接入对地电压GND；第二个步骤，控制第一开关S1和第二开关S2均断开、且第三开关S3闭合，若干第一分裂电容单元101中所有的电容的下极板均接入第一输入电压Vin，若干第二分裂电容单元102中所有的电容的下极板均接入第二输入电压Vip，若干第一分裂电容单元101中所有的电容的上极板与若干第二分裂电容单元102中所有的电容的上极板之间电荷共享，若干第一分裂电容单元101中所有的电容的上极板的电压、及若干第二分裂电容单元102中所有的电容的上极板的电压均等于电源电压VDD的二分之一；第三个步骤，断开第三开关S3，并将各第一分裂电容单元101中第一个电容的下极板的电压切换至电源电压VDD、第二个电容的下极板的电压切换至对地电压GND，及将各第二分裂电容单元102中第一个电容的下极板的电压切换至对地电压GND、第二个电容的下极板的电压切换至电源电压VDD，以使各第一分裂电容单元101中两电容的上极板的电压变为(VDD/2)‑Vxn、且各第二分裂电容单元102中两电容的上极板的电压变为(VDD/2)‑Vxp，各第一分裂电容单元101中两电容的上极板与相应第二分裂电容单元102中两电容的上极板之间的差分电压为Vxp‑Vxn，比较器根据Vxp‑Vxn输出相应的比较结果；第四个步骤，逐次逼近寄存器根据上一个步骤的比较结果输出相应的数字信号之后，将MSB(Most Significant Bit，最高有效位)的第一分裂电容单元101中两电容的下极板的电压均切换至电源电压VDD或者对地电压GND、及将MSB的第二分裂电容单元102中两电容的下极板的电压均切换至对地电压GND或者电源电压VDD，以使相应的各个电容的上极板的电压变化为VDD/2，之后比较器再对应输出相应的比较结果并经逐次逼近寄存器量化以得到相应的数字信号，然后再将下一位的第一分裂电容单元 101中两电容的下极板的电压均切换至电源电压VDD或者对地电压GND、及将下一位的第二分裂电容单元102中两电容的下极板的电压均切换至对地电压GND或者电源电压VDD，以此类推，使得电容上极板的电压逐渐逼近1LSB的电压，此过程中，逐次逼近寄存器可逐次输出数字信号，直至本轮模数转换结束，之后再重新开始量化下一轮的输入信号(即第一输入电压Vin和第二输入电压Vip)。 [0023] 以上实施例仅作为本申请的优选实现，它们并非是对分裂电容模组相关内容的唯一限定；对此，本领域技术人员可以在以上实施例的基础上，根据实际应用场景进行灵活设定。此外，本申请的分裂电容模组同时也对应着其开关方法，图2示出了开关方法的流程示意图，该开关方法主要包括步骤201至步骤203(简写为S201和S203)，即：S201，控制第一开关S1和第二开关S2均闭合、且第三开关S3断开，第一分裂电容单元101中两电容的下极板均接入第一输入电压Vin、上极板均接入电源电压VDD，第二分裂电容单元102中两电容的下极板均接入第二输入电压Vip、上极板均接入对地电压GND；S202，控制第一开关S1和第二开关S2均断开、且第三开关S3闭合，第一分裂电容单元101中两电容的下极板均接入第一输入电压Vin，第二分裂电容单元102中两电容的下极板均接入第二输入电压Vip，分裂电容模组中四个电容的上极板之间电荷共享，第一分裂电容单元101中两电容的上极板的电压Vxn、及第二分裂电容单元102中两电容的上极板的电压Vxp均等于VDD/2；S203，断开第三开关S3，并将第一分裂电容单元101中第一个电容的下极板的电压切换至电源电压VDD、第二个电容的下极板的电压切换至对地电压GND，及将第二分裂电容单元102中第一个电容的下极板的电压切换至对地电压GND、第二个电容的下极板的电压切换至电源电压VDD，以使第一分裂电容单元101中两电容的上极板的电压变为(VDD/2)‑Vxn、且第二分裂电容单元102中两电容的上极板的电压变为(VDD/2)‑Vxp，第一分裂电容单元101中两电容的上极板与第二分裂电容单元102中两电容的上极板之间的差分电压为Vxp‑Vxn，比较器根据Vxp‑Vxn输出相应的比较结果，以进行ADC量化过程。此外，需要说明的是，至于该开关方法描述中的未尽之处，参见前文对分裂电容模组的相关说明即可，本申请在此不再赘述。 [0024] 综合前文所言，本申请提供了一种基于分裂电容的下极板开关策略，其通过电容的下极板的采样开关(即第一单刀三掷开关S4_1、第二单刀三掷开关S4_2、第三单刀三掷开关S5_1和第四单刀三掷开关S5_2)来进行输入电压的采样，提高了采样精度，而且利用第三开关S3避免了产生VCM的电源电路的能量消耗，同时只使用电源电压VDD和对地电压GND作为参考电压，也提高了低电源情况下开关的导通电阻。简言之，本申请相较传统方案只增加了一个第三开关S3，相当于以极小的硬件代价实现了同时具备相关技术中基于VCM的下极板开关策略和基于分裂电容的上极板开关策略的优势，即：SAR ADC的比较器的输入共模为VCM，保证了比较器的性能；SAR ADC的电容阵列中可省去一位电容以降低功耗；可减小电荷注入所带来的非线性问题，有利于高精度SAR ADC的设计；无需产生VCM的电源电路，只使用电源电压VDD，大大降低了功耗，减小了面积；用电源电压VDD和对地电压GND作为参考电压，有利于降低开关导通电阻，更有利于低电源域应用的SAR ADC设计。基于此，本申请可有效地提升电容开关策略的开关效果。 [0025] 结合本文中所公开的实施例所描述的方法或算法的步骤，其可以直接用硬件、处理器执行的软件模块来实施，或者利用二者的结合来实施；其中，软件模块可以设置在随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD‑ROM或本技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。 [0026] 在上述实施例中，可以全部或部分通过软件、硬件、固件或者它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分以计算机程序产品的形式实现，计算机程序产品包括一个或多个计算机指令，在计算机上加载和执行该计算机指令时，全部或部分地产生本申请所述的流程或功能，而计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(如同轴电缆、光纤、数字用户线等)或无线(如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是由一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(如软盘、硬盘、磁带)、光介质(如DVD)或者半导体介质(如固态硬盘Solid State Disk)等。 [0027] 需要说明的是，本申请于上文中示出的若干个实施例采用递进的方式来描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可；此外，对于方法类实施例而言，其与产品类实施例相似，两者描述中所存在的不足之处相互参见即可。还需要说明的是，在本申请的文字描述中，诸如第一、第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而并非一定要求或暗示这些实体或操作之间存在这种实际的关系或顺序。进一步地，术语“包括”、“包含”或者相应的其它任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或设备不仅包括这些要素，还可以包括没有明确列出的其它要素，或者还可以包括这种过程、方法、物品或设备所固有的要素；而且，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或设备中还存在另外的相同要素。 [0028] 此外，通过实施本申请于上文中示出的若干个实施例，本领域的专业技术人员可实现或使用本申请。对于本申请于上文中示出的若干个实施例，其多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在未展示出的其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于前文所示出的若干个实施例，而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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