本實(shí)用新型涉及微電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體而言，本實(shí)用新型涉及橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的常用的具體電路結(jié)構(gòu)由電壓型和電荷型。其中，電壓型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電阻和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。電壓型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是，隨著分辨率的增加，需要的電阻和開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)呈指數(shù)增加，從而使得該電壓型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，并且電阻的匹配度不好。隨著對(duì)具有小體積，并且要求良好的電阻匹配度的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求越來(lái)越高，現(xiàn)有的電壓型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器很難滿(mǎn)足相應(yīng)的應(yīng)用需求。

電荷型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用電容和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，電荷型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是，隨著分辨率的增加，二進(jìn)制權(quán)重的電荷型結(jié)構(gòu)的電容總個(gè)數(shù)以二的指數(shù)遞增，相應(yīng)的寄生電容也會(huì)增加，影響了電容權(quán)重以及限制了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。隨著對(duì)減少額外電容寄生以提高相應(yīng)的電容權(quán)重值的準(zhǔn)確性的要求，以及對(duì)逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度的要求，現(xiàn)有的電荷型結(jié)構(gòu)的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器很難滿(mǎn)足相應(yīng)的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例在于提供橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列三段式的分段方式，使得逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括：第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列，第二位段電容陣列包括電容陣列和冗余電容C_X，通過(guò)第一橋電容C_B1將第一位段電容陣列與第二位段電容陣列相連接；通過(guò)第二橋電容C_B2將第二位段電容陣列與第三位段電阻陣列相連接；其中，第一橋電容第二橋電容C_B2的大小為一個(gè)單位電容。

優(yōu)選的，N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器由M比特的第一位段電容陣列、I比特的第二位段電容陣列和L比特的第三位段電阻陣列組成，其中，N＝M+I+L+1，N為大于1的正整數(shù)，M為大于1的正整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)，L為大于1的正整數(shù)。

優(yōu)選的，第一位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為：

C_M+I-1＝2C_M+I-2＝2²C_M+I-3＝…＝2^M-1C_I，其中，C₀為電容單位,M為大于1的正整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)。

優(yōu)選的，第二位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為：C_I-1＝2C_I-2＝2²C_I-3＝…＝2^I-1C₀，C_I＝C₀，其中，C₀為單位電容，I為大于1的正整數(shù)。

優(yōu)選的，在第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)接入反向二極管。

優(yōu)選的，反向二極管的負(fù)端與第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)相連接，反向二極管的正端接地。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列三段式的分段方式，使得逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體結(jié)構(gòu)框架圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的N比特的電容電阻模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的反接二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的反接二極管的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的反接二極管與第二位段電容陣列的等效電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，為圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整體結(jié)構(gòu)框架圖。圖1中圖示為：101、第一位段電容陣列，102、第二位段電容陣列，103、第三位段電阻陣列。

在本實(shí)用新型實(shí)施例提供的N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括：第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列，

第二位段電容陣列包括電容陣列和冗余電容C_X，通過(guò)第一橋電容C_B1將第一位段電容陣列與第二位段電容陣列相連接；通過(guò)第二橋電容C_B2將第二位段電容陣列與第三位段電阻陣列相連接；其中，第一橋電容第二橋電容C_B2的大小為一個(gè)單位電容。其中，第一位段電容陣列為高位段電容陣列，第二位段電容陣列為中位段電容陣列，第三位段電阻陣列為低位段電阻陣列。

利用冗余電容C_X可使橋電容C_B1取整數(shù)倍的單位電容，大大降低了版圖中電容匹配的難度，提高了電容陣列整體的匹配性。

進(jìn)一步地，版圖布局時(shí)，利用冗余電容C_X包圍第一位段電容陣列與第二位段電容陣列之間的第一橋電容C_B1，可以消除C_B1的額外寄生，從而消除其對(duì)電容權(quán)重造成的影響。

更進(jìn)一步地，第一位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為：C_M+I-1＝2C_M+I-2＝2²C_M+I-3＝…＝2^M-1C_I，C_I＝C₀，其中，C₀為電容單位,M為大于1的正整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)。

第二位段電容陣列中的電容與相應(yīng)的電容之間的關(guān)系為：C_I-1＝2C_I-2＝2²C_I-3＝…＝2^I_-¹C₀，其中，C₀為單位電容，I為大于1的正整數(shù)。

作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，在第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)接入反向二極管。

作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，反向二極管的負(fù)端與第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)相連接，反向二極管的正端接地。

具體而言，二極管正端接地，二極管的負(fù)端接第二位段電容陣列的電容公共節(jié)點(diǎn)，提高了電路的可靠性。其原因在于TOP_ISB為高阻態(tài)浮空點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)積累電荷而不能將積累的電荷進(jìn)行有效泄放，這會(huì)引起可靠性的問(wèn)題。

比較器的IP端和IN端電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)。如圖1所示的實(shí)施例中，采用的是底板采樣，不會(huì)影響模數(shù)轉(zhuǎn)換器的增益誤差。

采樣期間，電容陣列通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的控制邏輯接收輸入信號(hào)VIP和VIN，通過(guò)閉合與第二橋電容C_B2相連接的開(kāi)關(guān)S0與第三位段電阻陣列中的中間電平V_COM相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)，將第二橋電容C_B2與第三位段電阻陣列中的中間電平V_COM相連接以完成對(duì)相應(yīng)的輸入信號(hào)的采樣。

轉(zhuǎn)換期間，比較器將電容電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出參考電壓與輸入電壓進(jìn)行比較，以及比較器通過(guò)相應(yīng)的比較結(jié)果以產(chǎn)生相應(yīng)的逐次逼近邏輯。進(jìn)一步地，通過(guò)獲取的逐次逼近邏輯控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制邏輯改變相應(yīng)的電容電阻數(shù)模轉(zhuǎn)換器中各個(gè)開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)的狀態(tài)以產(chǎn)生下一次比較的參考電平。上述過(guò)程依次循環(huán)，直至完成逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程。

如圖2所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的N比特的電容電阻模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，N比特的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器由M比特的第一位段電容陣列、I比特的第二位段電容陣列和L比特的第三位段電阻陣列組成，其中，N＝M+I+L+1，N為大于1的正整數(shù)，M為大于1的正整數(shù)，I為大于1的正整數(shù)，L為大于1的正整數(shù)。

如圖3a所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的第二位段電容陣列中的電容公共節(jié)點(diǎn)TOP_ISB反接二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3b所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的第二位段電容陣列中的電容公共節(jié)點(diǎn)TOP_ISB反接二極管的另一結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a、圖3b中圖示為：101、第一位段電容陣列，102、第二位段電容陣列，103、第三位段電阻陣列。

具體的有兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖3a、圖3b所示，均是由P型襯底和N阱構(gòu)成的PN結(jié)實(shí)現(xiàn)，P型襯底接地，N阱接到第二位段電容陣列。

作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，通過(guò)第二位段電容陣列中的冗余電容C_X來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的電荷分配以降低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值范圍。

反接的二極管可以提供漏電的低阻抗途徑，這將使得相應(yīng)的電容的公共節(jié)點(diǎn)的電位最終逼近為地電位。

如圖4所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的反接二極管與第二位段電容陣列的等效電路示意圖。

漏電現(xiàn)象的發(fā)生可以通過(guò)如圖4的反接二極管與第二位段電容陣列的電路等效示意圖來(lái)說(shuō)明。反接二極管在電路中可等效為一個(gè)阻值為R_PN的電阻。反接二極管的一端接地，反接二極管的另一端接第二位段電容陣列的總電容C_tot，ISB。第二位段電容陣列通過(guò)與一個(gè)DC電平相連接，以用于對(duì)R_PN進(jìn)行分壓。長(zhǎng)時(shí)間后由于電容的阻抗趨于無(wú)窮大，因此，二極管的N端電壓V_N≈V_P，V_P是圍繞地電位正負(fù)波動(dòng)的，而二極管的導(dǎo)通電壓為0.5～0.7V左右，當(dāng)V_P為負(fù)壓且超過(guò)二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管瞬間正向?qū)?，造成電荷泄放，?dǎo)致比較結(jié)果失效。解決漏電現(xiàn)象的方法是通過(guò)調(diào)整冗余電容C_X的值，利用電荷分配的關(guān)系來(lái)降低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值，保證反接二極管在工作過(guò)程中始終不會(huì)發(fā)生正向?qū)ǎ瑥亩_保了電路轉(zhuǎn)換的正確性。

由于冗余電容C_X不參與對(duì)輸入信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換操作，作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作過(guò)程中接一個(gè)固定電平。冗余電容C_X的作用如下所述：首先，通過(guò)冗余電容C_X可獲取整數(shù)倍單位電容值以提高相應(yīng)的電容陣列的匹配度。其次，通過(guò)冗余電容C_X包圍第一橋電容C_B1，消除第一橋電容C_B1的額外寄生以糾正相應(yīng)的電容的權(quán)重值。再次，冗余電容C_X還通過(guò)降低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值范圍以減少相應(yīng)的高阻態(tài)浮空點(diǎn)的漏電效應(yīng)的產(chǎn)生。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的橋電容為整數(shù)值的電容電阻三段式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用第一位段電容陣列、第二位段電容陣列和第三位段電阻陣列三段式的分段方式，使得逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的版圖面積減小，電路功耗降低，同時(shí)提高了逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度和精度。

更進(jìn)一步地，通過(guò)第二位段電容陣列中的冗余電容C_X來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的電荷分配以降低第二位段電容陣列的公共節(jié)點(diǎn)的電壓變化的幅值范圍。

在實(shí)際應(yīng)用中，上述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器還可以用于制造包括上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，具體細(xì)節(jié)參照相應(yīng)的描述，在此不再贅述。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。