电容阵列开关、切换方法及逐次逼近型模数转换器与流程

本公开涉及模数转换器领域，尤其涉及一种电容阵列开关、切换方法及逐次逼近型模数转换器。

背景技术：

1、随着计算机、电子、通信等技术的日新月异，物联网技术迅猛发展，无论是通信还是信号的采集，模数转换器都是不可或缺的。逐次逼近型模数转换器因具有功耗低、面积小、结构简单等特点，同时还能保持优良的性能，被广泛应用于物联网技术中。

2、逐次逼近型模数转换器通常采用电容结构的方式实现，主要包括开关电容阵列、栅压自举开关电路、比较器、逐次逼近逻辑电路，如图4所示。其中，开关电容阵列是逐次逼近型模数转换器的核心模块。开关电容阵列决定了逐次逼近型模数转换器的精度，因此对开关电容阵列的优化是研究的重点。开关电容阵列的切换目前有几种典型的方案，例如传统型下极板电容阵列切换方案、单调型上极板电容阵列切换方案、基于共模电压上极板电容阵列切换方案等。其中下极板采样类型的电容阵列开关切换方案的精度会优于上极板采样类型。

3、现有的传统型下极板电容阵列切换方案、单调型上极板电容阵列切换方案和基于共模电压上极板电容阵列切换方案都是采用二进制排布电容阵列对信号进行采样。二进制电容阵列排布的方案会随着模数转换器位数的增加，使得电容阵列中最大电容和最小电容的比值成倍数增长，最大电容和最小电容的差值会相差较大，因此会出现匹配的问题，导致线性度也会恶化，影响信号采样的精度。并且在采样时，寄生电容也会对最小电容的容值产生影响，从而也会影响信号采样的精度。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本公开提供了一种电容阵列开关、切换方法及逐次逼近型模数转换器，避免了电容阵列中其他电容因电容匹配和电容寄生对信号采样的影响，提高了采样精度。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种电容阵列开关，包括：p端电容阵列，包括p端采样电容和两组并联的p端子电容阵列，通过p端开关与第一参考电压连接；n端电容阵列，与p端电容阵列结构相同且相对设置，包括n端采样电容和两组并联的n端子电容阵列，通过n端开关与第一参考电压连接；其中，p端采样电容和n端采样电容的上极板均与第一参考电压连接，p端采样电容和n端采样电容的下极板均通过采样开关与输入信号连接；p端子电容阵列和n端子电容阵列均包括等数量并联的若干电容，若干电容的上极板与第一参考电压连接，若干电容的下极板分别通过切换开关与第二参考电压或低电平连接；p端电容阵列的上极板输出第一电压；n端电容阵列的上极板输出第二电压。

3、进一步的，输入信号设有第一输入信号和第二输入信号；第一输入信号和第二输入信号通过信号开关连接，属于差分输入信号；p端采样电容对第一输入信号进行采样；n端采样电容对第二输入信号进行采样。

4、进一步的，p端采样电容的容值是两组p端子电容阵列的容值总和的两倍；p端子电容阵列的容值为若干电容的容值之和。

5、进一步的，若干电容设有两个基础电容和若干预置电容，其中，若干预置电容的容值以基础电容的容值c为基础，成2mc排列；m为预置电容的数量。

6、进一步的，m与电容阵列开关用于的模数转换器的位数n有关，关系式为：m＝n-3。

7、进一步的，通过逐次比较p端电容阵列输出的第一电压与n端电容阵列输出的第二电压，控制若干切换开关在第二参考电压和低电平之间的切换连接，完成第一电压与第二电压逐次逼近的过程。

8、根据本公开的第二方面，提供了一种电容阵列开关的切换方法，采用上述的电容阵列开关，包括：采样阶段，断开信号开关，关闭p端开关和n端开关，将输入信号通过采样开关分别连接到p端采样电容和n端采样电容的下极板，第一组p端子电容阵列和第二组n端子电容阵列的下极板通过切换开关与第二参考电压连接，第二组p端子电容阵列和第一组n端子电容阵列的下极板通过切换开关与低电平连接，进行信号采集；切换阶段，关闭信号开关，断开p端开关和n端开关，p端采样电容的下极板和n端采样电容的下极板连接，此时第一电压数值与第二电压数值发生改变，根据改变后的第一电压数值和第二电压数值的大小关系，调整若干切换开关在第二参考电压或低电平之间的切换，使改变后的第一电压数值和第二电压数值逐次逼近。

9、进一步的，当改变后的第一电压数值大于改变后的第二电压数值时，调整第一组p端子电容阵列内某个电容与低电平连接，调整第一组n端子电容阵列内某个电容与第二参考电压连接，逐次比较，逐次调整，直至第一电压数值和第二电压数值逐次逼近；当改变后的第一电压数值小于改变后的第二电压数值时，调整第二组p端子电容阵列内某个电容与第二参考电压连接，调整第二组n端子电容阵列内某个电容与低电平连接，逐次比较，逐次调整，直至第一电压数值和第二电压数值逐次逼近。

10、根据本公开的第三方面，提供了一种逐次逼近型模数转换器，包括上述的电容阵列开关，采用上述的切换方法。

11、根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，处理器执行程序时实现如以上的方法。

12、通过本公开的技术方案，通过预置电容的设置，使得在采样阶段的采样总电荷只与单个采样电容有关，避免了电容阵列中其他电容因为电容匹配问题和电容寄生问题而影响信号采样的精度；设置单个采样电容的容值为其他电容容值总数的两倍，最大程度上降低了寄生电容对采样的影响，提高了采样的精度。

13、应当理解，技术实现要素：部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种电容阵列开关，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电容阵列开关，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的电容阵列开关，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的电容阵列开关，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的电容阵列开关，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的电容阵列开关，其特征在于，

7.一种电容阵列开关的切换方法，其特征在于，采用权利要求2-6任一所述的电容阵列开关，包括：

8.根据权利要求7所述的切换方法，其特征在于，

9.一种逐次逼近型模数转换器，其特征在于，包括权利要求1～6中任一项所述的电容阵列开关，采用权利要求7～8中任一项所述的切换方法。

10.一种电子设备，包括：

技术总结本公开提供了一种电容阵列开关、切换方法及逐次逼近型模数转换器，包括：P端电容阵列，包括P端采样电容和两组并联的P端子电容阵列，通过P端开关与第一参考电压连接；N端电容阵列，与P端电容阵列结构相同且相对设置，包括N端采样电容和两组并联的N端子电容阵列，通过N端开关与第一参考电压连接。本公开避免了电容阵列中其他电容因电容匹配和电容寄生对信号采样的影响，提高了采样精度。技术研发人员：农恩宁,梁振受保护的技术使用者：广州粒子微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23