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专利号: 2023112911194
申请人: 电子科技大学中山学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电容分段高能效逐次逼近型模数转换器,其特征在于,包括:电容阵列、比较器以及移位寄存器;

其中,所述电容阵列包括正相阵列和反相阵列;所述正相阵列包括正相主阵列和正相子阵列,所述正相主阵列与所述正相子阵列通过第一连接开关相连;所述反相阵列包括反相主阵列和反相子阵列,所述反相主阵列与所述反相子阵列通过第二连接开关相连;

第一输入电压依次经过第一采样开关、所述正相子阵列和所述正相主阵列后再与所述比较器的正相输入端相连;第二输入电压依次经过第二采样开关、所述反相子阵列和所述反相主阵列后再与所述比较器的反相输入端相连;所述比较器的输出端与所述移位寄存器相连;所述移位寄存器用于根据所述比较器的输出结果确定数字信号;

所述正相主阵列的结构和所述反相主阵列的结构相同,所述正相子阵列的结构和所述反相子阵列的结构相同;

所述正相主阵列包括一个电容组和一个连接电容,所述电容组包括多个电容,且各个电容的容量值按照排列顺序呈指数变化,所述电容组中排列最后的一个电容的容量值与所述连接电容的容量值相同;其中,所述电容组的排列顺序为与所述正相子阵列连接的一侧为排序开始,与所述比较器连接的一侧为排序结束;

所述正相子阵列包括多个电容,且每个电容的容量值与所述电容组中排列最前的一个电容的容量值相同;

所述正相阵列中每个电容的顶板与所述比较器的正相输入端连接,且与所述第一输入电压连接;所述正相子阵列中每个电容的底板和所述电容组中每个电容的底板分别通过一个对应的切换开关与第一参考电压或地相连;所述连接电容的底板通过一个切换开关与所述第一参考电压或第二参考电压相连;

所述反相阵列中每个电容的顶板与所述比较器的反相输入端连接,且与所述第二输入电压连接;所述反相子阵列中每个电容的底板和所述反相主阵列的电容组中每个电容的底板分别通过一个对应的切换开关与所述第一参考电压或地相连;所述反相主阵列的连接电容的底板通过一个切换开关与所述第一参考电压或第二参考电压相连;

所述第二参考电压的电压值为所述第一参考电压的电压值的一半;

所述正相主阵列中电容组的各个电容的电容值按照排列顺序呈指数变化且从前到后依次降低;

所述反相主阵列中电容组的各个电容的电容值按照排列顺序呈指数变化且从前到后依次降低;

M‑

所述正相主阵列中电容组的各个电容的电容值按照排列顺序从前到后依次为2

4

C,...,2C,C;

M‑

所述反相主阵列中电容组的各个电容的电容值按照排列顺序从前到后依次为2

4

C,...,2C,C;M为大于4的正整数,M为所述逐次逼近型模数转换器的实际使用位数;

所述正相子阵列包括两个电容,且每个电容的容量值与所述正相主阵列的电容组中排列最前的一个电容的容量值相同;

所述反相子阵列包括两个电容,且每个电容的容量值与所述反相主阵列的电容组中排列最前的一个电容的容量值相同。

2.根据权利要求1所述的一种电容分段高能效逐次逼近型模数转换器,其特征在于,所述比较器用于比较所述正相阵列的电压与所述反相阵列的电压,并确定两者中高电压的一侧;

若所述正相阵列为高电压侧,则所述移位寄存器用于输出第一数字信号;

若所述反相阵列为高电压侧,则所述移位寄存器用于输出第二数字信号。

3.一种电容分段高能效逐次逼近型模数转换器的控制方法,其特征在于,用于控制如权利要求1至2任一项所述的一种电容分段高能效逐次逼近型模数转换器,所述控制方法包括:S1:控制第一、第二采样开关闭合,通过第一、第二采样开关在所有电容的顶板上分别对第一、第二输入电压进行采样;采样完成后控制第一、第二采样开关断开;控制正相、反相主阵列中容量值最大的电容的底板连接地,两个连接电容的底板连接至第二参考电压,其余电容的底板连接第一参考电压;控制正相、反相子阵列中一个电容的底板连接地,另一个电容的底板连接第一参考电压;通过比较器比较正相阵列的采样信号和反相阵列的采样信号,并确定两者中高电压的一侧,并通过移位寄存器输出对应的第一比较结果;

S2:控制第一比较结果中低电压侧的主阵列中容量值最大的电容的底板切换连接至第一参考电压,其他开关的连接方式保持不变,使第一比较结果中低电压侧的电压提高了与第一参考电压一半电压值相等的电压;采样电压并通过比较器执行第二次比较,确定两者中高电压的一侧,并通过移位寄存器输出对应的第二比较结果;

S3:若第一比较结果和第二比较结果均为正相阵列为高电压侧,或者第一比较结果和第二比较结果均为反相阵列为高电压侧,控制高电压侧的子阵列中底板连接第一参考电压的电容切换连接至地,低电压侧子阵列中底板连接地的电容切换连接至第一参考电压,控制两个主阵列和两个子阵列之间的第一、第二连接开关闭合;否则,控制两个主阵列和两个子阵列之间的第一、第二连接开关闭合;然后采样电压并通过比较器执行第三次比较,确定两者中高电压的一侧,并通过移位寄存器输出对应的第三比较结果;

S4:将上一次得到的比较结果中,高电压侧的主阵列中电容的底板从第一参考电压切换连接到地,而低电压侧的电容的连接方式保持不变;然后采样电压并通过比较器执行比较,确定两者中高电压的一侧,并通过移位寄存器输出对应的结果;重复执行所述将上一次得到的比较结果中,高电压侧的主阵列中电容的底板从第一参考电压切换连接到地,而低电压侧的电容的连接方式保持不变;然后采样电压并通过比较器执行比较,确定两者中高电压的一侧,并通过移位寄存器输出对应的结果的步骤,直至完成第N‑1次比较,其中,N为正相阵列中的电容数量值或反相阵列中的电容数量值;

S5:将第N‑1次比较得到的比较结果中,高电压侧的主阵列中的连接电容的底板从第一参考电压切换连接至第二参考电压,低电压侧的电容的连接方式不变;然后采样电压并通过比较器执行比较,确定两者中高电压的一侧,并通过移位寄存器输出第N次比较结果。

4.一种电路系统,其特征在于,包括如权利要求1至2任一项所述的一种电容分段高能效逐次逼近型模数转换器。

5.一种电子设备,其特征在于,包括处理器以及存储器;

所述存储器用于存储程序;

所述处理器执行所述程序实现如权利要求3所述的控制方法。

6.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有程序,所述程序被处理器执行实现如权利要求3所述的控制方法。