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专利号: 2020106079864
申请人: 无锡科技职业学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于差分电容阵列的模数转换装置,其特征在于,包括:比较器;

与所述比较器的同相输入端相连的同相低位电容阵列和多个同相高位拆分电容,同相m‑1 n‑5低位电容阵列中电容的电容值为CPm=2 C,每一同相高位拆分电容的电容值为2 C;

与所述比较器的反相输入端相连的反相低位电容阵列和多个反相高位拆分电容,反相m‑1 n‑5低位电容阵列中电容的电容值为CNm=2 C,每一反相高位拆分电容的电容值为2 C;

分别与所述同相低位电容阵列、多个同相高位拆分电容、反相低位电容阵列、多个反相高位拆分电容相连的开关选择单元,用于分别调节各个电容上的电压值;以及与所述比较器的输出端相连的逐渐逼近逻辑控制电路,用于控制所述开关选择单元与对应的电压单元相连;

其中,m∈[1,n‑4],n大于或等于5,CP0=C,CN0=C;所述多个同相高位拆分电容和所述多个反相高位拆分电容的数量均为两个,且两个同相高位拆分电容相并联,两个反相高位拆分电容相并联;

所述电压单元包括第一参考电压Vcm、第二参考电压Vref以及第三参考电压GND;

在所述比较器进行第一次比较之前,两个同相高位选择开关和两个反相高位选择开关均连接至第三参考电压GND,同相低位选择开关和反相低位选择开关均连接至第一参考电压Vcm;

在所述比较器进行第二次比较之前,基于第一次比较结果,两个反相高位选择开关或两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm,且反相低位选择开关或同相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref;

在所述比较器进行第三次比较之前,基于第一次比较结果和第二次比较结果,两个反相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm,两个同相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm;

其中,n=5,同相低位电容阵列由电容CP1和电容CP0构成,反相低位电容阵列由电容CN1和电容CN0构成;

所述模数转换装置为10位SAR ADC。

2.根据权利要求1所述的模数转换装置,其特征在于,

所述开关选择单元由与两个同相高位拆分电容对应连接的两个同相高位选择开关、与两个反相高位拆分电容对应连接的两个反相高位选择开关、与同相低位电容阵列中每一电容对应连接的同相低位选择开关以及与反相低位电容阵列中每一电容对应连接的反相低位选择开关构成。

3.根据权利要求1所述的模数转换装置,其特征在于,

n‑2

所述模数转换装置的总电容值为2 C。

4.根据权利要求1所述的模数转换装置,其特征在于,

第一次比较结果为1时,两个反相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm,反相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref;

第一次比较结果为0时,两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm,同相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref。

5.根据权利要求1所述的模数转换装置,其特征在于,

第一次比较结果为1且第二次比较结果为1时,两个反相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref;

第一次比较结果为1且第二次比较结果为0时,两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm;

第一次比较结果为0且第二次比较结果为1时,两个反相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm;

第一次比较结果为0且第二次比较结果为0时,两个同相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref。

6.根据权利要求4或者5所述的模数转换装置,其特征在于,

在所述比较器进行第四次比较之前,基于第一次比较结果、第二次比较结果和第三次比较结果,与同相低位电容阵列的电容CP1相连的同相低位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm或第三参考电压GND,或与反相低位电容阵列的电容CN1相连的反相低位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm或第三参考电压GND;

在所述比较器进行第五次比较之前,基于第一次比较结果、第二次比较结果、第三次比较结果和第四次比较结果,同相低位电容阵列的电容CP0下级板上的电压减小至第一参考电压Vcm的一半,或CP1下级板上的电压减小或增加至第一参考电压Vcm的一半;反相低位电容阵列的电容CN1或CN0下级板上的电压减小至第一参考电压Vcm的一半,或CN1下级板上的电压减小或增加至第一参考电压Vcm的一半。

7.一种基于差分电容阵列的模数转换方法,基于如权利要求1至6中任一项所述的模数转换装置予以实现,其特征在于,包括:控制开关选择单元切换连接至对应的电压单元;

采集比较器的同相输入端和反相输入端的信号,所述比较器的同相输入端连接同相低m‑1位电容阵列和多个同相高位拆分电容,同相低位电容阵列的电容值为CPm=2 C,m∈[1,n‑n‑5

4],n大于或等于5,CP0=C,每一同相高位拆分电容的大小为2 C,所述比较器的反相输入端m连接反相低位电容阵列和多个反相高位拆分电容,反相低位电容阵列的电容值为CN(m)=2‑1 n‑5C,CN0=C,每一反相高位拆分电容的大小为2 C;

通过比较器对同相输入端的信号与反相输入端的信号进行比较,以输出同相输入端信号对应的数字信号或反相输入端信号对应的数字信号;

其中,所述开关选择单元分别与所述同相低位电容阵列、多个同相高位拆分电容、反相低位电容阵列、多个反相高位拆分电容相连,以通过所述开关选择单元分别调节各个电容上的电压值;

所述多个同相高位拆分电容和所述多个反相高位拆分电容的数量均为两个,且两个同相高位拆分电容相并联,两个反相高位拆分电容相并联;

所述电压单元包括第一参考电压Vcm、第二参考电压Vref以及第三参考电压GND;

在所述比较器进行第一次比较之前,两个同相高位选择开关和两个反相高位选择开关均连接至第三参考电压GND,同相低位选择开关和反相低位选择开关均连接至第一参考电压Vcm;

在所述比较器进行第二次比较之前,基于第一次比较结果,两个反相高位选择开关或两个同相高位选择开关切换连接至第一参考电压Vcm,且反相低位选择开关或同相低位选择开关切换连接至第二参考电压Vref;

在所述比较器进行第三次比较之前,基于第一次比较结果和第二次比较结果,两个反相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm,两个同相高位选择开关切换连接至第二参考电压Vref或第一参考电压Vcm;

其中,n=5,同相低位电容阵列由电容CP1和电容CP0构成,反相低位电容阵列由电容CN1和电容CN0构成;

所述模数转换装置为10位SAR ADC。