模數(shù)轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及電子電路領域，具體地，設及一種適用于微機電系統(tǒng)的模數(shù)轉換 器。
【背景技術】
[0002] 微機電系統(tǒng)（MicroElectionMechanicalSystem,MEMS)，是利用微米 / 納米技 術基礎，對微米/納米材料進行設計加工制造測試和控制的技術。微機電系統(tǒng)將機械構件、 光學系統(tǒng)驅動部件、電控系統(tǒng)全部集成在一個極小的整體單元內。因此在其信號處理過程 中，需要考慮巧片面積及功耗問題。在微機電系統(tǒng)采用的模數(shù)轉換器（ADC)中，逐次逼近型 模數(shù)車專換器（SuccessiveApproximationRegisterAnalogtoDigitalConverter，SAR ADC),是理想的選擇。
[000引 SARADC的電路結構多種多樣，大致可W分為立種：電壓定標、電流定標、電荷定 標。其中電荷定標型是目前應用較多的一種類型，它利用電容通過電荷再分配完成對分查 找算法化inarysearch),因此功耗一般比較小。
[0004] 現(xiàn)有技術中的電荷標定型SARADC包括四個部分：第一開關、比較器、開關電容網(wǎng) 絡W及SAR邏輯控制電路。第一開關的第一端連接至輸入端，第二端連接至開關電容網(wǎng)絡。 比較器的同相輸入端連接至第一開關的第二端，反相輸入端連接至共模電壓。SAR邏輯控制 電路控制第一開關和開關電容網(wǎng)絡的開關狀態(tài)。在多個時鐘周期中，將模擬電壓與參考電 壓相比較，從最高有效位至最低有效位，逐位確定輸入端的模擬信號的數(shù)字值。
[0005] 非線性是衡量SARADC動態(tài)性能最關鍵的指標。電荷標定型SARADC的結構特點 確定了比較器的輸入端的寄生電容被做為電容網(wǎng)絡的一部分，參與了對輸入模擬信號的采 樣W及后面的電荷再分配。對于尺寸較小的比較器且電容網(wǎng)絡較大的系統(tǒng)，比較器的寄生 電容即使是非線性的，對整體的線性度性能的影響也可W忽略。
[0006] 然而，MEMS的低功耗小面積本身是最關鍵的兩個限制因素。在應用于MEMS的SAR ADC中，在滿足電容失配的情況下采用較小電容網(wǎng)絡。結果，比較器輸入端的寄生非線性電 容對整體的線性度性能有著顯著的影響，該導致模數(shù)轉換器的精度變差。 【實用新型內容】
[0007] 有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種可W改善線性度的模數(shù)轉換器。
[000引根據(jù)本實用新型的第一方面，本實用新型提出了一種模數(shù)轉換器，包括：開關電容 網(wǎng)絡，所述開關電容網(wǎng)絡包括多個電容，所述多個電容的第一端連接至公共的第一節(jié)點W 接收輸入模擬電壓，所述多個電容的第二端各自獨立地在第一參考電壓和第二參考電壓之 間切換，第一參考電壓和第二參考電壓的數(shù)值不同；比較器，所述比較器的第一輸入端連接 至第一節(jié)點，第二輸入端接收共模電壓；逐次逼近邏輯電路，所述逐次逼近邏輯電路的輸入 端連接至所述比較器的輸出端，輸出端提供與輸入模擬電壓相對應的輸出數(shù)字信號，其中， 所述模數(shù)轉換器的工作周期包括采樣階段和量化階段，在采樣階段中，所述比較器的第一 輸入端與第一節(jié)點之間斷開，在量化階段中，所述比較器的第一輸入端與第一節(jié)點之間連 接。
[0009] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉換器還包括；第一開關，所述第一開關的第一端接收輸入模擬 電壓，所述第一開關的第二端連接至第一節(jié)點；W及第二開關，所述第二開關的第一端連接 至所述第一開關的第二端，所述第二開關的第二端連接至所述比較器的第一輸入端。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一開關和所述第二開關分別在第一時序信號和第二時序信號的控 制下斷開和閉合，所述第二時序信號是所述第一時序信號的反相信號。
[0011] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉換器在第一時序信號的第一電平期間執(zhí)行采樣階段的動作， 在第一時序信號的第二電平期間執(zhí)行量化階段的動作，第一電平為高電平和低電平中的一 個，第二電平為高電平和低電平中的另一個。
[0012] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉換器的最小分辨率為：
[001 引 Af(Vx) *￥。(》/2。地-￥腳/2。，
[0014] 其中，V=Vcwp-V胃，￥胃和￥胃分別表示所述第一參考電壓和所述第二參考電 壓，表示所述共模電壓，n表示所述模數(shù)轉換器的位數(shù)，f(Vx)表示所述比較器的第一輸 入端寄生電容，C表示所述開關電容網(wǎng)絡中的所述多個開關電容的最小電容值。
[0015] 優(yōu)選地，在所述量化階段中，在第S時序信號的控制下，所述比較器逐個時鐘周期 產生比較結果，所述逐次逼近邏輯電路根據(jù)比較結果產生控制信號，所述開關電容網(wǎng)絡中 的所述多個電容根據(jù)控制信號分別連接到第一參考電壓和第二參考電壓之一，使得所述逐 次逼近邏輯電路與第=時序信號的時鐘周期相對應地逐位產生輸出數(shù)字信號。
[0016] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉換器還包括時鐘電路，用于產生第一時序信號、第二時序信號 和第=時序信號。
[0017] 優(yōu)選地，所述開關電容網(wǎng)絡中的電容為CMOS工藝的金屬-絕緣層-金屬電容。
[0018] 根據(jù)本實用新型的實施例的模數(shù)轉換器，通過加入第二開關和第二時序信號避免 寄生電容參加輸入模擬電壓的采樣，顯著減輕了寄生電容對模數(shù)轉換器線性度的影響，提 高了系統(tǒng)的線性度。
【附圖說明】
[0019] 通過W下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述W及其它目 的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：
[0020] 圖1示出現(xiàn)有技術的8位的電荷標定型SARADC的示意性電路圖；
[002U圖2示出圖1中的現(xiàn)有技術的8位的電荷標定型SARADC計入寄生電容Cp的等 效電路圖；
[002引圖3示出寄生電容Cp對現(xiàn)有技術的8位的電荷標定型SARADC的傳輸函數(shù)的影 響；
[002引圖4示出根據(jù)本實用新型的實施例的電荷標定型SARADC的實施例的示意性電路 圖；
[0024] 圖5示出圖4中根據(jù)本實用新型的實施例的電荷標定型SARADC的實施例的傳輸 函數(shù)的仿真圖。
【具體實施方式】
[0025] W下基于實施例對本實用新型進行描述，但是本實用新型并不僅僅限于該些實施 例。在下文對本實用新型的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術 人員來說沒有該些細節(jié)部分的描述也可W完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型 的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。此外，本領域普通技術人員 應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0026] 應當理解，在W下的描述中，"電路"是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接 或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路"連接到"另一元件或稱元件/電路"連接 在"兩個節(jié)點之間時，它可W是直接禪接或連接到另一元件或者可W存在中間元件，元件之 間的連接可W是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件"直接禪接到"或"直接 連接到"另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。除非上下文明確要求，否則整個說明書 和權利要求書中的"包括"、"包含"等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的 含義；也就是說，是"包括但不限于"的含義。在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語 "第一"、"第二"等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本實用 新型的描述中，除非另有說明，"多個"的含義是兩個或兩個W上。
[0027] 圖1示出現(xiàn)有技術的8位的電荷標定型SARADC的電路圖。參照圖1，例如一個8 位的電荷標定型SARADC包括；比較器U1、第一開關SsH、開關電容網(wǎng)絡100、SAR邏輯控制 電路U2。
[00測 比較器U1的同相輸入端經(jīng)由第一開關SsH連接至輸入模擬電壓，反相輸入端連接 共模電壓V0M。比較器U1的輸出端連接SAR邏輯控制電路U2的輸入端。SAR邏輯控制電 路U2輸出輸出數(shù)字信號Dout。
[0029] 開關電容網(wǎng)絡100包括電容CO至電容C8,選擇開關SO至選擇開關S8。電容CO至 電容C8的一個極板分別連接至比較器U1的同相輸入端，另一個極板分別連接選擇開關SO 至選擇開關S8。在SAR邏輯控制電路U2的控制下，選擇開關SO至選擇開關S8分別連接 差分輸入?yún)⒖茧妷篤kepp、Vke?中的一個。電容C0至電容C8的大小分別為C、C、2C、2化、2化、 24C、25C、26C、27C。
[0030] 電容CO至電容C8-般為采用CMOS工藝的金屬-絕緣層-金屬（MetalInsulator Metal，MIM)電容。在目前主流的電荷定標型SARADC中，又分為下極板采樣和上極板采樣 兩種。下極板采樣做為傳統(tǒng)的電荷型SAR結構得到了廣泛應用，而上極板采樣又在高速、低 功耗、低電壓領域應用較多。在本文中W8位的上極板采樣結構的電荷型SARADC為例說 明其實現(xiàn)原理。
[0031] 在上極板采樣結構中，電容C0至電容C8的上極板分別連接選擇開關SO至S8,電 容C0至電容C8的下極板分別連接至比較器U1的同相輸入端。輸入模擬電