1.一种应用于电荷型SAR ADC的差分电容阵列,其特征在于:包括P端电容阵列、N端电容阵列、第一开关阵列、第二开关阵列、第一输入开关K1、第二输入开关K2和参考电压端;
所述第一开关阵列中每个切换开关分别连接所述参考电压端和P端电容阵列中相应电容的下极板;P端电容阵列中所有电容的上极板相连接,并通过第一输入开关K1接正相输入VIP;
所述第二开关阵列中每个切换开关分别连接所述参考电压端和N端电容阵列中相应电容的下极板;N端电容阵列中所有电容的上极板相连接,并通过第二输入开关K2接反相输入VIN。
2.如权利要求1所述的应用于电荷型SAR ADC的差分电容阵列,其特征在于:
P端电容阵列中所有电容的上极板连接比较器的正相输入端;N端电容阵列中所有电容的上极板连接比较器的反相输入端。
3.如权利要求1所述的应用于电荷型SAR ADC的差分电容阵列,其特征在于:
所述P端电容阵列和所述N端电容阵列均为二进制电容阵列;其中,在n位SAR ADC中,最高位电容Cn-3的电容值为2n-4C,C为单位电容,第i位电容Cn-2-i的电容值为2n-i-3C,且最低位电容C1和辅助位电容Caux的电容值均为C。
4.如权利要求1所述的应用于电荷型SAR ADC的差分电容阵列,其特征在于:
所述参考电压端包括第一参考电压(VREF)、第二参考电压(VCMH)、第三参考电压(VCML)和接地端(GND);其中,所述第二参考电压(VCMH)对应的电压值是所述第一参考电压(VREF)对应的电压值的四分之三,所述第三参考电压(VCML)对应的电压值是所述第一参考电压(VREF)对应的电压值的四分之一。
5.一种如权利要求1~4中任一项所述的应用于电荷型SAR ADC的差分电容阵列的开关切换方法,其特征在于,包括以下阶段:(一)复位和释放初始电荷阶段:所述P端电容阵列和所述N端电容阵列中所有电容的上下极板都接所述接地端(GND),释放电容阵列中的初始电荷;
(二)采样阶段:所述P端电容阵列和所述N端电容阵列中所有电容的上极板分别接所述正相输入VIP和所述反相输入VIN,下极板都接所述接地端(GND);
(三)第一次比较阶段:采样结束后,所述P端电容阵列和所述N端电容阵列中所有电容的上极板与所述正相输入VIP和所述反相输入VIN的连接断开,采样得到的信号直接进行第一次比较,得到最高位(MSB);
(四)第二次比较阶段:根据第一次的比较结果分为两种情况:
①第一次比较结果为0:将所述P端电容阵列中所有电容的下极板从所述接地端(GND)切换到所述第二参考电压(VCMH),将所述N端电容阵列中所有电容的下极板从所述接地端(GND)切换到所述第三参考电压(VCML),进而比较得到次高位(MSB-1);
②第一次比较结果为1:将所述N端电容阵列中所有电容的下极板从所述接地端(GND)切换到所述第二参考电压(VCMH),将所述P端电容阵列中所有电容的下极板从所述接地端(GND)切换到所述第三参考电压(VCML),进而比较得到次高位(MSB-1);
(五)第三次比较阶段:根据前两次的比较结果分为四种情况:
①第一次比较结果为0、第二次比较结果为0:将所述N端电容阵列中所有电容的下极板从所述第三参考电压(VCML)切换到所述接地端(GND),将所述P端电容阵列中所有电容的下极板从所述第二参考电压(VCMH)切换到所述第三参考电压(VCML),进而比较得到第三位(MSB-2);
②第一次比较结果为0、第二次比较结果为1:将所述N端电容阵列中所有电容的下极板从所述第三参考电压(VCML)切换到所述接地端(GND),所述P端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(VCMH),进而比较得到第三位(MSB-2);
③第一次比较结果为1、第二次比较结果为0:将所述P端电容阵列中所有电容的下极板从所述第三参考电压(VCML)切换到所述接地端(GND),将所述N端电容阵列中所有电容的下极板从所述第二参考电压(VCMH)切换到所述第三参考电压(VCML),进而比较得到第三位(MSB-2);
④第一次比较结果为1、第二次比较结果为1:将所述P端电容阵列中所有电容的下极板从所述第三参考电压(VCML)切换到所述接地端(GND),所述N端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(VCMH),进而比较得到第三位(MSB-2);
(六)第四次比较阶段:根据前三次的比较结果分为八种情况:
①第一次比较结果为0、第二次比较结果为0、第三比较结果为0:所述N端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述P端电容阵列中最高位电容接所述接地端(GND),其余电容接所述第三参考电压(VCML),进而比较得到第四位(MSB-3);
②第一次比较结果为0、第二次比较结果为0、第三比较结果为1:所述N端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述P端电容阵列中最高位电容接所述接地端(GND),其余电容接所述第二参考电压(VCMH),进而比较得到第四位(MSB-3);
③第一次比较结果为0、第二次比较结果为1、第三比较结果为0:所述N端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述P端电容阵列中最高位电容接所述第一参考电压(VREF),其余电容接所述第三参考电压(VCML),进而比较得到第四位(MSB-3);
④第一次比较结果为0、第二次比较结果为1、第三比较结果为1:所述N端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述P端电容阵列中最高位电容接所述第一参考电压(VREF),其余电容接所述第二参考电压(VCMH),进而比较得到第四位(MSB-3);
⑤第一次比较结果为1、第二次比较结果为0、第三比较结果为0:所述P端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述N端电容阵列中最高位电容接所述接地端(GND),其余电容接所述第三参考电压(VCML),进而比较得到第四位(MSB-3);
⑥第一次比较结果为1、第二次比较结果为0、第三比较结果为1:所述P端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述N端电容阵列中最高位电容接所述接地端(GND),其余电容接所述第二参考电压(VCMH),进而比较得到第四位(MSB-3);
⑦第一次比较结果为1、第二次比较结果为1、第三比较结果为0:所述P端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述N端电容阵列中最高位电容接所述第一参考电压(VREF),其余电容接所述第三参考电压(VCML),进而比较得到第四位(MSB-3);
⑧第一次比较结果为1、第二次比较结果为1、第三比较结果为1:所述P端电容阵列中所有电容的下极板的电压保持不变(GND),所述N端电容阵列中最高位电容接所述第一参考电压(VREF),其余电容接所述第二参考电压(VCMH),进而比较得到第四位(MSB-3);
(七)第四次之后的比较阶段:第四次之后电容阵列下极板的电压切换方式与第四次比较阶段的切换方式类似,由第一次的比较结果和当前位的前两次比较结果共同决定,其中,第一次的比较结果将所述P端电容阵列和所述N端电容阵列分为活跃一端和非活跃一端;
MSB=1时P端电容阵列为非活跃端,N端电容阵列为活跃端;MSB=0时P端电容阵列为活跃端,N端电容阵列为非活跃端;
非活跃一端的所有电容的下极板的电压保持不变(GND),而当前位的前两次比较结果决定活跃一端电容阵列中电容下极板的电压在第一参考电压(VREF)、第二参考电压(VCMH)、第三参考电压(VCML)和接地端(GND)之间切换,这样的切换方式重复直到最低位(LSB)确定。