一种应用于SAR-ADC中比较器直流共模电压可调的DAC采样电路的制作方法

本发明涉及模拟集成电路，尤其是涉及一种应用于sar-adc中比较器直流共模电压可调的dac采样电路。

背景技术：

1、自然界的所有信号都是模拟的，但信号的存储和处理又是数字电路更占优势，为了方便信号的存储和处理，需要将模拟信号转化成数字信号。因此，在所有的混合信号处理系统中均含有模数转换器(adc)将模拟信号转为数字信号作进一步地处理。由于结构简单、功耗低、易于数字工艺兼容等各种优点，sar-adc已经成为学术界和工业界研究的热点。sar-adc采用逐次逼近的原理，从最高位到最低位逐位进行比较确定，因此，对于n位的sar-adc而言，需要进行n次比较，每一次输出比较结果都关系着adc的最终的结果是否正确因此，比较器的性能就至关重要了。

2、显然，比较器的性能主要是精度、速度以及功耗等，比较器的性能高低也决定了adc的速度和精度。决定比较器性能的因素有很多，但是非常重要的一项就是比较器的输入晶体管是否工作在最佳状态，即直流共模电压是否在最适合的电压值。如上所述，采样电路中的电容阵列上极板直接与比较器的输入端相连，因此，采样电路的直流电压即为比较器输入晶体管的直流共模电压。

3、由于工艺偏差、温度以及电源电压等原因，比较器输入晶体管的直流工作电压会发生偏离，导致性能下降。传统结构中，会加入一些失调消除电路来稳定调整该电压，但是一般电路结构复杂，效果并不好，还会引入很多的寄生，对采样电路和比较器的性能产生很大的影响。进而恶化了sar-adc的精度和速度，也限制了sar-adc的有效位数。

技术实现思路

1、本发明主要是解决现有sar-adc中调节比较器输入晶体管直流电压的电路存在结构复杂、调节效果差，以及引入寄生对采样电路和比较器性能产生影响的问题，提供了一种应用于sar-adc中比较器直流共模电压可调的dac采样电路。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 一种应用于sar-adc中比较器直流共模电压可调的dac采样电路，包括第一电容阵列，第二电容阵列，比较器，模数转换器，第一电容阵列和第二电容阵列均包括固定电容部分和可调电容部分，固定电容部分第一端极板通过第一切换开关与地电位或参考电压相连接，可调电容部分第一端极板通过第一切换开关与地电位或控制电压相连接，固定电容部分第二端极板和可调电容部分第二端极板分别通过第二切换开关与差分信号连接，且分别连接至比较器的差分输入端，比较器输出端连接模数转换器。

3、本发明采集电路第一电容阵列和第二电容阵列均包括固定电容部分和可调电容部分两部分，其中可调电容部分为可调整容值的电容，控制电压可灵活调整，通过调整可调电容部分容值以及控制电压即可将比较器直流共模电压调整到一个合理的值，实现对比较器直流共模电压的校正。本发明采样电路寄生小，对比较器及整体电路影响小，降低了电路的复杂度，电路结构简单，容易达到电路设计要求。本发明采样电路可以有效改善比较器的性能，进而提高sar-adc的整体性能。

4、作为一种优选方案，可调电容部分电容值与单位电容值的比例为n，单位电容值为设定最小电容值。

5、本方案可调电容部分的电容值与单位电容值比例为n，n为整数，可调电容部分电容值可以进行调整，通过数字编码方式调整电容值。单位电容值为设定的一个电容值，为电容最小的电容值，其他电容为单位电容值的倍数。

6、作为一种优选方案，所述可调电容部分包括第一调整电容，第一调整电容第一端极板通过第一切换开关与地电位或控制电压相连接，第一调整电容第二端极板通过第二切换开关与差分信号连接，且连接至比较器的差分输入端。

7、本方案中可调电容部分包括一个调整电容，调整电容为可调电容，可以进行电容值调整，调整电容的电容值同样与单位电容值比例为n。

8、作为一种优选方案，所述可调电容部分包括若干第二调整电容，第二调整电容相并联，各第二调整电容第一端极板分别通过第一切换开关与地电位或控制电压相连接，各第二调整电容第二端极板分别通过第二切换开关与差分信号连接，且连接至比较器的差分输入端，在各第二调整电容第一端极板上分别串联有控制开关。

9、可调电容部分采用多个第二调整电容，同样可以达到调整比较器直流共模电压的目的。将可调电容部分根据精度要求进行分配成多条支路，每条支路包括相串联的第二调整电容和控制开关，第二调整电容的电容值为单位电容值。控制开关闭合时，该支路的第二调整电容接入可调电容部分中，控制开关打开时，该支路的第二调整电容第一端极板悬空，悬空的第二调整电容并不会对采样电路有影响。通过数字编码信号控制各支路控制开关的打开和闭合即可达到调整改变接入可调电容部分的电容个数，该方法方便灵活。

10、作为一种优选方案，还包括参考电压和控制电压产生电路，参考电压和控制电压产生电路包括比较器q2，mos管n1，传输门，电阻r1，电阻r2，以及若干个分压电阻，电阻r1，电阻r2，若干个分压电阻相串联，mos管n1源极连接电源，mos管n1漏极连接电阻r1第一端，比较器q2同相输入端连接输入电压信号，比较器q2反相输入端连接到电阻r1与电阻r2相连之间，比较器q2输出端连接mos管n1栅极，所述电阻r2与相邻分压电阻之间引出参考电压，其余相邻分压电阻之间，末端分压电阻与地之间分别引出子控制电压，若干子控制电压分别连接传输门输入端，传输门输出端输出控制电压。

11、参考电压和控制电压产生电路由若干控制电阻串联构成，并连接一个mos管来控制电路的通断，参考电压由其中两个分压电阻之间引出，在其他相邻的分压电阻之间，以及末端分压电阻与地位之间分别引出多路控制电压，多路控制电压共同连接至n选一传输门，该n与多路控制电路数量相同，通过控制传输门来决定输出最终的控制电压。如果需要更为精确的调整步进，可以增加控制电压的个数，并增加传输门的输入路数，进一步的提高调整精度。

12、作为一种优选方案，所述固定电容部分包括若干固定电容，各固定电容第一端极板各通过第一切换开关与地电位或参考电压相连接，各固定电容第二端极板分别通过第二切换开关与差分信号连接，且分别连接至比较器的差分输入端。

13、给固定电容部分具备多个固定电容，每个固定电容第一端极板都通过一个第一切换开关与地电位或参考电压相连接，每个固定电容第二段极板通过第二切换开关与差分信号连接，且分别连接至比较器的差分输入端。

14、作为一种优选方案，所述各固定电容之间的电容值呈倍数增加，其中固定电容最低的电容值的与单位电容值相等。

15、本方案中各固定电容从最低位到最高位之间电容值呈二进制规则倍数增加，即从最低电容值电容开始呈二倍数增加，如固定电容采用9个，则各固定电容之间电容值关系为：c9:c8:c7:c6:c5:c4:c3:c2:c1=256:128:64:32:16:8:4:2:1，且其中最低电容值的固定电容即最低位电容的电容值与单位电容值相等，其他固定电容均为单位电容值的整数倍。

16、作为一种优选方案，所述固定电容的个数为模数转换器输出位数减一的数量。

17、本发明采样电路采用差分输入结构，固定电容部分的固定电容个数为模数转换器输出位数减一，因此，模数转换器的输出位数发生变化时，该固定电容的个数也会发生变化，高位的固定电容根据二进制规则倍数进行增加或者删减。

18、作为一种优选方案，比较器同相输入端连接第一差分输入信号，比较器反相输入端连接第二差分输入信号，所述第一电容阵列与比较器同相输入端相连，所述第二电容阵列与比较器反相输入端相连。

19、本方案中第一电容阵列与比较器同相输入端相连为第一电容阵列的固定电容部分和可调电容部分的第二端极板分别连接至比较器同相输入端，第二电容阵列与比较器反相输入端相连为第二电容阵列的固定电容部分和可调电容部分的第二端极板分别连接至比较器反相输入端。该第一电容阵列、第二电容阵列只是名称指代，第一电容阵列与第二电容阵列结构相同，两者可以相互交换来与比较器连接。

20、作为一种优选方案，所述第一切换开关包括动触头，第一静触头，第二静触头，对应可调电容部分的第一切换开关的动触头连接可调电容部分第一端极板，第一静触头连接地电位，第二静触头连接控制电压，对应固定电容部分的第一切换开关的动触头连接固定电容部分第一端极板，第一静触头连接地电位，第二静触头连接参考电压。

21、本方案中第一切换开关采用单刀双掷开关，通过数字编码信号来控制第一切换开关进行切换，在采样电路处于采样阶段时，第一切换开关与第一静触头连接，电容连接至地电位，在采样结束后进行比较时第一切换开关与第二静触头连接，固定电容部分连接参考电压，可调电容部分连接控制电压。

22、因此，本发明的优点是：电容阵列包括固定电容部分和可调电容部分两部分，可调电容部分可调整容值，控制电压可灵活调整，通过调整可调电容部分容值以及控制电压即可将比较器直流共模电压调整到一个合理的值，实现对比较器直流共模电压的校正。本发明采样电路寄生小，对比较器及整体电路影响小，降低了电路的复杂度，电路结构简单，容易达到电路设计要求。本发明采样电路可以有效改善比较器的性能，进而提高sar-adc的整体性能。