一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器

本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器。

背景技术：

1、模数转换器是通信、测量等各个领域中将接收到的模拟信号转换为便于处理的数字信号的工具。模数转换器转换过程的精度、速度及功率消耗通常影响着整个通信和测量系统的性能指标，因此不断改善模数转换器的结构，使其具有更高的转换精度、更快的转换速率和更低的功率消耗，对于信号处理设备来说具有重要的现实意义。

2、逐次逼近型模数转换器由于其低功耗和对先进半导体工艺的适应性等特点，成为目前主流的模数转换器结构，其主要由采样电路、数模转换器、比较器、逐次逼近逻辑电路、参考电压缓冲器等组成，通过比较器对采样到的信号进行比较，而后逐次逼近逻辑电路根据比较结果使数模转换器切换到相应的参考电压，使数模转换器输出逐次逼近采样到的信号。

3、然而，在传统的逐次逼近型模数转换器结构中通常存在以下几个问题：

4、1、比较器比较过程中对数模转换器的回踢影响转换精度；

5、2、复杂的逐次逼近逻辑电路影响转换速度；

6、3、用于稳定参考电压的参考电压缓冲器增加功率消耗。

7、因此，逐次逼近型模数转换器需要进行相应的结构改进以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明旨在针对传统逐次逼近型模数转换器中影响转换精度、速度和功率消耗的结构缺陷，提出一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器结构。

2、本发明包括采样开关、多个高速比较器，电容型数模转换器和逻辑转换开关；

3、所述采样开关将信号输入端口输入的模拟信号采样到电容型数模转换器上；

4、通过所述多个高速比较器逐次比较和逻辑转换开关的动作，使电容型模数转换器上保存的差分电压逐步趋近于零；

5、所有高速比较器的比较结果输出到数据端口。

6、所述高速比较器中带有连接比较器输入与再生锁存器节点的回踢抑制模块；并由异步逻辑电路依次产生驱动各个高速比较器的时钟信号；

7、所述多个高速比较器分别通过逻辑转换开关连接电容型数模转换器中对应的比特电容；

8、所述逻辑转换开关基于比较后的固定转换模式采用非对称设计，带有补充参考电压损失电荷的补偿电容。

9、本发明的有益效果如下：

10、本发明通过带有回踢抑制技术的高速比较器，提高了模数转换器的转换精度；通过每比特对应的多比较器结构及固定模式下的非对称逻辑转换开关，提高了模数转换器的转换速度；通过参考电压波动抑制技术及参考电压到地耦合技术降低了对参考电压缓冲器的要求，从而降低了模数转换器的功率消耗。

技术特征：

1.一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，包括采样开关、多个高速比较器，电容型数模转换器和逻辑转换开关；

2.根据权利要求1所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，高速比较器输入端口与再生锁存器的节点通过交叉耦合的方式连接回踢抑制模块。

3.根据权利要求2所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述回踢抑制模块包括mos管电容、mom插指金属电容和mim层间金属电容。

4.根据权利要求2或3所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述高速比较器还包括失调校正管，在放大时，失调校正管在前置放大器的差分两边抽取不同的电流，从而校正高速比较器的失调。

5.根据权利要求4所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于，所述高速比较器还包括前置放大器中并联在前置放大器差分两边的失调校正电容。

6.根据权利要求1所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述逻辑转换开关基于每个比特固定的电平切换模式，增大起电平切换作用的开关，缩小不起切换作用的开关，逻辑转换开关包括：cmos开关、bjt开关或电阻开关。

7.根据权利要求6所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述逻辑转换开关还包括补偿电容，所述补偿电容对最高位电容充电过程中参考电压损失的电荷进行补充。

8.根据权利要求1所述的一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述电容型数模转换器的最高位电容在复位时复位至低电平，次高位至最低位电容在复位时复位到参考电压；对应高速比较器完成比较后，最高位电容的一端由低电平转换为参考电压，至高位至最低位电容的一端由参考电压转换为低电平。

9.根据权利要求8所述一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于：在复位阶段复位到低电平的电容包括：次高位电容或更低位电容。

10.根据权利要求1所述一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器，其特征在于：所述参考电压缓冲器中带有由低频耦合路径、中频耦合路径及高频耦合路径构成的全频带的参考电压到地耦合路径。

技术总结本发明公开了一种高速低功耗的逐次逼近型模数转换器结构。本发明由采样开关、多个高速比较器，电容型数模转换器、逻辑转换开关、参考电压缓冲器、复位开关组成。模数转换器通过采样开关将外部输入的模拟电压信号保存到电容型数模转换器上，通过比较器逐次比较和逻辑转换开关的动作，使电容型模数转换器上保存的差分电压逐步趋近于零。本发明通过带有回踢抑制技术的高速比较器、每比特对应的多比较器结构、固定模式的非对称逻辑转换开关、参考电压波动抑制技术及参考电压到地耦合技术增加了模数转换器的转换精度和转换速度，同时降低了模数转换器的功率消耗，可适用于各种通信及测量设备。技术研发人员：徐志伟,方昊受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25