CN108777580B - 混合电容翻转技术控制sar adc电平开关方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合电容翻转技术控制的逐次逼近型模数转换器SARADC电平开关方法，其实现过程是：(1)采用上极板采样技术对输入信号进行采样；(2)比较器第一次比较完成后采用电容阵列同时翻转技术，切换电容阵列开关；(3)在后续转换过程中，采用多电平开关技术，根据比较结果切换电容阵列开关,直至转换完成。本发明提出的混合电容翻转技术由上极板采样技术，电容阵列同时翻转技术和多电平开关技术组成，该技术提高了转换速度，减少了差分电容阵列的电容数量，降低了转换过程需要的能量。

Description

混合电容翻转技术控制SAR ADC电平开关方法

技术领域

本发明属于电子物理技术领域，更进一步涉及微电子技术领域中的一种混合电容翻转技术控制逐次逼近型模数转换器SAR ADC(Successive-Approximation-RegisterAnalog-to-digital converter)电平开关的方法。本发明是对采样开关，差分电容阵列，差分电容阵列开关，比较器和控制逻辑电路组成的逐次逼近型模数转换器SAR ADC，通过混合电容翻转技术，控制转换器的差分电容阵列中开关的切换，根据开关切换结果从已有的电平中选择待连接的电平。

背景技术

逐次逼近型模数转换器SAR ADC中电容阵列的开关切换是模数转换器的重要功耗来源，目前已经提出了一些电平开关方法，例如单调电平开关方法和V_CM-based电平开关方法。

北京大学(天津滨海)新一代信息技术研究院在其申请的专利文献“一种新型高精度电容自校准逐次逼近型模数转换器”(申请号201610239462.8，申请公开号CN 105933004A，公开日为2016.09.07)中公开了一种新型高精度电容自校准逐次逼近型模数转换器的电平开关方法，该方法的具体的步骤如下：采样阶段将采样开关闭合，采样电容上极板接入共模电平，下极板接输入信号，将输入信号采样到电容极板中。随后在逐次逼近阶段中对采样值进行保持并比较，根据比较结果改变采样电容下极板开关，进行电荷分配，并将比较结果输出到后方数字电路中，形成一系列数字码流，如此循环往复，就可以完成逐次逼近的模数转换。该方法存在的不足之处是，由于采用下极板采样技术，需要在第一个时钟周期中将下极板与输入信号断开后，才能在第二个时钟周期中将电容阵列的上极板接比较器对输入信号进行第一次比较，因此整个电平切换过程速度慢，无法在快速采样过程中应用。

Zhu,Y.等人在其发表论文“A 10-bit 100-MS/s reference-free SAR ADC in90nm CMOS”(IEEE J.Solid-State Circuits,2010,45,(6),pp.1111–1121)中提出了一种基于V_CM-based技术的电平开关方法。该方法的具体的步骤如下：在采样阶段，两个电容阵列的上极板通过采样电路对输入信号进行采样，所有电容下级板都接V_CM中间电平；在转换阶段，比较器直接对两个差分输入信号进行第一次比较，根据比较结果对开关进行切换，改变开关所接电平；在后续比较过程中，比较器根据两个输入信号得到比较结果，改变电容阵列的接法，直至最后一次比较完成。该方法存在的不足之处是，该方法在每产生一位数码时只切换一位电容的电平，因此N位转换器需要N对的差分电容，需要的电容数量较多，硬件资源开销较大。

Zhu，Z.等人在其发表论文“VCM-based monotonic capacitor switching schemefor SAR ADC”(Electron.Lett.,2013,49,(5),pp.327–329)中提出了一种基于VMS技术的电平开关方法。该方法的具体的步骤如下：在采样阶段，两个电容阵列的上极板通过采样电路对输入信号进行采样，所有电容下级板都接V_CM中间电平；在转换阶段，比较器直接对两个差分输入信号进行第一次比较，根据比较结果对单侧电容阵列开关同时进行切换，改变开关所接电平；在后续比较过程中，比较器根据两个输入信号得到比较结果，改变电容阵列的接法，直至最后一次比较完成。该方法存在的不足之处是，该方法在转换过程中采用的转换电平差值较大，造成的功耗较高，不利于在低功耗场合应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，解决传统电平开关方法电平切换过程速度慢，硬件资源开销较大，电平切换过程消耗能量大的问题，提出来一种混合电容翻转技术控制SAR ADC电平开关方法，采用上极板采样技术采集差分模拟输入电平，在产生最高位数码时采用电容阵列同时翻转技术，在后续转换过程中采用多电平开关技术；该方法的具体步骤包括如下：

(1)输入正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N的差分模拟电平；

(2)利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样：

(2a)闭合转换器中的采样开关；

(2b)差分电容阵列中，正端电容阵列中所有电容的上极板接模拟电平V_P，下极板接转换器的参考电平V_REF；负端电容阵列中所有电容的上极板连接模拟电平V_N，下极板接转换器的参考电平V_REF；

(2c)正端模拟电平V_P对正端电容阵列充电，负端模拟电平V_N对负端电容阵列进行充电，从而将输入的正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N分别存储在正端电容阵列和负端电容阵列中；

(3)判断输入电平V_P是否大于V_N，若是，将ADC的最高位设置为1，执行步骤(4)；否则，将ADC的最高位设置为0，执行步骤(19)；

(4)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：

正端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM；

(5)切换后的转换器中的正端电容阵列下级板连接的电平对正端电容阵列充放电，得到当前正端电容阵列电平；

(6)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(7)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(13)；

(7)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd；

(8)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(9)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(10)；否则，执行步骤(11)；

(10)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd，执行步骤(12)；

(11)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁，执行步骤(12)；

(12)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(8)；

(13)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM；

(14)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(15)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(16)；否则，执行步骤(17)；

(16)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM，执行步骤(18)；

(17)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的第二转换电平V₂，执行步骤(18)；

(18)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(14)；

(19)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：

负端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM；

(20)切换后的转换器中的负端电容阵列下级板连接的电平对负端电容阵列充放电，得到当前负端电容阵列电平；

(21)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(22)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(28)；

(22)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM；

(23)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(24)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(25)；否则，执行步骤(26)；

(25)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM，执行步骤(27)；

(26)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的第二转换电平V₂，执行步骤(27)；

(27)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(23)；

(28)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd；

(29)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(30)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(31)；否则，执行步骤(32)；

(31)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd，后执行步骤(33)；

(32)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁，后执行步骤(33)；

(33)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(29)；

(34)转换器转换过程结束。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，由于本发明利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样，采样结束后不用进行电容切换就可以产生第一位数码，使转换第一位数码的功耗为0，克服了采用现有的下极板采样技术，整个电平切换过程速度慢，需要额外的开关切换来产生第一位数码，无法在快速采样过程中应用的问题，提高了转换器的转换速度，减少了转换过程的功耗。

第二，由于本发明利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关，在第一位数码产生后采用该技术将一侧电容阵列电容全部切换，使N位转换器只需要N-1对差分电容，克服了现有技术在相同转换位数的条件下，需要N对差分电容，硬件资源开销较大的问题，使得使用本发明在电平切换过程中需要的电容数量减少，节约硬件资源。

第三，由于本发明利用多电平开关技术，在转换过程中加入第一转换电平V₁和第二转换电平V₂，在后续的转换周期中选用V₁和V_REF或V₂和V_CM来切换电容阵列，由于这两个电平差值为0.25V，相对于现有两个电平差值为0.5V小，从而大大降低了转换过程的功耗，克服了现有技术转换电平值差别大，转换过程功耗高的问题，利于低功耗场合应用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的实施例一的SAR ADC的电平开关工作示意图；

图3为本发明的实施例二的SAR ADC的电平开关工作示意图；

图4为本发明控制的逐次逼近型模数转换器的结构示意图；

图5为本发明的实验结果仿真图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明的实施例一：参照附图1和附图2，确定正端模拟电平V_P＝0.35V和负端模拟电平V_N＝-0.35V，转换器的参考电平V_REF＝1V，转换器的共模电平V_CM＝0.5V，转换器的零电平Gnd＝0V，转换器的第一转换电平V₁＝0.75V，转换器的第二转换电平V₂＝0.25V，转换器的有效位数是4位，做进一步的描述。

步骤1，输入正端模拟电平V_P＝0.35V和负端模拟电平V_N＝-0.35V的差分模拟电平。

步骤2，利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样。

闭合转换器中的采样开关。

差分电容阵列中，正端电容阵列中所有电容的上极板接模拟电平V_P，下极板接转换器的参考电平V_REF；负端电容阵列中所有电容的上极板连接模拟电平V_N，下极板接转换器的参考电平V_REF。

正端模拟电平V_P对正端电容阵列充电，负端模拟电平V_N对负端电容阵列进行充电，从而将输入的正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N分别存储在正端电容阵列和负端电容阵列中。

步骤3，第一次比较，差分输入电平V_P大于V_N，将ADC的最高位D₃设置为1。

步骤4，正端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM。

步骤5，切换后的转换器中的正端电容阵列下级板连接的电平对正端电容阵列充放电，得到当前正端电容阵列电平。根据电荷守恒定律，(CP₁+CP₂+CP₃)*(V_P-V_REF)＝(CP₁+CP₂+CP₃)*(当前正端电容阵列电平-V_CM)，得到

步骤6，第二次比较，当前正端电容阵列电平大于当前负端电容阵列电平，将ADC的次高位D₂设置为1。

步骤7，正端电容阵列中的由次高位D₂控制的开关将其连接的电容CP₁下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd。

步骤8，将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平。根据电荷守恒定律，得到当前正端电容阵列电平＝-0.4V，当前负端电容阵列电平＝-0.35V。

步骤9，当前正端电容阵列电平小于当前负端电容阵列电平，将ADC的当前转换位D₁的数值设置为0，ADC的当前转换位D₁不等于ADC的次高位D₂。

步骤10，负端电容阵列中的由当前位D₁的高一位即次高位D₂控制的开关将其连接的电容CN₁下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁。

步骤11，将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平。根据电荷守恒定律，得到当前正端电容阵列电平＝-0.4V，当前负端电容阵列电平＝-0.475V。

步骤12，当前正端电容阵列电平大于当前负端电容阵列电平，将ADC的当前转换位数值D₀设置为1。

步骤13，当前转换位是ADC的最低位，转换器转换过程结束，得到ADC转换后的4位数据1101。

本发明的实施例二：参照附图1和附图3，确定正端模拟电平V_P＝-0.5V和负端模拟电平V_N＝0.5V，转换器的参考电平V_REF＝1V，转换器的共模电平V_CM＝0.5V，转换器的零电平Gnd＝0V，转换器的第一转换电平V₁＝0.75V，转换器的第二转换电平V₂＝0.25V，转换器的有效位数是4位，做进一步的描述。

步骤1，输入正端模拟电平V_P＝-0.5V和负端模拟电平V_N＝0.5V的差分模拟电平。

步骤2，利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样。

闭合转换器中的采样开关。

差分电容阵列中，正端电容阵列中所有电容的上极板接模拟电平V_P，下极板接转换器的参考电平V_REF；负端电容阵列中所有电容的上极板连接模拟电平V_N，下极板接转换器的参考电平V_REF。

正端模拟电平V_P对正端电容阵列充电，负端模拟电平V_N对负端电容阵列进行充电，从而将输入的正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N分别存储在正端电容阵列和负端电容阵列中。

步骤3，第一次比较，差分输入电平V_P小于V_N，将ADC的最高位D₃设置为0。

步骤4，负端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM。

步骤5，切换后的转换器中的负端电容阵列下级板连接的电平对负端电容阵列充放电，得到当前负端电容阵列电平。根据电荷守恒定律，得到当前负端电容阵列电平＝0V。

步骤6，第二次比较，当前正端电容阵列电平小于当前负端电容阵列电平，将ADC的次高位D₂设置为0。

步骤7，负端电容阵列中由次高位D₂控制的开关将其连接的电容CN₁下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd。

步骤8，将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平。根据电荷守恒定律，得到当前正端电容阵列电平＝-0.5V，当前负端电容阵列电平＝-0.25V。

步骤9，当前正端电容阵列电平小于当前负端电容阵列电平，将ADC的当前转换位D₁数值设置为0，ADC的当前转换位D₁等于ADC的次高位D₂。

步骤10，负端电容阵列中的由D₁位控制的开关将其连接的电容CN₂下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd。

步骤11，将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平。根据电荷守恒定律，得到当前正端电容阵列电平＝-0.5V，当前负端电容阵列电平＝-0.375V。

步骤12，当前正端电容阵列电平小于当前负端电容阵列电平，将ADC的当前转换位数值D₀设置为0。

步骤13，当前转换位是ADC的最低位，转换器转换过程结束，得到ADC转换后的4位数据0000。

下面通过仿真实验对本发明的效果做进一步说明。

1.仿真条件：

本发明中的仿真实验中采用的计算混合电容翻转技术控制逐次逼近型模数转换器SAR ADC电平开关方法的参数如下：正端模拟电平V_P＝0.4sin(2000πt)，负端模拟电平V_N＝0.4sin(2000πt+π)，转换器的有效位数n＝10，该10位模数转换器的差分电容阵列由两组二进制电容组成，CP₁、CP₂、CP₃……CP₉组成正端电容阵列，其电容大小分别为2⁷C……2C、C、C；CN₁、CN₂、CN₃……CN₉组成负端电容阵列，其电容大小分别为2⁷C……2C、C、C，其中C为单位电容大小，转换器的单位电容C＝20fF，转换器的参考电平V_REF＝1V，转换器的共模电平V_CM＝0.5V，转换器的零电平Gnd＝0V，转换器的第一转换电平V₁＝0.75V，转换器的第二转换电平V₂＝0.25V。

2.仿真内容：

本发明的仿真实验是利用MATLAB软件在10位有效位数条件下，计算采用单调电平开关方法逐次逼近型模数转换器SAR ADC完成转换所需要的能量，计算采用V_CM-based电平开关方法逐次逼近型模数转换器SAR ADC完成转换所需要的能量，计算采用本发明逐次逼近型模数转换器SAR ADC完成转换所需要的能量。仿真计算所需要的10位逐次逼近型模数转换器SAR ADC的结构参照附图4。图4中的正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N是差分模拟电平。该10位模数转换器的差分电容阵列由两组二进制电容组成，CP₁、CP₂、CP₃……CP₉组成正端电容阵列，CN₁、CN₂、CN₃……CN₉组成负端电容阵列。正端电容阵列上极板连接比较器的正端，负端电容阵列上极板接比较器的负端。正端电容阵列下极板连接正端电容开关，负端电容阵列下极板连接负端电容开关。正端电容开关和负端电容开关的另一端接转换器的参考电平V_REF、转换器的共模电平V_CM、转换器的零电平Gnd、转换器的第一转换电平V₁和转换器的第二转换电平V₂。比较器的输出端连接控制逻辑电路。控制逻辑电路输出端连接正端电容开关和负端电容开关。

3.仿真效果分析：

附图5是在不同电平开关方法的条件下，逐次逼近型模数转换器SAR ADC完成转换所需要的能量随输出数码变化的曲线图。附图5中的横坐标表示转换器输出的数字码，纵坐标表示转换过程消耗的能量。附图5中以方形标示的曲线表示采用单调电平开关方法时，转换器完成转换所需要的能量随输出数码变化的曲线。附图5中以圆圈标示的曲线表示采用V_CM-based电平开关方法时，转换器完成转换所需要的能量随输出数码变化的曲线。附图5中以三角形标示的曲线表示采用本发明的电平开关方法时，转换器完成转换所需要的能量随输出数码变化的曲线。

比较附图5中的三条曲线可以看出，随着输出数码从0至1024变化，采样单调电平开关方法计算所需的能量集中在

至

之间，采用V_CM-based电平开关方法计算所需的能量集中在

至

之间，采用本发明计算所需的能量集中在0至

之间，因此本发明减少了转换器完成转换所需的能量。

Claims (1)

1.一种混合电容翻转技术控制逐次逼近型模数转换器SAR ADC电平开关方法，其特征在于，采用上极板采样技术采集差分模拟输入电平，在产生最高位数码时采用电容阵列同时翻转技术，在后续转换过程中采用多电平开关技术；该方法的具体步骤包括如下：

(1)输入正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N的差分模拟电平；

(2)利用上极板采样方法，对正、负端模拟电平进行采样：

(2a)闭合转换器中的采样开关；

(2b)差分电容阵列中，N位转换器需要N-1对差分电容，正端电容阵列中所有电容的上极板接模拟电平V_P，下极板接转换器的参考电平V_REF；负端电容阵列中所有电容的上极板连接模拟电平V_N，下极板接转换器的参考电平V_REF；

(2c)正端模拟电平V_P对正端电容阵列充电，负端模拟电平V_N对负端电容阵列进行充电，从而将输入的正端模拟电平V_P和负端模拟电平V_N分别存储在正端电容阵列和负端电容阵列中；

(3)判断输入电平V_P是否大于V_N，若是，将ADC的最高位设置为1，执行步骤(4)；否则，将ADC的最高位设置为0，执行步骤(19)；

(4)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：

正端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM；

(5)切换后的转换器中的正端电容阵列下级板连接的电平对正端电容阵列充放电，得到当前正端电容阵列电平；

(6)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(7)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(13)；

(7)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd；

(8)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(9)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(10)；否则，执行步骤(11)；

(10)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd，执行步骤(12)；

(11)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁，执行步骤(12)；

(12)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(8)；

(13)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM；

(14)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(15)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(16)；否则，执行步骤(17)；

(16)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM，执行步骤(18)；

(17)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的第二转换电平V₂，执行步骤(18)；

(18)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(14)；

(19)利用电容阵列同时翻转技术，切换转换器中的电容阵列开关：

负端电容阵列中所有电容的下极板同时由转换器的参考电平V_REF切换到转换器的共模电平V_CM；

(20)切换后的转换器中的负端电容阵列下级板连接的电平对负端电容阵列充放电，得到当前负端电容阵列电平；

(21)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC的次高位设置为1，执行步骤(22)；否则，将ADC的次高位设置为0，执行步骤(28)；

(22)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM；

(23)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(24)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(25)；否则，执行步骤(26)；

(25)切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的共模电平V_CM，执行步骤(27)；

(26)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的第二转换电平V₂，执行步骤(27)；

(27)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(23)；

(28)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，次高位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd；

(29)将切换后的转换器中的差分电容阵列下级板连接的电平对电容阵列充电，得到当前正端电容阵列电平和当前负端电容阵列电平；

(30)判断当前正端电容阵列电平是否大于当前负端电容阵列电平，若是，将ADC当前转换位的数值设置为1；否则，将ADC当前转换位的数值设置为0；判断此数值是否等于次高位，若是，执行步骤(31)；否则，执行步骤(32)；

(31)切换转换器中的电容阵列开关：

在负端电容阵列中，当前转换位控制的电容下级板由转换器的共模电平V_CM切换至转换器的零电平Gnd，后执行步骤(33)；

(32)利用多电平开关技术，切换转换器中的电容阵列开关：

在正端电容阵列中，当前转换位的高一位控制的电容下级板由转换器的参考电平V_REF切换至转换器的第一转换电平V₁，后执行步骤(33)；

(33)判断当前转换位是否是ADC的最低位，若是，则执行步骤(34)，否则，执行步骤(29)；

(34)转换器转换过程结束；

步骤(2b)、步骤(4)、步骤(11)、步骤(13)、步骤(16)、步骤(19)、步骤(22)、步骤(25)、步骤(32)中所述的参考电平V_REF的值等于共模电平V_CM的2倍；所述的第一转换电平V₁的值等于共模电平V_CM的1.5倍；

步骤(17)、步骤(26)中所述的第二转换电平V₂的值等于共模电平V_CM的

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