CN108141219A - 用于模数转换的方法和模数转换器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于模数转换的方法和模数转换器。该方法应用于包括电容器阵列和比较器的SAR ADC中，该电容器阵列包括并联的n个电容器，该方法包括：采用逐次逼近的方法确定该SAR ADC的失调电压对应的误差序列；根据该误差序列，确定该n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V′_j；在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，采用逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在该采样阶段，将该n个电容器中的每个电容器的第一端连接该待转换的模拟信号，该第j个电容器的第二端连接该第一参考电压V′_j。本申请实施例的用于模数转换的方法和模数转换器，无需增加额外的电路，实现失调电压的自消除。

Description

用于模数转换的方法和模数转换器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及用于模数转换的方法和模数转换器。

背景技术

逐次逼近型(successive approximation register，SAR)模数转换器(analog todigital converters，ADC)可以将模拟信号转化为数字信号。一般的，如图1所示，SAR ADC包括比较器、数模转化器(Digital-to-analog converter，DAC)以及逻辑电路，其中，该DAC可以包括电容器阵列，例如如图2所示，该电容器阵列可以包括n个并联的电容器。SAR ADC将模拟信号转换为数字信号转换的基本原理是：将待转换的模拟输入信号V_in与参考电压V_ref进行比较，参考电压为根据DAC的输出确定的，比较器根据二者大小决定增大还是减小输入DAC的数字信号，以使参考电压V_ref向模拟输入信号V_in逼进，当参考电压V_ref与模拟输入信号V_in相等时，即可获得模拟输入信号V_in对应的数字信号D_n,D_n-1,…,D₂,D₁。即通过DAC的输出逐次逼近输入电压的方式来实现模数转换。

在传统的SAR ADC中，由于比较器存在失调电压V_off，那么SAR ADC输出的数字信号中存在对应的误差。具体地，如图2所示，对于第一阶段P1，n个电容器阵列中每个电容器的第一端连接输入的待转换的模拟信号V_in，每个电容器的第二端与共模电压V_cm相连，对每个电容器进行充电；在第二阶段P2，由于存在失调电压V_off，将该失调电压V_off等效到电容器阵列上，那么该电容器阵列的电荷量Q为：

其中，C_n,C_n-1,…,C₂,C₁分别表示n个电容器的电容。

因此，该传统的SAR ADC中存在失调电压V_off导致的误差，使得输出的数字信号不准确。

发明内容

本申请提供了一种用于模数转换的方法和模数转换器，无需增加额外的电路，实现失调电压的自消除。

第一方面，提供了一种用于模数转换的方法，所述方法应用于SAR ADC中，所述SARADC包括：电容器阵列和比较器，所述电容器阵列包括并联的n个电容器，该方法包括：采用逐次逼近的方法确定所述SAR ADC的失调电压对应的误差序列，所述误差序列为用于表示失调电压的数字信号；根据所述误差序列，确定所述n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V'_j，j＝n,n-1,…,2,1；在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，采用逐次逼近的方法将所述待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在所述采样阶段，将所述n个电容器中的每个电容器的第一端连接所述待转换的模拟信号，所述第j个电容器的第二端连接所述第一参考电压V'_j。

因此，本申请实施例的用于模数转换的方法，应用于包括比较器以及电容器阵列的SAR ADC中，采用逐次逼近的方法确定SAR ADC的失调电压对应的误差序列的数字信号，根据该误差序列确定电容器阵列中每个电容器在待转换的模拟信号的采样阶段连接的参考电压，使得该电容器阵列中每个电容器在该采样阶段一端连接待转换的模拟信号，一端连接确定的对应的参考电压，实现失调电压的自消除，再采用逐次逼近的方法将该待转换的模拟信号转换为目标数字信号，这样可以不增加额外的模拟电路的情况下实现失调电压的自消除，并且该过程仅增加了一轮转换，不影响SAR ADC的运行速度。

结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述采用逐次逼近的方法确定失调电压对应的误差序列，包括：在将所述每个电容器的电荷量设置为零后，将所述n个电容器中每个电容器的第一端连接所述比较器的输入端，所述每个电容器的第二端连接共模电压，所述比较器输出所述误差序列中的数字信号D'_n，所述数字信号D'_n为所述误差序列的最高位；在将所述n个电容器中所述第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第一参考电压V'_n至第一参考电压V'_i+1，所述n个电容器中除所述第n个电容器至所述第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接所述共模电压时，所述比较器输出所述误差序列中的数字信号D'_i，所述第n个电容器至所述第i+1个电容器分别与所述数字信号D'_n至数字信号D'_i+1对应，所述第一参考电压V'_n至所述第一参考电压V'_i+1为根据所述误差序列中的所述数字信号D'_n至所述数字信号D'_i+1确定的，所述数字信号D'_i为所述数字信号D'_i+1的下一位，i为小于n的正整数；获取所述误差序列为D'_n,D'_n-1,…,D'_i,…,D'₂,D'₁。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述误差序列中的数字信号D'_j为第一值或第二值，当所述误差序列中的数字信号D'_j为第一值时，所述n个电容器中与所述数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_j为第一电压值；或，当所述数字信号D'_j为第二值时，所述n个电容器中与所述数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的所述第一参考电压V'_j为第二电压值，j为小于或者等于n的正整数。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述采用逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号，包括：在所述采样阶段之后，将所述每个电容器的第一端连接所述比较器的输入端，所述每个电容器的第二端连接所述共模电压，所述比较器输出所述目标数字信号中的最高位数字信号D_n；在将所述n个电容器中所述第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第二参考电压V_n至第二参考电压V_i+1，所述n个电容器中除所述第n个电容器至所述第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接所述共模电压时，所述比较器输出所述目标数字信号中的数字信号D_i，所述第n个电容器至所述第i+1个电容器分别与所述数字信号D_n至数字信号D_i+1对应，所述第二参考电压V_n至所述第二参考电压V_i+1为根据所述目标数字信号中的所述数字信号D_n至所述数字信号D_i+1确定的，所述数字信号D_i为所述数字信号D_i+1的下一位，i为小于n的正整数；获取所述目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述目标数字信号中的数字信号D_j为第一值或第二值，当所述目标数字信号中的数字信号D_j为第一值时，所述n个电容器中与所述数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的第二参考电压V_j为第一电压值；或，当所述数字信号D_j为第二值时，所述n个电容器中与所述数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的所述第二参考电压V_j为第二电压值。

第二方面，提供了一种SAR ADC，所述SAR ADC包括：电容器阵列、比较器和控制器，所述电容器阵列包括并联的n个电容器，所述控制器用于：通过逐次逼近的方法得到所述SAR ADC的失调电压对应的误差序列，所述误差序列为用于表示失调电压的数字信号；根据所述误差序列，得到所述n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V'_j，j＝n,n-1,…,2,1；在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，通过逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在所述采样阶段，将所述n个电容器中的每个电容器的第一端连接所述待转换的模拟信号，所述第j个电容器的第二端连接所述第一参考电压V'_j。

因此，本申请实施例的SAR ADC，包括比较器以及电容器阵列，采用逐次逼近的方法确定该SAR ADC的失调电压对应的误差序列的数字信号，根据该误差序列确定电容器阵列中每个电容器在待转换的模拟信号的采样阶段连接的参考电压，使得该电容器阵列中每个电容器在该采样阶段一端连接待转换的模拟信号，一端连接确定的对应的参考电压，实现失调电压的自消除，再采用逐次逼近的方法将该待转换的模拟信号转换为目标数字信号，这样可以不增加额外的模拟电路的情况下实现失调电压的自消除，并且该过程仅增加了一轮转换，不影响SAR ADC的运行速度。

第三方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

第四方面，提供了一种包括指令的计算机程序产品，当计算机运行所述计算机程序产品的所述指时，所述计算机执行上述第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的用于模数转换的方法。具体地，该计算机程序产品可以运行于上述第二方面的SAR ACD上。

附图说明

图1是根据本申请实施例的SAR ADC的示意图。

图2是根据本申请实施例的模数转换的方法的示意图。

图3是根据本申请实施例的用于模数转换的方法的示意性流程图。

图4示出了根据本申请实施例的采用逐次逼近的方法确定失调电压对应的误差序列的方法的示意图。

图5示出了根据本申请实施例的中采用逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号的方法的示意图。

图6示出了根据本申请实施例的SAR ADC的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图3示出了根据本申请实施例的用于模数转换的方法100的示意性流程图，该方法100可以由SAR ADC执行，具体地，例如该SAR ADC可以为图1所示的SAR ADC，该SAR ADC包括电容器阵列和比较器，其中，该电容器阵列包括并联的n个电容器。该SAR ADC还包括控制器，该控制器可以用于执行该方法100，具体地，该控制器可以为逻辑电路也可以为……，例如如图1所示的SAR ADC包括的逻辑电路，可选地，该控制器可以包括若干相关开关，并且该控制器可以通过控制这些开关，进而控制该SAR ADC的各部分连接关系。

如图3所示，该方法100包括：S110，采用逐次逼近的方法确定该SARADC的失调电压对应的误差序列，该误差序列为用于表示失调电压的数字信号；S120，根据该误差序列，确定该n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V'_j，j＝n,n-1,…,2,1；S130，在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，采用逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在该采样阶段，将该n个电容器中的每个电容器的第一端连接该待转换的模拟信号，该第j个电容器的第二端连接该第一参考电压V'_j。

应理解，该SAR ADC中的电容器的电容值可以根据实际应用进行设置。例如，以图2为例，假设包括n个电容器，可以将该n个电容器总左至右依次编号为n,n-1,…,2,1，其中，第i个电容器的电容值为C*2^i-1，C为任意常熟，但本申请实施例并不限于此。

在S110中，采用逐次逼近的方法确定该SAR ADC的失调电压对应的误差序列，具体包括：在将该每个电容器的电荷量设置为零后，将该n个电容器中每个电容器的第一端连接该比较器的输入端，该每个电容器的第二端连接共模电压，该比较器输出该误差序列中的数字信号D'_n，该数字信号D'_n为该误差序列的最高位；在将该n个电容器中该第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第一参考电压V'_n至第一参考电压V'_i+1，该n个电容器中除该第n个电容器至该第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接该共模电压时，该比较器输出该误差序列中的数字信号D'_i，该第n个电容器至该第i+1个电容器分别与该数字信号D'_n至数字信号D'_i+1对应，该第一参考电压V'_n至该第一参考电压V'_i+1为根据该误差序列中的该数字信号D'_n至该数字信号D'_i+1确定的，该数字信号D'_i为该数字信号D'_i+1的下一位，i为小于n的正整数；获取该误差序列为D'_n,D'_n-1,…,D'_i,…,D'₂,D'₁。

具体地，图4示出了根据本申请实施例的S110中采用逐次逼近的方法确定该SARADC的失调电压对应的误差序列的方法的示意图。在第一阶段P1，将电容器阵列包括的n个电容器中每个电容器的电荷量清零，可选的，可以将每个电容器的两端分别连接共模电压V_cm，使得每个电容器的电荷量为零。

可选地，该共模电压V_cm可以为0。

如图4所示，在第二阶段P2，将n个电容器中的每个电容器的第一端连接比较器的输入端，第二端仍然连接共模电压V_cm，此时该比较器输出的值为误差序列的数字信号D'_n。具体地，按照如图4所示的连接方式，比较器将输入值的大小与0进行比较，根据比较结果输出该数字信号D'_n，例如，当该比较器的输入值大于0时，比较器输出数字信号D'_n为第一值，比如该第一值可以为“1”；当该比较器的输入值小于0时，比较器输出数字信号D'_n为第二值，比如该第二值可以为“0”，或者也可以为“-1”，其中，该比较器的输入值与失调电压V_off相关。

如图4所示，在第三阶段P3，根据比较器输出的数字信号D'_n，将n个电容器中与该数字信号D'_n对应的第n个电容器的第二端连接第一参考电压V'_n，而该n个电容器中除该第n个电容器以外的其它电容器的第二端仍然连接共模电压V_cm，该n个电容器中每个电容器的第一端仍然连接比较器的输入端，此时该比较器输出的值为误差序列中的数字信号D'_n-1，该数字信号D'_n-1为数字信号D'_n的下一位。具体地，按照如图4所示的连接方式，比较器将输入值的大小与0进行比较，根据比较结果输出该数字信号D'_n-1，例如，当该比较器的输入值大于0时，比较器输出数字信号D'_n-1为第一值，比如该第一值可以为“1”；当该比较器的输入值小于0时，比较器输出数字信号D'_n-1为第二值，比如该第二值可以为“0”，或者也可以为“-1”，其中，该比较器的输入值与失调电压V_off以及第一参考电压V'_n相关，例如，该比较器的输入值可以表示为失调电压V_off与第一参考电压V'_n的和。

应理解，该第n个电容器可以为如图4所示的最左边的电容器，该第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_n为根据数字信号D'_n确定的。可选地，该数字信号D'_n可以为第一值或第二值，当该数字信号D'_n为第一值时，对应的该第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_n的值等于第一电压值；当该数字信号D'_n为第二值时，对应的该第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_n的值等于第二电压值。

例如，如图4所示，当数字信号D'_n为第一值时，比如该第一值为“1”，则将第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_n设置为将参考电压V_ref连接P端，此时该第一参考电压V'_n的值可以等于参考电压V_ref；当数字信号D'_n为第二值时，比如该第二值为“0”，则将第一参考电压V'_n设置为将参考电压V_ref连接N端，此时该第一参考电压V'_n的值可以等于0或者等于-V_ref。

再例如，相反的，也可以在数字信号D'_n为第一值时，将第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_n设置为将参考电压V_ref连接N端，此时该第一参考电压V'_n的值可以等于0或者等于-V_ref；当数字信号D'_n为第二值时，将第一参考电压V'_n设置为将参考电压V_ref连接P端，此时该第一参考电压V'_n的值可以等于V_ref。

按照第三阶段P3的设置方式，依次类推，在比较器输出误差序列中的数字信号D'_i+1后，将该n个电容器中该第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第一参考电压V'_n至第一参考电压V'_i+1，而该n个电容器中除该第n个电容器至该第i+1个电容器外的其它电容器的第二端仍然连接该共模电压V_cm，且该n个电容器中每个电容器的第一端仍然连接比较器的输入端，此时比较器输出该误差序列中的数字信号D'_i，其中，第n个电容器至该第i+1个电容器分别与该数字信号D'_n至数字信号D'_i+1对应，该第一参考电压V'_n至该第一参考电压V'_i+1分别为根据该误差序列中的该数字信号D'_n至该数字信号D'_i+1确定的，在将该该该数字信号D'_i为该数字信号D'_i+1的下一位，i可以为小于n的正整数中任意一个。

具体地，该第n个电容器可以为如图4所示的最左边的电容器，第n个电容器至第i+1个电容器可以为从最左边的电容器向右依次排列的n-i-1个电容器。对于n个电容器中的第i+1个电容器连接的第一参考电压V'_i+1，该第一参考电压V'_i+1为根据数字信号D'_i+1确定的，与第一参考电压V'_n的确定方式一样，该数字信号D'_i+1可以为第一值或第二值，当该数字信号D'_i+1为第一值时，对应的该第i+1个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_i+1的值等于第一电压值；当该数字信号D'_i+1为第二值时，对应的该第i+1个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_i+1的值等于第二电压值。

例如，当数字信号D'_i+1为第一值时，比如该第一值为“1”，则将第i+1个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_i+1设置为将参考电压V_ref连接P端，此时该第一参考电压V'_i+1的值可以等于参考电压V_ref；当数字信号D'_i+1为第二值时，比如该第二值为“0”，则将第一参考电压V'_i+1设置为将参考电压V_ref连接N端，此时该第一参考电压V'_i+1的值可以等于0或者等于-V_ref。

按照上述方式，如图4所示，在第四阶段P4，可以获得n个数字信号D'_n,D'_n-1,…,D'_i,…,D'₂,D'₁，即获得的误差序列为D'_n,D'_n-1,…,D'_i,…,D'₂,D'₁。

在S120中，根据误差序列，即数字信号D'_n,D'_n-1,…,D'_i,…,D'₂,D'₁，可以确定第j个电容器的第一参考电压V'_j，j＝n,n-1,…,2,1；在S130中，在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，采用逐次逼近的方法将该待转换的模拟信号转换为目标数字信号。其中，在该采样阶段，将该n个电容器中的每个电容器的第一端连接该待转换的模拟信号，该n个电容器中的第j个电容器的第二端连接该第一参考电压V'_j。

具体地，该采用逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号，具体包括：在该待转换的模拟信号的采样阶段之后，将该每个电容器的第一端连接该比较器的输入端，该每个电容器的第二端连接该共模电压，该比较器输出该目标数字信号中的最高位数字信号D_n；在将该n个电容器中该第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第二参考电压V_n至第二参考电压V_i+1，该n个电容器中除该第n个电容器至该第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接该共模电压时，该比较器输出该目标数字信号中的数字信号D_i，该第n个电容器至该第i+1个电容器分别与该数字信号D_n至数字信号D_i+1对应，该第二参考电压V_n至该第二参考电压V_i+1为根据该目标数字信号中的该数字信号D_n至该数字信号D_i+1确定的，该数字信号D_i为该数字信号D_i+1的下一位，i为小于n的正整数；获取该目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…。

具体地，图5示出了根据本申请实施例的S130中采用逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号的方法的示意图。在第五阶段P5，即为待转换的模拟信号的采样阶段，将n个电容器中每个电容器的第一端连接输入的待转换的模拟信号V_in；而该n个电容器中的第j个电容器的第二端连接第一参考电压V'_j，该第一参考电压V'_j为根据误差序列中的数字信号D'_j确定的，j＝n,n-1,…,2,1。具体地，与S110中确定误差序列中每个数字信号的过程中的第一参考电压的确定过程类似，该数字信号D'_j可以为第一值或者第二值，当该数字信号D'_j为第一值时，该第j个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_j的值等于第一电压值；当该数字信号D'_j为第二值时，该第j个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_j的值等于第二电压值。

具体地，在S110中的第一阶段P1，n个电容器的电荷量设置为0，因此，根据S110可知，n个电容器的电荷量为0时得到下面的公式(2)：

因此，可以通过公式(3)获得失调电压Voff为：

V_off＝[D`<sub>n</sub>*V<sub>ref</sub> D`_n-1*V_ref…D`<sub>2</sub>*V<sub>ref</sub> D`₁*V_ref] (3)

在S130中的第五阶段P5的采样阶段，每个电容器的第一端连接待转换的模拟信号V_in，每个电容器的第二端连接的第一参考电压与误差序列相关，即与失调电压V_off相关，同时把比较器的失调电压v_off等效到电容器阵列，因此，该n个电容器的电荷量Q可以表示为公式(4)：

将公式(3)带入公式(4)即可获得n个电容器的电荷量为Q：

即经过第五阶段P5的采样阶段，V_off被消除。

应理解，在经过第五阶段P5的采样阶段之后，获得待转换的模拟信号对应的目标数字信号的过程与现有技术类似。并且，经过采样阶段，还可以消除失调电压V_off的影响，使得获得的与待转换的模拟信号对应的目标数字信号与失调电压V_off无关。具体地，下面以图5所示第六阶段P6至第八阶段P8为例进行具体说明。

如图5所示，在第六阶段P6，将n个电容器的中每个电容器的第一端连接比较器的输入端，每个电容器的第二端连接共模电压V_cm，此时比较器输出目标数字信号中的数字信号D_n。具体地，按照如图5所示的连接方式，比较器将输入值的大小与0进行比较，根据比较结果输出该数字信号D_n，例如，当该比较器的输入值大于0时，比较器输出数字信号D_n为第一值，比如该第一值可以为“1”；当该比较器的输入值小于0时，比较器输出数字信号D_n为第二值，比如该第二值可以为“0”，或者也可以为“-1”，其中，比较器的输入值的大小与待转换的模拟信号V_in相关。

可选地，该共模电压V_cm可以为0。

如图5所示，在第七阶段P7，根据比较器输出的数字信号D_n，将n个电容器中与该数字信号D_n对应的第n个电容器的第二端连接第二参考电压V_n，而该n个电容器中除该第n个电容器以外的其它电容器的第二端仍然连接共模电压V_cm，该n个电容器中每个电容器的第一端仍然连接比较器的输入端，此时该比较器输出的值为目标数字信号中的数字信号D_n-1，该数字信号D_n-1为数字信号D_n的下一位。具体地，按照如图5所示的连接方式，比较器将输入值的大小与0进行比较，根据比较结果输出该数字信号D_n-1，例如，当该比较器的输入值大于0时，比较器输出数字信号D_n-1为第一值，比如该第一值可以为“1”；当该比较器的输入值小于0时，比较器输出数字信号D_n-1为第二值，比如该第二值可以为“0”，或者也可以为“-1”，其中，该比较器的输入值与待转换的模拟信号V_in以及第二参考电压V_n相关，例如，该比较器的输入值可以表示为待转换的模拟信号V_in与第一参考电压V_n的和。

应理解，该第n个电容器可以为如图5所示的最左边的电容器，该第n个电容器的第二端连接的第二参考电压V_n为根据数字信号D_n确定的。可选地，该数字信号D_n可以为第一值或第二值，当该数字信号D_n为第一值时，该第n个电容器的第二端连接的第二参考电压V_n的值等于第一电压值；当该数字信号D_n为第二值时，该第n个电容器的第二端连接的第二参考电压V_n的值等于第二电压值。

例如，如图5所示，当数字信号D_n为第一值时，比如该第一值为“1”，则将第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V_n设置为将参考电压V_ref连接P端，此时该第一参考电压V_n的值可以等于参考电压V_ref；当数字信号D_n为第二值时，比如该第二值为“0”，则将第一参考电压V_n设置为将参考电压V_ref连接N端，此时该第一参考电压V_n的值可以等于0或者等于-V_ref。

再例如，相反的，也可以在数字信号D_n为第一值时，将第n个电容器的第二端连接的第一参考电压V_n设置为将参考电压V_ref连接N端，此时该第一参考电压V_n的值可以等于0，或者等于-V_ref；当数字信号V_n为第二值时，将第一参考电压V_n设置为将参考电压V_ref连接P端，此时该第一参考电压V_n的值可以等于V_ref。但本实施例并不限于此。

按照第七阶段P7的设置方式，依次类推，在比较器输出目标数字信号中的数字信号D_i+1后，将该n个电容器中该第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第二参考电压V_n至第二参考电压V_i+1，而该n个电容器中除该第n个电容器至该第i+1个电容器外的其它电容器的第二端仍然连接该共模电压V_cm，且该n个电容器中每个电容器的第一端仍然连接比较器的输入端，此时比较器输出该目标数字信号中的数字信号D_i，其中，第n个电容器至该第i+1个电容器分别与该数字信号D_n至数字信号D_i+1对应，该第二参考电压V_n至该第二参考电压V_i+1分别为根据该目标数字信号中的该数字信号D_n至该数字信号D_i+1确定的，在将该该该数字信号D_i为该数字信号D_i+1的下一位，i可以为小于n的正整数中任意一个。

具体地，该第n个电容器可以为如图5所示的最左边的电容器，第n个电容器至第i+1个电容器可以为从最左边的电容器向右依次排列的n-i-1个电容器。对于n个电容器中的第i+1个电容器连接的第二参考电压V_i+1，该第二参考电压V_i+1为根据数字信号D_i+1确定的，与第二参考电压V_n的确定方式一样，该数字信号D_i+1可以为第一值或第二值，当该数字信号D_i+1为第一值时，该第i+1个电容器的第二端连接的第二参考电压V_i+1的值等于第一电压值；当该数字信号D_i+1为第二值时，该第i+1个电容器的第二端连接的第二参考电压V_i+1的值等于第二电压值。

例如，当数字信号D_i+1为第一值时，比如该第一值为“1”，则将第i+1个电容器的第二端连接的第一参考电压V_i+1设置为将参考电压V_ref连接P端，此时该第一参考电压V_i+1的值可以等于参考电压V_ref；当数字信号D_i+1为第二值时，比如该第二值为“0”，则将第一参考电压V_i+1设置为将参考电压V_ref连接N端，此时该第一参考电压V_i+1的值可以等于0或者等于-V_ref。

按照上述方式，如图5所示，在第八阶段P8，可以获得与输入的待转换的模拟信号对应的目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…，其中，i可以为小于或者等于n的任意整数。

例如，i取1时，即获得目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D₂,D₁。

再例如，i也可以取大于1的整数。对于流水型SAR ADC(pipelined SAR ADC)，无需把所有电容器对应的所有位数都转化成数字信号，否则输出会错误，因此，可以根据实际应用，获得目标数字信号对应的部分目标数字信号，而其余位用0表示，即获得目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…,0,0,0。

应理解，对于本申请实施例中的第一参考电压，对应不同的电容器，该第一参考电压的值不同，对于任意一个电容器，例如第j个电容器，该第一参考电压的电压值为V_j'；同样的，对于本申请实施例中的第二参考电压，对应不同的电容器，该第二参考电压的值不同，对于任意一个电容器，例如第j个电容器，该第二参考电压的电压值为V_j。

应理解，在制程、电压、以及温度(process voltage temperature，PVT)不发生改变时，本申请实施例中失调电压V_off对应的误差序列可以认为不变，无需进行多次测量；而在PTV发生改变时，可以根据实际应用，在进行待转换的模拟信号转换目标数字信号之前，重新测量该误差序列，但本申请实施例并不限于此。

因此，本申请实施例的用于模数转换的方法，应用于包括比较器以及电容器阵列的SAR ADC中，采用逐次逼近的方法确定SAR ADC的失调电压对应的误差序列的数字信号，根据该误差序列确定电容器阵列中每个电容器在待转换的模拟信号的采样阶段连接的参考电压，使得该电容器阵列中每个电容器在该采样阶段一端连接待转换的模拟信号，一端连接确定的对应的参考电压，实现失调电压的自消除，再采用逐次逼近的方法将该待转换的模拟信号转换为目标数字信号，这样可以不增加额外的模拟电路的情况下实现失调电压的自消除，并且该过程仅增加了一轮转换，不影响SAR ADC的运行速度。

图6示出了根据本申请实施例的SAR ADC 200的示意性框图。如图2所示，该SARADC 200包括：电容器阵列210、比较器220和控制器230，其中，该电容器阵列210包括并联的n个电容器。

具体地，该控制器230用于：通过逐次逼近的方法得到该SAR ADC的失调电压对应的误差序列，该误差序列为用于表示失调电压的数字信号；根据该误差序列，得到该n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V_j'，j＝n,n-1,…,2,1；在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，通过逐次逼近的方法将待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在该采样阶段，将该n个电容器中的每个电容器的第一端连接该待转换的模拟信号，该第j个电容器的第二端连接该第一参考电压V'_j。

可选的，该控制器230具体用于：在将该每个电容器的电荷量设置为零后，将该n个电容器中每个电容器的第一端连接该比较器220的输入端，该每个电容器的第二端连接共模电压，该比较器220输出该误差序列中的数字信号D'_n，该数字信号D'_n为该误差序列的最高位；在将该n个电容器中该第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第一参考电压V'_n至第一参考电压V'_i+1，该n个电容器中除该第n个电容器至该第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接该共模电压时，该比较器220输出该误差序列中的数字信号D_i'，该第n个电容器至该第i+1个电容器分别与该数字信号D'_n至数字信号D'_i+1对应，该第一参考电压V'_n至该第一参考电压V'_i+1为根据该误差序列中的该数字信号D'_n至该数字信号D'_i+1确定的，该数字信号D'_i为该数字信号D'_i+1的下一位，i为小于n的正整数；获取该误差序列为D'_n,D'_n-1,…,D'_i,…,D'₂,D'₁。

可选的，该误差序列中的数字信号D'_j为第一值或第二值，当该误差序列中的数字信号D'_j为第一值时，该n个电容器中与该数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的第一参考电压V'_j为第一电压值；或，当该数字信号D'_j为第二值时，该n个电容器中与该数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的该第一参考电压V'_j为第二电压值，j为小于或者等于n的正整数。

可选的，该控制器230具体用于：在该采样阶段之后，将该每个电容器的第一端连接该比较器220的输入端，该每个电容器的第二端连接该共模电压，该比较器220输出该目标数字信号中的最高位数字信号D_n；在将该n个电容器中该第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第二参考电压V_n至第二参考电压V_i+1，该n个电容器中除该第n个电容器至该第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接该共模电压时，该比较器220输出该目标数字信号中的数字信号D_i，该第n个电容器至该第i+1个电容器分别与该数字信号D_n至数字信号D_i+1对应，该第二参考电压V_n至该第二参考电压V_i+1为根据该目标数字信号中的该数字信号D_n至该数字信号D_i+1确定的，该数字信号D_i为该数字信号D_i+1的下一位，i为小于n的正整数；获取该目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…。

可选的，该目标数字信号中的数字信号D_j为第一值或第二值，当该目标数字信号中的数字信号D_j为第一值时，该n个电容器中与该数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的第二参考电压V_j为第一电压值；或，当该数字信号D_j为第二值时，该n个电容器中与该数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的该第二参考电压V_j为第二电压值。

应理解，该SAR ADC200中的电容器阵列210可以对应如图1所示的DAC，比较器220可以对应如图1所示的比较器，控制器230可以对应如图1所示的逻辑电路。

另外，根据本申请实施例的SAR ADC200可对应于执行本申请实施例中的方法100，并且SAR ADC200中的各个部分的上述和其它操作和/或功能分别为了实现图1至图5中的各个方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。

因此，本申请实施例的SAR ADC，包括比较器以及电容器阵列，采用逐次逼近的方法确定该SAR ADC的失调电压对应的误差序列的数字信号，根据该误差序列确定电容器阵列中每个电容器在待转换的模拟信号的采样阶段连接的参考电压，使得该电容器阵列中每个电容器在该采样阶段一端连接待转换的模拟信号，一端连接确定的对应的参考电压，实现失调电压的自消除，再采用逐次逼近的方法将该待转换的模拟信号转换为目标数字信号，这样可以不增加额外的模拟电路的情况下实现失调电压的自消除，并且该过程仅增加了一轮转换，不影响SAR ADC的运行速度。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于模数转换的方法，其特征在于，所述方法应用于逐次逼近型SAR模数转换器ADC中，所述SAR ADC包括：电容器阵列和比较器，所述电容器阵列包括并联的n个电容器，所述方法包括：

采用逐次逼近的方法确定所述SAR ADC的失调电压对应的误差序列，所述误差序列为用于表示失调电压的数字信号；

根据所述误差序列，确定所述n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V′_j，j＝n,n-1,…,2,1；

在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，采用逐次逼近的方法将所述待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在所述采样阶段，将所述n个电容器中的每个电容器的第一端连接所述待转换的模拟信号，所述第j个电容器的第二端连接所述第一参考电压V′_j。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用逐次逼近的方法确定失调电压对应的误差序列，包括：

在将所述每个电容器的电荷量设置为零后，将所述n个电容器中每个电容器的第一端连接所述比较器的输入端，所述每个电容器的第二端连接共模电压，所述比较器输出所述误差序列中的数字信号D'_n，所述数字信号D'_n为所述误差序列的最高位；

在将所述n个电容器中所述第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第一参考电压V′_n至第一参考电压V′_i+1，所述n个电容器中除所述第n个电容器至所述第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接所述共模电压时，所述比较器输出所述误差序列中的数字信号D′_i，所述第n个电容器至所述第i+1个电容器分别与所述数字信号D'_n至数字信号D′_i+1对应，所述第一参考电压V′_n至所述第一参考电压V′_i+1为根据所述误差序列中的所述数字信号D'_n至所述数字信号D′_i+1确定的，所述数字信号D′_i为所述数字信号D′_i+1的下一位，i为小于n的正整数；

获取所述误差序列为D'_n,D'_n-1,…,D′_i,…,D'₂,D′₁。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述误差序列中的数字信号D'_j为第一值或第二值，

当所述误差序列中的数字信号D'_j为第一值时，所述n个电容器中与所述数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的第一参考电压V′_j为第一电压值，或

当所述数字信号D'_j为第二值时，所述n个电容器中与所述数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的所述第一参考电压V′_j为第二电压值，j为小于或者等于n的正整数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述采用逐次逼近的方法将所述待转换的模拟信号转换为目标数字信号，包括：

将所述每个电容器的第一端连接所述比较器的输入端，所述每个电容器的第二端连接所述共模电压，所述比较器输出所述目标数字信号中的最高位数字信号D_n；

在将所述n个电容器中所述第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第二参考电压V_n至第二参考电压V_i+1，所述n个电容器中除所述第n个电容器至所述第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接所述共模电压时，所述比较器输出所述目标数字信号中的数字信号D_i，所述第n个电容器至所述第i+1个电容器分别与所述数字信号D_n至数字信号D_i+1对应，所述第二参考电压V_n至所述第二参考电压V_i+1为根据所述目标数字信号中的所述数字信号D_n至所述数字信号D_i+1确定的，所述数字信号D_i为所述数字信号D_i+1的下一位，i为小于n的正整数；

获取所述目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标数字信号中的数字信号D_j为第一值或第二值，

当所述目标数字信号中的数字信号D_j为第一值时，所述n个电容器中与所述数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的第二参考电压V_j为第一电压值，或

当所述数字信号D_j为第二值时，所述n个电容器中与所述数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的所述第二参考电压V_j为第二电压值。

6.一种逐次逼近型SAR模数转换器ADC，其特征在于，所述SAR ADC包括：电容器阵列、比较器和控制器，所述电容器阵列包括并联的n个电容器，

所述控制器用于：

通过逐次逼近的方法得到所述SAR ADC的失调电压对应的误差序列，所述误差序列为用于表示失调电压的数字信号；

根据所述误差序列，得到所述n个电容器中第j个电容器对应的第一参考电压V′_j，j＝n,n-1,…,2,1；

在对待转换的模拟信号进行采样的采样阶段之后，通过逐次逼近的方法将所述待转换的模拟信号转换为目标数字信号，其中，在所述采样阶段，将所述n个电容器中的每个电容器的第一端连接所述待转换的模拟信号，所述第j个电容器的第二端连接所述第一参考电压V′_j。

7.根据权利要求6所述的SAR ADC，其特征在于，所述控制器具体用于：

在将所述每个电容器的电荷量设置为零后，将所述n个电容器中每个电容器的第一端连接所述比较器的输入端，所述每个电容器的第二端连接共模电压，所述比较器输出所述误差序列中的数字信号D'_n，所述数字信号D'_n为所述误差序列的最高位；

在将所述n个电容器中所述第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第一参考电压V′_n至第一参考电压V′_i+1，所述n个电容器中除所述第n个电容器至所述第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接所述共模电压时，所述比较器输出所述误差序列中的数字信号D′_i，所述第n个电容器至所述第i+1个电容器分别与所述数字信号D'_n至数字信号D′_i+1对应，所述第一参考电压V′_n至所述第一参考电压V′_i+1为根据所述误差序列中的所述数字信号D'_n至所述数字信号D′_i+1确定的，所述数字信号D′_i为所述数字信号D′_i+1的下一位，i为小于n的正整数；

获取所述误差序列为D'_n,D'_n-1,…,D′_i,…,D'₂,D′₁。

8.根据权利要求7所述的SAR ADC，其特征在于，所述误差序列中的数字信号D'_j为第一值或第二值，

当所述误差序列中的数字信号D'_j为第一值时，所述n个电容器中与所述数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的第一参考电压V′_j为第一电压值，或

当所述数字信号D'_j为第二值时，所述n个电容器中与所述数字信号D'_j对应的第j个电容器的第二端连接的所述第一参考电压V′_j为第二电压值，j为小于或者等于n的正整数。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的SAR ADC，其特征在于，所述控制器具体用于：

在所述采样阶段之后，将所述每个电容器的第一端连接所述比较器的输入端，所述每个电容器的第二端连接所述共模电压，所述比较器输出所述目标数字信号中的最高位数字信号D_n；

在将所述n个电容器中所述第n个电容器至第i+1个电容器的第二端分别连接第二参考电压V_n至第二参考电压V_i+1，所述n个电容器中除所述第n个电容器至所述第i+1个电容器外的其它电容器的第二端连接所述共模电压时，所述比较器输出所述目标数字信号中的数字信号D_i，所述第n个电容器至所述第i+1个电容器分别与所述数字信号D_n至数字信号D_i+1对应，所述第二参考电压V_n至所述第二参考电压V_i+1为根据所述目标数字信号中的所述数字信号D_n至所述数字信号D_i+1确定的，所述数字信号D_i为所述数字信号D_i+1的下一位，i为小于n的正整数；

获取所述目标数字信号为D_n,D_n-1,…,D_i,…。

10.根据权利要求9所述的SAR ADC，其特征在于，所述目标数字信号中的数字信号D_j为第一值或第二值，

当所述目标数字信号中的数字信号D_j为第一值时，所述n个电容器中与所述数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的第二参考电压V_j为第一电压值，或

当所述数字信号D_j为第二值时，所述n个电容器中与所述数字信号D_j对应的第j个电容器的第二端连接的所述第二参考电压V_j为第二电压值。