电容型数模转换器的制作方法

1.本发明涉及一种转换器，尤其涉及一种电容型数模转换器。


背景技术：

2.如图2所示，cdac是逐次逼近型模数转换器(sar adc)系统中的重要部件，其中cdac的主要作用是为比较器提供一个模拟电压进行比较，cdac由电容阵列和对应的开关组成。其中传统的cdac中的电容阵列为二进制权重。
3.对于传统的二进制权重电容阵列来说，当最小电容确定时，整体cdac的电容大小和面积指数增加，这是非常不利的。
4.同时，在传统sar adc的结构中，nbit的adc就需要n次比较来完成，而每次比较所需要的时间直接对应着adc的频率。对于传统结构来说，每次比较所需的时间主要受到三个时间限制：比较器的延时，寄存器的建立时间，cdac的建立时间。其中，cdac的建立时间的来源是控制cdac中电容阵列的开关存在导通电阻，使得其建立过程形成了一个rc网络。
5.对于nbit的sar adc而言，其rc网络的零极点系统更加复杂，其建立时间迅速上升。因此，对于高精度sar adc而言，cdac的建立时间对于adc的工作频率的限制尤为明显。
6.此外，对于大电容的建立过程，大电容需要相应的导通电阻极低的开关来供给大电流，这在电容大到一定程度时也是难以精确做到的。
7.目前常规的解决方式是进行桥接电容，但是其在实施的时候还是存在如下的缺陷：
8.对于引入桥接电容的电路而言，相比于普通的二进制权重电路，它不同开关所对应的阻抗之间的匹配程度更低。这是因为它不仅要满足高、低权重电容阵列内部电容的匹配，还需要额外满足高、低权重电容阵列之间的匹配。而高、低权重电容阵列之间的匹配程度很大程度上受到桥接电容的影响，但是由于桥接电容上面没有开关，而受开关控制的数字码电容存在开关的导通电阻，因此该两者之间阻抗并不匹配，相同的情况出现在一些恒定接地的电容中。
9.有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种电容型数模转换器，使其更具有产业上的利用价值。


技术实现要素：

10.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种电容型数模转换器。
11.本发明的电容型数模转换器，包括有采样开关，其中：所述采样开关通过比较器连接有逻辑控制模块，所述采样开关上还连接有高权重阵列与低权重阵列，所述高权重阵列与低权重阵列之间通过桥接部分相连，所述高权重阵列采用若干电容和带有导通电阻的开关构成，所述低权重阵列采用若干电容和带有导通电阻的开关构成，所述桥接部分采用电容和至少一个常闭的开关构成，所述高权重阵列与低权重阵列下端连接有输入信号v
in
、参考信号v
ref
、接地的一种。
12.进一步地，上述的电容型数模转换器，其中，所述高权重阵采用的电容的上端通过采样开关接到共模信号、连接桥接部分的左端,所述电容的上端连接比较器，所述电容的下端连接有对应的开关，所述开关在逻辑控制模块的控制下选择接入信号v
in
或是参考信号v
ref
。
13.更进一步地，上述的电容型数模转换器，其中，所述高权重阵列包括有电容c7、电容c6、电容c5、电容c4，所述电容c7上连接有开关s7，所述电容c6上连接有开关s6，所述电容c5上连接有开关s5，所述电容c4上连接有开关s4。
14.更进一步地，上述的电容型数模转换器，其中，所述低权重阵列采用的电容的上端连接桥接部分的右端，所述电容的下端连接有对应的开关，所述开关在逻辑控制模块的控制下选择接入信号v
in
或是参考信号v
ref
。
15.更进一步地，上述的电容型数模转换器，其中，所述低权重阵列包括有电容c3、电容c2、电容c1、电容c0，所述电容c3上连接有开关s3，所述电容c2上连接有开关s2，所述电容c1上连接有开关s1，所述电容c0上连接有开关s0。
16.再进一步地，上述的电容型数模转换器，其中，所述桥接部分包括有电容cb，所述电容cb的一侧连接有开关sb，所述开关sb一直于导通状态，所述电容cb的另一侧连接高权重阵列，所述开关sb连接低权重阵列。
17.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
18.1、能够有效匹配阻抗，可以优化低权重电容阵列和桥接电容的阻抗匹配问题，从而优化cdac的建立过程中的延时。
19.2、能够有效降低电路所需要的建立时间。
20.3、整体构造简单，便于布局，能够有效应用到各类电路中。
21.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
22.图1是电容型数模转换器的结构示意图。
23.图2是现有电容型数模转换器的结构示意图。
24.图中各附图标记的含义如下。
25.u1采样开关u2比较器
26.u3逻辑控制模块
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
28.如图1的电容型数模转换器，包括有采样开关u1，其与众不同之处在于：采样开关u1通过比较器u2连接有逻辑控制模块u3。同时，采样开关u1上还连接有高权重阵列与低权重阵列，高权重阵列与低权重阵列之间通过桥接部分相连，共同构成完整的电容权重阵列。具体来说，高权重阵列采用若干电容和带有导通电阻的开关构成，低权重阵列采用若干电容和带有导通电阻的开关构成。并且，桥接部分采用电容和至少一个常闭的开关构成。再
者，高权重阵列与低权重阵列下端连接有输入信号v
in
、参考信号v
ref
、接地的一种。
29.实施期间经过在电荷重分配之后建立一个模拟电压并将这个模拟电压传递给比较器u2，比较器u2将这个比较结果传递给逻辑控制模块u3，逻辑控制模块u3根据比较结果对开关电容阵列的开关进行相应的控制。
30.结合本发明一较佳的实施方式来看，高权重阵采用的电容的上端通过采样开关u1接到共模信号、连接桥接部分的左端。同时，电容的上端连接比较器u2，电容的下端连接有对应的开关。由此，开关在逻辑控制模块u3的控制下选择接入信号v
in
或是参考信号v
ref
。具体来说，高权重阵列包括有电容c7、电容c6、电容c5、电容c4，电容c7上连接有开关s7，电容c6上连接有开关s6，电容c5上连接有开关s5，电容c4上连接有开关s4。
31.进一步来看，本发明采用的低权重阵列采用的电容的上端连接桥接部分的右端，电容的下端连接有对应的开关，开关在逻辑控制模块u3的控制下选择接入信号v
in
或是参考信号v
ref
。具体来说，低权重阵列包括有电容c3、电容c2、电容c1、电容c0，电容c3上连接有开关s3，电容c2上连接有开关s2，电容c1上连接有开关s1，电容c0上连接有开关s0。
32.结合实际实施来看，桥接部分包括有电容cb，电容cb的一侧连接有开关sb，开关sb一直于导通状态，电容cb的另一侧连接高权重阵列，开关sb连接低权重阵列。
33.本发明在使用期间，通过开关s7、开关s6、开关s5、开关s4、开关s3、开关s2、开关s1、开关s0在电路处于采样状态时接到输入信号v
in
。之后，将输入信号以电荷的形式存储在电容上。同时，开关s7、开关s6、开关s5、开关s4、开关s3、开关s2、开关s1、开关s0在电路处于cdac建立状态时受逻辑单元的控制连接到参考信号v
ref
或者地线。也就是说，采样开关u1在电路处于采样状态时导通，高权重阵列上方的电压被送至共模电压v
cm
；采样开关u1在电路处于cdac建立状态时断开，使得共模电压v
cm
不干扰后续电路的电荷重分配。尤其是可以在电容cb处改善阻抗匹配。
34.本发明的工作原理如下：转换周期有两个工作阶段，包含采样阶段与cdac建立阶段。
35.采样阶段中采样开关u1闭合，电容的控制开关接到输入信号上面，电容通过开关两段分别连接到共模电压和输入信号，输入信号被采样。
36.cdac建立阶段中，采样开关u1断开，电容的控制开关在逻辑单元的控制下连接参考电压，整个电容阵列发生电荷重分配，当cdac的建立结束时，传递一个电压vout给比较器u2。重复上述操作直至完成一个数据的转换。
37.通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
38.1、能够有效匹配阻抗，可以优化低权重电容阵列和桥接电容的阻抗匹配问题，从而优化cdac的建立过程中的延时。
39.2、能够有效降低电路所需要的建立时间。
40.3、整体构造简单，便于布局，能够有效应用到各类电路中。
41.此外，本发明所描述的指示方位或位置关系，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或构造必须具有特定的方位，或是以特定的方位构造来进行操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电
连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。并且它可以直接在另一个组件上或者间接在该另一个组件上。当一个组件被称为是“连接于”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或间接连接至该另一个组件上。
43.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。