电容型sar adc的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种电容型SARADC(逐次逼近 寄存器型模拟数字转换器)。
【背景技术】
[0002] SARADC是采样速率低于5Msps的中等至高分辨率应用的常见结构。SARADC的 分辨率一般为8位至16位，具有低功耗、小尺寸等特点。这些特点使SARADC获得了很广 的应用范围，例如便携式电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据信号采集器等。
[0003] 如图1所示，一种传统电容型SARADC;对于传统的SARADC，在转换过程中，t匕 较器的两个输入端的电压分别为：Vp=Vcm，Vn=Vcm+(Vdac-Vin)，这里，Vp为比较器正极输 入端，Vn为比较器负极输入端，Vcm为共模输入电压；由于Vcm的电压约为VREF/2,但由 于工艺的偏差，及开关的等效电阻，导致Vcm不可能恰好为VREF/2,会略大于或者略小于 VREF/2,而Vdac为VREF/2,VREF/4...，输入电压Vin的范围为 0 ~VREF;
[0004] 那么，当输入电压最小为0时，第一次比较时，Vn=Vcm+VREF/2,当Vcm>VREF/2时， Vn>VREF，与Vcm相连的开关（P管的sub电位为VREF)则会通过sub产生漏电，则电容上存 储的电荷总量将减小，即电荷将不守恒；
[0005]当输入电压最大为VREF时，第一次比较时，Vn=Vcm-VREF/2，当Vcm〈VREF/2时， Vn〈0,与Vcm相连的开关（N管的sub电位为VGND)则会通过sub产生漏电，则电容上存储 的电荷总量将减小，即电荷将不守恒；以上两种情况会降低ADC精度，造成转换错误。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种能消除共模电压偏差效应电容型SARADC。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的电容型SARADC，包括一传统电容型SARADC，还包 括：
[0008] -斜率产生模块；所述斜率产生模块是一电容，其与所述统电容型SARADC最小 单位电容容值相同；
[0009] 所述斜率产生模块，其上极板接共模电压时，其下极板接第一指定电压；
[0010] 所述斜率产生模块，其上极板接DAC(数模转换器）的输出电压时，其下极板接第 二指定电压。
[0011] 本发明在传统的电容型SARADC结构中，增加了一个斜率产生模块，该模块与其他 电容的接法近似相同，但在采样/转换的过程与不同的电压相连以实现其功能。
[0012] 增加的斜率产生模块，其电容大小与传统的最小单位电容的容值相同；该模块的 上极板与共模电压或者与DAC的输出相连，下极板根据其所在的工作模式与指定电压；
[0013] 在采样过程中，传统的电容上极板分别接共模电压，下极板接输入电压Vin;对于 增加的斜率产生电路，该模块的上极板与共模电压相连，下极板与第一指定电压VI相连；
[0014] 在转换过程中，传统的电容上极板分别接DAC的输出电压，下极板分别接VREF(参 考电压）或者VGND(地电压）；对于增加的斜率产生电路，该模块的上极板与DAC的输出相 连，下极板与第二指定电压V2。
[0015] 传统SARADC的比较器的两个输入端的电压分别为：Vp=Vcm， Vn=Vx=Vcm+(Vdac-Vin)，本发明将比较器两个输入端的电压调整为：Vp=Vcm, Vn=Vcm+Kl*(Vdac-Vin);通常K1略小于1，能根据Vcm的偏差范围设定，这样Vn的值会略 大于VGND，小于VREF，不会出现电压溢出的情况，电荷泄露的问题便可以有效地消除，就能 消除共模电压偏差效应造成的转换错误。
【附图说明】
[0016] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明：
[0017] 图1是传统电容型SARADC的结构示意图。
[0018] 图2是本发明实施例的结构示意图。
[0019] 图3是传统的电容型SARADC的仿真示意图。
[0020] 图4是本发明电容型SARADC的仿真示意图。
[0021] 附图标记
[0022] A斜率产生模块
[0023] B电荷泄露区域
【具体实施方式】
[0024] 如图2所示，本发明一实施例以电容/电阻混合型结构的SARADC为例，高位为电 容型，为M位，低位为电阻型，为K位，这里，M+K=N，N为ADC的比特数。
[0025] Mbit电容型DAC电路，其中DAC为二进制加权电容，命名为，假设单 位电容的大小为Cu，则Mbit电容型DAC电路为Cu，2Cu，22Cu. . . 2*^11 ;
[0026] Kbit电阻型DAC电路，其中DAC为等阻值串联电阻，命名为RyRi，... ，假设 单位电阻的大小为Ru，则Kbit电阻型DAC电路总有2KRu;
[0027] 斜率产生模块，其为一电容，命名为Ca，其大小与最小单位电容容值相等，即为 Cu；
[0028] 输入电压Vin，DAC的输出电压Vx，第一指定电压VI，共模电压Vcm和与共模电压 相连的开关S1 ;
[0029] 本发明实施例SARADC的工作原理如下：
[0030] 在采样过程中，开关S1导通，则传统结构中的电容Q，Q，. . .Ch的上极板接Vcm， 斜率产生模块的电容Ca的上极板接Vcm;传统结构中的电容Q，Cp. . .Ch的下极板接Vin， 斜率产生模块的电容Ca的下极板接VI;则电容上所带的总电量为Qs=2MCuX(Vin-Vcm) +CuX(Vl-Vcm)；
[0031] 在第一次转换过程中，开关SI断开，则传统结构中的电容Q，Q，...Ch的上极板 floating(悬空),设电压为Vx,斜率产生模块的电容Ca的上极板同样floating;传统结构 中的电容Ch的下极板接VREF，其余的传统结构中的电容接VGND，斜率产生模块电容Ca的 下极板接VGND;则电容上所带的总电量为QczZ^CuX(VREF-VxhZ^CuX(〇-Vx)+CuX (0-Vx)；
[0032] 采样和转换过程中，电容上的电荷总量应保持不变，即Qs=Qc ;那么，
【主权项】
1. 一种电容型SAR ADC,包括一传统电容型SAR ADC,其特征是，还包括： 一斜率产生模块；所述斜率产生模块是一电容，其与所述统电容型SAR ADC最小单位 电容容值相同； 所述斜率产生模块，其上极板接共模电压时，其下极板接第一指定电压； 所述斜率产生模块，其上极板接DAC的输出电压时，其下极板接第二指定电压。
【专利摘要】本发明公开了一种电容型SAR ADC，包括一传统电容型SAR ADC，还包括:一斜率产生模块；所述斜率产生模块是一电容，其与所述统电容型SAR ADC最小单位电容容值相同；所述斜率产生模块，其上极板接共模电压时，其下极板接第一指定电压；所述斜率产生模块，其上极板接DAC的输出电压时，其下极板接第二指定电压。本发明电容型SAR ADC能消除共模电压偏差效应，避免出现转化错误。
【IPC分类】H03M1-38
【公开号】CN104660262
【申请号】CN201310604120
【发明人】王梓
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月25日