CN116170014A - 模数转换器及用于在模数转换器中进行模数转换的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种模数转换器及用于在模数转换器中进行模数转换的方法。模数转换器包括：比较器，包括接收多个第一单元电容器的输出的第一输入节点和接收多个第二单元电容器的输出的第二输入节点；控制逻辑，被配置为基于比较器的输出信号输出第一控制信号和第二控制信号；以及参考电压调整电路，被配置为基于第一控制信号和第二控制信号调节提供给比较器的输出电压。参考电压调整电路包括第一上拉电路和第一下拉电路，基于第一控制信号和第二控制信号，第一上拉电路被配置为向多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器施加第一参考电压，第一下拉电路被配置为向多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器施加第二参考电压。

Description

模数转换器及用于在模数转换器中进行模数转换的方法

技术领域

本公开涉及模数转换器以及用于模数转换器的模数转换的方法。

背景技术

模拟信号可以是连续的，并提供大量不同的电压或电流值。然而，处理数据的数字电路可以对具有两个离散状态(诸如逻辑“1”(高)或逻辑“0”(低))的二进制信号进行操作。因此，需要一种电子电路来在连续变化的模拟信号和离散数字信号这两个不同域之间进行转换。模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)可以用于生成表示模拟信号的信号电平的数字编码序列。

逐次逼近寄存器(successive-approximation-register，SAR)模数转换器(ADC)是这种类型的模数转换器，其在每次转换最终转换到数字输出之前，使用二分搜索所有可能的量化电平来将连续模拟波形转换成离散数字表示(即数字编码序列)。

然而，SAR ADC在转换信号的过程中会消耗大量功率。

发明内容

本公开的目的是提供一种具有降低的操作功耗的模数转换器。

本公开的目的是提供一种具有降低的操作功耗的模数转换器的模数转换方法。

根据本公开的实施例，模数转换器包括比较器、控制逻辑和参考电压调节电路。比较器包括接收多个第一单元电容器的输出的第一输入节点和接收多个第二单元电容器的输出的第二输入节点。控制逻辑被配置为基于比较器的输出信号输出第一控制信号和第二控制信号。参考电压调节电路被配置为基于第一控制信号和第二控制信号调节提供给比较器的输出电压。参考电压调节电路包括第一上拉电路和第一下拉电路，第一上拉电路被配置为基于第一控制信号和第二控制信号向多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器施加第一参考电压，第一下拉电路被配置为向多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器施加第二参考电压。

根据本公开的实施例，提供了一种模数转换器，包括第一电容器阵列、第二电容器阵列和控制逻辑。第一电容器阵列包括用于确定与模拟输入信号相对应的数字输出信号的更高位的多个基于温度计码的第一单元电容器。第二电容器阵列包括用于确定数字输出信号的更低位的多个二进制加权的第二单元电容器。控制逻辑被配置为从第一电容器阵列和第二电容器阵列接收参考电压，并输出第一控制信号和第二控制信号。第一电容器阵列和第二电容器阵列包括第一操作开关和第二操作开关，被配置为分别基于第一控制信号和第二控制信号施加第一参考电压和第二参考电压。

根据本公开的实施例，提供了一种使用模数转换器执行模数转换的方法，该模数转换器包括比较器、控制逻辑、上拉电路和下拉电路，该比较器包括多个第一单元电容器的输出和多个第二单元电容器的输出连接到的多个节点。该方法包括：控制逻辑基于比较器的输出信号输出第一控制信号和第二控制信号；以及由上拉电路和下拉电路基于第一控制信号和第二控制信号来调整施加到多个第一单元电容器和多个第二单元电容器的参考电压。调节包括上拉电路将第一参考电压施加到多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器，以及下拉电路将不同于第一参考电压的第二参考电压施加到多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器。

本公开的技术目的不限于上面描述的那些，并且本领域技术人员将从下面的描述中清楚地理解这里没有描述的其他目的。

附图说明

通过参考附图详细描述本公开的示例性实施例，本公开的上述和其他方面和特征将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明构思的示例实施例的半导体设备的框图；

图2是根据本发明构思的示例实施例的包括在图1的参考电压调节电路中的上拉电路的示例电路图；

图3是根据本发明构思的示例实施例的包括在图1的参考电压调节电路中的下拉电路的示例电路图；

图4是示出根据本发明构思的示例实施例的图1的参考电压调节电路的采样阶段的操作的图；

图5是示出根据本发明构思的示例实施例的图1的参考电压调节电路的转换阶段的操作的图；

图6是用于描述根据一些实施例的半导体设备的效果的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述根据本公开的技术精神的实施例。

图1是根据一些实施例的半导体设备的框图。

参考图1，半导体设备1可以包括逐次逼近寄存器数模转换器(successive-approximation-register digital-to-analog converter，SAR DAC)100、参考电压生成器200、比较器(COMP)300(例如，比较电路)、第一SAR逻辑410(例如，第一逻辑电路)、第二SAR逻辑420(例如，第二逻辑电路)和控制逻辑400(例如，控制逻辑电路)。

在一些实施例中，半导体设备1可以是例如模数转换器，其将模拟输入信号V_INP和V_INN转换成对应的数字输出信号D_OUT。在一实施例中，使用差分信号将输入信号输出到SARDAC，该差分信号使用两个互补信号，即模拟输入信号V_INP和V_INN。例如，输入信号可以是由传感器感测的模拟信号。详细地，半导体设备1可以是例如逐次逼近寄存器模数转换器(SARADC)，其将通过逐次逼近方案提供的模拟输入信号V_INP和V_INN转换成q位的数字输出信号(其中q是自然数)。

在下文中，将通过假设半导体设备1是SAR ADC来描述本公开的技术精神，但是本公开不限于此。在其他实施例中，半导体设备1可以实现为除SAR ADC之外的模数转换器，或者可以实现为除模数转换器之外的半导体设备1。

参考图1，SAR DAC 100可以包括第一电容器阵列110、第二电容器阵列120和差分参考电压生成器130。

SAR DAC 100可以基于从将在下面描述的控制逻辑400接收的第一控制信号SC1和第二控制信号SC2来调节提供给比较器300的第一输出电压VTP和第二输出电压VTN。当半导体设备1是SAR ADC时，参考电压调节电路可以包括数模转换器(DAC)，其被配置为根据数字信号调节从参考电压生成器200接收的参考电压，并输出调节后的参考电压。

SAR DAC 100可以接收模拟输入信号V_INP和V_INN。SAR DAC 100可以采样并保持模拟输入信号V_INP和V_INN。SAR DAC 100可以使用预定的存储设备来存储模拟输入信号V_INP和V_INN，以基于模拟输入信号V_INP和V_INN向比较器300提供第一输出电压VTP和第二输出电压VTN。

SAR DAC 100可以从参考电压生成器200接收第一参考电压V_REFP、共模(commonmode)电压V_CM和第二参考电压V_REFN。共模电压V_CM可以是例如第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN之间的中间值。在一实施例中，第一参考电压V_REFP大于第二参考电压V_REFN。

差分参考电压生成器130可以生成通过分压第一参考电压V_REFP获得的第一差分参考电压V_DREFP和通过分压第二参考电压V_REFN获得的第二差分参考电压V_DREFN。

比较器300的第一输入节点可以连接到SAR DAC 100的输出，以从第一电容器阵列110接收第一输出电压VTP。第一电容器阵列110可以包括多个单元电容器。比较器300的第二输入节点可以连接到SAR DAC 100的输出，以从第二电容器阵列120接收第二输出电压VTN。第二电容器阵列120可以包括多个单元电容器。

比较器300可以比较第一电容器阵列110的第一输出电压VTP和第二电容器阵列120的第二输出电压VTN，以生成并输出比较信号V_COMP。当第一输出电压VTP高于第二输出电压VTN时，比较器300可以输出具有第一电平的比较信号V_COMP。当第一输出电压VTP低于第二输出电压VTN时，比较器300可以输出具有不同于第一电平的第二电平的比较信号V_COMP。

控制逻辑400可以包括第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420。尽管没有具体示出，第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420可以由控制逻辑400提供的控制信号操作。第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420可以从比较器300接收比较信号V_COMP，并且可以基于所接收的比较信号V_COMP来确定与模拟输入信号V_INP和V_INN相对应的数字输出信号D_OUT的位(bit)。例如，当比较信号V_COMP具有第一电平时，控制逻辑400可以将模拟输入信号的值解释为逻辑高，并且当比较信号V_COMP具有第二电平时，将模拟输入信号的值解释为逻辑低。

第一SAR逻辑410可以基于比较信号V_COMP向第一电容器阵列110输出第一控制信号SC1。第二SAR逻辑420可以基于比较信号V_COMP向第二电容器阵列120输出第二控制信号SC2。

尽管第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420在附图中被示为单独的逻辑，但是本公开不限于此。应当理解，第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420可以被实现为单个逻辑电路。

SAR DAC 100可以基于第一控制信号SC1来调节提供给比较器300的第一输出电压VTP。SAR DAC 100可以基于第二控制信号SC2来调节提供给比较器300的第二输出电压VTN。具体地，SAR DAC 100可以根据第一控制信号SC1和第二控制信号SC2调整提供给比较器300的第一输出电压VTP和第二输出电压VTN的电平。SAR DAC 100可以根据第一控制信号SC1控制包括在第一电容器阵列110中的多个单元电容器和多个开关，以生成第一输出电压VTP，并且可以向比较器300输出第一输出电压VTP。此外，SAR DAC 100可以根据第二控制信号SC2控制包括在第二电容器阵列120中的多个单元电容器和多个开关，以生成第二输出电压VTN，并且可以向比较器300输出第二输出电压VTN。

控制逻辑400控制第一SAR逻辑410的操作和第二SAR逻辑420的操作。例如，控制逻辑400可以控制第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420的操作时序。

在一实施例中，控制逻辑400合并在第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420中确定的位(bit)，以生成数字输出信号D_OUT，并输出数字输出信号D_OUT。

图2是包括在图1的参考电压调节电路中的上拉电路的示例电路图。图3是包括在图1的参考电压调节电路中的下拉电路的示例电路图。图4是示出图1的参考电压调节电路的采样阶段的操作的图。图5是示出图1的参考电压调节电路的转换阶段的操作的图。

参考图1、图4和图5，SAR DAC 100可以包括第一电容器阵列110和第二电容器阵列120，第一电容器阵列110包括多个第一单元电容器2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3、2^N-n-2CU4、CU1和2CU2，第二电容器阵列120包括多个第二单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7、2^{N -n-2}CU8、CU3和2CU4。在一些实施例中，单元电容器的数量不限于图4和图5所示的数量。这里，N表示总位数，并且n表示二进制加权电容器阵列中的位数。

SAR DAC 100可以包括包含多个基于温度计码的单元电容器的第一-A电容器阵列100A和包含多个具有二进制权重结构的单元电容器的第一-B电容器阵列100B。

第一电容器阵列110可以包括包含多个基于温度计码的单元电容器的第一_1电容器阵列110_1和包含多个二进制加权单元电容器的第一_2电容器阵列110_2。第二电容器阵列120可以包括包含多个基于温度计码的单元电容器的第二_1电容器阵列120_1和包含多个二进制加权单元电容器的第二_2电容器阵列120_2。

包括多个基于温度计码的单元电容器的第一-A电容器阵列100A可以用于确定与提供的模拟输入信号相对应的数字输出信号的更高的N-n位。包括多个二进制加权单元电容器的第一-B电容器阵列100B可以用于确定数字输出信号的n个更低位。

多个第一下部(lower)单元电容器CU1和2CU2以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4可以各自具有单元电容器电容的2ⁿ倍的电容。例如，多个第一下部单元电容器CU1和2CU2以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4可以各自具有单元电容器电容的2⁰倍或2¹倍的电容。也就是说，多个第一下部单元电容器CU1和2CU2以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4的电容可以具有二进制权重结构。

多个第一上部单元电容器2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3和2^N-n-2CU4以及多个第二上部单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8可以各自具有单元电容器电容的2^{N -n-2}倍的电容。在这种情况下，多个第一上部单元电容器2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3和2^{N-n- 2}CU4以及多个第二上部单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8可以各自具有多个基于温度计码的单元电容器的结构。

多个第一上部单元电容器2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3和2^N-n-2CU4以及多个第二上部单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8可以用于接收共模电压V_CM、第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN，并确定数字输出信号D_OUT的更高位。

多个第一下部单元电容器CU1和2CU2以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4可以用于接收共模电压V_CM、第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN，并确定数字输出信号D_OUT的更低位。

第一电容器阵列110可以包括多个第一上部单元电容器2^N-n-2CU1、2^N-n-²CU2、2^{N-n- 2}CU3和2^N-n-2CU4以及多个第一下部单元电容器CU1和2CU2。多个第一上部单元电容器2^{N-n- 2}CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3和2^N-n-2CU4以及多个第一下部单元电容器CU1和2CU2中的每个单元电容器的第一端子可以连接到比较器300的第一输入节点。第二电容器阵列120可以包括多个第二上部单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4。多个第二上部单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4中的每个单元电容器的第一端子可以连接到比较器300的第二输入节点。

例如，第一端子可以指电容器的顶板，并且第二端子可以指其底板。

多个第一上部单元电容器2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3和2^N-n-2CU4以及多个第二上部单元电容器2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8中的每个单元电容器的第二端子可以通过多个开关S_1、RFC_1、S_2和RFC_2连接到接收模拟输入信号V_INN的节点、接收模拟输入信号V_INP的节点、接收第一参考电压V_REFP的节点和接收第二参考电压的节点之一。

多个第一下部单元电容器CU1和2CU2以及多个第二下部单元电容器CU3和2CU4中的每个单元电容器的第二端子可以通过多个开关S_1、RFC_1、S_2和RFC_2连接到接收模拟输入信号V_INN的节点、接收模拟输入信号V_INP的节点、接收第一参考电压V_REFP的节点和接收第二参考电压V_REFN的节点之一。

第三采样开关S_3可以连接在比较器300的第一输入节点和包括在第一电容器阵列110中的多个单位单元(unit cell)之间。第四采样开关S_4可以连接在比较器300的第二输入节点和包括在第二电容器阵列120中的多个单位单元之间。

在一实施例中，单位单元是指包括上拉电路或下拉电路的单元，这将在下面描述。在这种情况下，参考图2至图5，上拉电路可以包括第一单元电容器CU_1、第一采样开关S_1和第一参考电压调节开关RFC_1。参考图2，第一参考电压调节开关RFC_1可以包括第一参考电压开关RF_1和第二参考电压开关RF_2以及第一SAR操作开关SAR_1。

参考图3，下拉电路可以包括第二单元电容器CU_2、第二采样开关S_2和第二参考电压调节开关RFC_2。第二参考电压调节开关RFC_2可以包括第三参考电压开关RF_3和第四参考电压开关RF_4以及第二SAR操作开关SAR_2。

在这种情况下，图2和图3的第一单元电容器CU_1和第二单元电容器CU_2可以对应于图4和图5的多个单元电容器CU1、2CU2、CU3、2CU4、2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^N-n-2CU3、2^N-n-2CU4、2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^N-n-2CU7和2^N-n-2CU8之一。其具体细节将在下面描述。

包括在第一电容器阵列110中的多个单元电容器CU1、2CU2、2^N-n-2CU1、2^N-n-2CU2、2^{N -n-2}CU3和2^N-n-2CU4的第一端子可以通过第三采样开关S_3连接到接收第一参考电压V_REFP的节点。包括在第二电容器阵列120中的多个单元电容器CU3、2CU4、2^N-n-2CU5、2^N-n-2CU6、2^{N-n- 2}CU7和2^N-n-2CU8的第一端子可以通过第四采样开关S_4连接到接收第一参考电压V_REFP的节点。

然而，本公开的技术精神不限于此，并且第一端子可以通过第三采样开关S_3和第四采样开关S_4连接到接收不同于第一参考电压V_REFP的电压(例如，共模电压V_CM)的节点。第三采样开关S_3和第四采样开关S_4可以由从第一SAR逻辑410和第二SAR逻辑420输出的第一控制信号SC1和第二控制信号SC2控制。

参考图2，SAR DAC 100可以包括第一上拉电路，用于基于第一开关控制信号SW_CTRL_1将第一参考电压V_REFP施加到第一单元电容器CU_1。第一开关控制信号SW_CTRL_1可以是从控制逻辑400接收的信号。

第一上拉电路可以包括被配置为接收第一输入信号V_INP和V_INN的第一采样开关S_1、被配置为接收第一开关控制信号SW_CTRL_1并施加第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN的第一参考电压开关RF_1和第二参考电压开关RF_2、以及设置在第一参考电压开关RF_1和第二参考电压开关RF_2之间的第一SAR操作开关SAR_1。例如，当第一参考电压开关RF_1和第二参考电压开关RF_2由晶体管实现时，第一开关控制信号SW_CTRL_1可以被施加到晶体管的栅极端。

在一些实施例中，第一上拉电路可以其中电阻组件被设置成更靠近电源电压而不是接地电压的电路。在这种情况下，尽管没有具体示出，接地电压可以对应于第二参考电压V_REFN，并且电源电压可以对应于第一参考电压V_REFP。

第一采样开关S_1可以用作自举开关(bootstrap switch)。在这种情况下，取决于输入信号V_INP和V_INN的采样开关的接通电阻的变化可以是恒定的。

参考图2和图4，当执行采样操作时，第三采样开关S_3可以被接通，然后可以通过接收第一采样时钟信号SAMP_CLK_1的第一信号(即，操作信号)来接通第一采样开关S_1。例如，当第一采样开关S_1由晶体管实现时，第一采样时钟信号SAMP_CLK_1可以被施加到晶体管的栅极端。随后，可以通过接收第一SAR时钟信号SAR_CLK_1的第一信号来断开第一SAR操作开关SAR_1。例如，当第一SAR操作开关SAR_1由晶体管实现时，第一SAR时钟信号SAR_CLK_1可以被施加到晶体管的栅极端。随后，可以通过接收第一开关控制信号SW_CTRL_1的第一信号来断开第一参考电压开关RF_1，因此可以在第一上拉电路的第一单元电容器CU_1中采样第一输入信号V_INP和V_INN。例如，当第一参考电压开关RF_1由晶体管实现时，第一开关控制信号SW_CTRL_1可以被施加到晶体管的栅极端。在一实施例中，第一采样时钟信号SAMP_CLK_1、第一SAR时钟信号SAR_CLK_1和第一开关控制信号SW_CTRL_1基于第一控制信号SC1生成。

参考图2和图5，当执行转换操作时，可以断开第三采样开关S_3，然后可以通过接收第一采样时钟信号SAMP_CLK_1的第二信号来断开第一采样开关S_1。随后，可以通过接收第一SAR时钟信号SAR_CLK_1的第二信号(即，操作信号)来接通第一SAR操作开关SAR_1。随后，可以通过接收第一开关控制信号SW_CTRL_1的第二信号来接通第一参考电压开关RF_1和第二参考电压开关RF_2之一，因此第一参考电压V_REFP可以被施加到第一上拉电路的第一单元电容器CU_1。具体地，通过接收第一开关控制信号SW_CTRL_1的第二信号，可以接通第一参考电压开关RF_1，以及可以断开第二参考电压开关RF_2。因此，第一参考电压V_REFP可以被施加到第一上拉电路的第一单元电容器CU_1。

在这种情况下，当第一输入信号V_INP和V_INN被施加到第一上拉电路的第一单元电容器CU_1时，第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN两者都不被施加。此外，当第一输入信号V_INP和V_INN被施加到第一单元电容器CU_1时，仅第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN之一被施加。

也就是说，通过在第一上拉电路中由第一SAR时钟信号SAR_CLK_1和第一开关控制信号SW_CTRL_1控制第一SAR操作开关SAR_1的操作以及第一参考电压开关RF_1和第二参考电压开关RF_2的操作，第一参考电压V_REFP可以被施加到第一单元电容器CU_1。

参考图3，SAR DAC 100可以包括第一下拉电路，用于基于第二开关控制信号SW_CTRL_2将第二参考电压V_REFN施加到第二单元电容器CU_2。第二开关控制信号SW_CTRL_2可以是从控制逻辑400接收的信号。

第一下拉电路可以包括被配置为接收第二输入信号V_INP和V_INN的第二采样开关S_2、被配置为接收第二开关控制信号SW_CTRL_2并施加第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN的第三参考电压开关RF_3和第四参考电压开关RF_4、以及设置在第三参考电压开关RF_3和第四参考电压开关RF_4之间的第二SAR操作开关SAR_2。

在一些实施例中，第一下拉电路可以指其中电阻组件被设置成比电源电压更靠近地电压的电路。在这种情况下，尽管没有具体示出，接地电压可以对应于第二参考电压V_REFN，并且电源电压可以对应于第一参考电压V_REFP。

第二采样开关S_2可以用作自举开关。在这种情况下，取决于输入信号V_INP和V_INN的采样开关的接通电阻的变化可以是恒定的。

参考图3和图4，当执行采样操作时，可以接通第四采样开关S_4，然后可以通过接收第二采样时钟信号SAMP_CLK_2的第一信号(即，操作信号)来接通第二采样开关S_2。随后，可以通过接收第二SAR时钟信号SAR_CLK_2的第一信号来断开第二SAR操作开关SAR_2。随后，可以通过接收第二开关控制信号SW_CTRL_2的第一信号来断开第四参考电压开关RF_4，因此可以在第一下拉电路的第二单元电容器CU_2中采样第二输入信号V_INP和V_INN。

参考图3和图5，当执行转换操作时，可以断开第四采样开关S_4，然后可以通过接收第二采样时钟信号SAMP_CLK_2的第二信号来断开第二采样开关S_2。在一实施例中，第二采样时钟信号SAMP_CLK_2、第二SAR时钟信号SAR_CLK_2和第二开关控制信号SW_CTRL_2基于第一控制信号SC1生成。随后，可以通过接收第二SAR时钟信号SAR_CLK_2的第二信号(即，操作信号)来接通第二SAR操作开关SAR_2。随后，可以通过接收第二开关控制信号SW_CTRL_2的第二信号来接通第三参考电压开关RF_3和第四参考电压开关RF_4之一，因此第二参考电压V_REFN可以被施加到第一下拉电路的第二单元电容器CU_2。具体地，通过接收第二开关控制信号SW_CTRL_2的第二信号，可以接通第四参考电压开关RF_4，以及可以断开第三参考电压开关RF_3。因此，第二参考电压V_REFN可以被施加到第一下拉电路的第二单元电容器CU_2。

在这种情况下，当第二输入信号V_INP和V_INN被施加到第一下拉电路的第二单元电容器CU_2时，第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN两者都不被施加。此外，当第二输入信号V_INP和V_INN被施加到第二单元电容器CU_2时，仅第一参考电压V_REFP和第二参考电压V_REFN之一被施加。

也就是说，通过在第一下拉电路中由第二SAR时钟信号SAR_CLK_2和第二开关控制信号SW_CTRL_2控制第二SAR操作开关SAR_2的操作以及第三参考电压开关RF_3和第四参考电压开关RF_4的操作，第二参考电压V_REFP可以被施加到第二单元电容器CU_2。

参考图4和图5，被配置为施加第一参考电压V_REFP的第一上拉电路和被配置为施加第二参考电压V_REFN的第一下拉电路可以被交替设置。在一实施例中，第一参考电压V_REFP是正电压，并且第二参考电压V_REFN是负电压。然而，本公开的技术精神不限于此。包括在第一电容器阵列110中的第一上拉电路和第一下拉电路可以向比较器300提供第一输出电压VTP。

此外，SAR DAC 100还可以包括被配置为提供第二输出电压VTN的第二上拉电路和第二下拉电路，该第二输出电压VTN与第一输出电压VTP大小相等但符号相反。包括在第二电容器阵列120中的第二上拉电路和第二下拉电路可以被交替设置。

利用根据一些实施例的分离电容器开关方案，第一参考电压V_REFP可以被施加到通过将电容器的电容分成两半而获得的一个区域，并且第二参考电压V_REFN可以被施加到另一个区域。结果，可以获得与被动施加共模电压V_CM的情况相同的效果。此外，当从最高有效位到最低有效位顺序执行转换操作时，通过基于第一参考电压V_REFP或第二参考电压V_REFN而不是基于共模电压来改变参考电压，可以最小化切换所消耗的功率。也就是说，利用根据一些实施例的分离电容器开关方案，与相关技术相比，可以通过将电容器的尺寸减小到1/2并将电压变化减小到1/4来最小化开关所消耗的功率。此外，通过不使用用于调节参考电压的传统逻辑电路，可以进一步减少由于数字逻辑和开关数量的增加而消耗的动态功率。

比较器300可以比较第一输出电压VTP和第二输出电压VTN，以执行将开关操作近似为数字值的操作。参考图6，第一输出电压VTP和第二输出电压VTN表示指示根据一些实施例的开关操作的曲线图，并且第一_1输出电压VTP_1和第二_1输出电压VTN_1表示指示不使用上拉电路和下拉电路的传统开关操作的曲线图。在这种情况下，可以看出，确定一位所需的时间比使用传统开关方案时的时间短。也就是说，由于可以比相关技术更快地施加参考电压，所以可以降低动态功耗。

尽管上面已经参考附图描述了本公开的示例性实施例，但是本公开不限于上述实施例，并且可以以各种不同的形式实现。此外，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对其进行各种修改和变更。因此，上述实施例应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种模数转换器，包括：

比较器，包括接收多个第一单元电容器的输出的第一输入节点和接收多个第二单元电容器的输出的第二输入节点；

控制逻辑，被配置为基于所述比较器的输出信号来输出第一控制信号和第二控制信号；和

参考电压调节电路，被配置为基于所述第一控制信号和所述第二控制信号来调节提供给所述比较器的输出电压，

其中，所述参考电压调节电路包括第一上拉电路和第一下拉电路，基于所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述第一上拉电路被配置为向所述多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器施加第一参考电压，所述第一下拉电路被配置为向所述多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器施加第二参考电压。

2.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述第一上拉电路包括第一采样开关、第一参考电压开关和第二参考电压开关、以及第一逐次逼近寄存器SAR操作开关，所述第一采样开关被配置为接收第一输入信号，所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关被配置为接收所述第一控制信号并施加第一参考电压和第二参考电压，所述第一SAR操作开关被设置在所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关之间。

3.根据权利要求2所述的模数转换器，其中，当执行采样操作时，

通过接收第一采样操作时钟信号来接通所述第一采样开关，

通过接收第一SAR时钟信号来断开所述第一SAR操作开关，以及

通过接收所述第一控制信号来断开所述第一参考电压开关，使得所述第一输入信号在所述第一上拉电路的第一单元电容器中被采样。

4.根据权利要求2所述的模数转换器，其中，当执行转换操作时，

断开所述第一采样开关，

通过接收第一SAR操作时钟信号来接通所述第一SAR操作开关，并且

通过接收所述第一控制信号来接通所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关之一，使得所述第一参考电压被施加到所述第一上拉电路的第一单元电容器。

5.根据权利要求3所述的模数转换器，其中，所述第一下拉电路包括第二采样开关、第三参考电压开关和第四参考电压开关、以及第二SAR操作开关，所述第二采样开关被配置为接收第二输入信号，所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关被配置为接收所述第二控制信号并施加第一参考电压和第二参考电压，所述第二SAR操作开关被设置在所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关之间。

6.根据权利要求5所述的模数转换器，其中，当执行采样操作时，

通过接收第二采样操作时钟信号来接通所述第二采样开关，

通过接收第二SAR时钟信号来断开所述第二SAR操作开关，以及

通过接收所述第二控制信号来断开所述第四参考电压开关，使得所述第二输入信号在所述第一下拉电路的第二单元电容器中被采样。

7.根据权利要求5所述的模数转换器，其中，当执行转换操作时，

断开所述第二采样开关，

通过接收第二SAR操作时钟信号来接通所述第二SAR操作开关，并且

通过接收所述第二控制信号来接通所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关之一，使得所述第二参考电压被施加到所述第一下拉电路的第二单元电容器。

8.根据权利要求1所述的模数转换器，其中

当第一输入信号被输入到所述第一上拉电路的第一单元电容器时，不施加所述第一参考电压和所述第二参考电压两者，并且

当所述第一输入信号被输入到所述第一单元电容器时，仅施加第一参考电压和第二参考电压之一。

9.根据权利要求8所述的模数转换器，其中

当第二输入信号被输入到所述第一下拉电路的第二单元电容器时，不施加所述第一参考电压和所述第二参考电压两者，并且

当所述第二输入信号被输入到所述第二单元电容器时，仅施加所述第一参考电压和所述第二参考电压之一。

10.根据权利要求1所述的模数转换器，其中

所述第一上拉电路和所述第一下拉电路向所述比较器提供第一输出电压，并且

所述第一上拉电路和所述第一下拉电路被交替设置。

11.根据权利要求10所述的模数转换器，其中

所述参考电压调节电路还包括向所述比较器提供第二输出电压的第二上拉电路和第二下拉电路，所述第二输出电压与所述第一输出电压大小相等但符号相反，并且

所述第二上拉电路和所述第二下拉电路被交替设置。

12.根据权利要求1所述的模数转换器，其中

所述参考电压调节电路包括包含多个二进制加权单元电容器的第一电容器阵列和包含多个基于温度计码的单元电容器的第二电容器阵列。

13.一种模数转换器，包括：

第一电容器阵列，包括用于确定与模拟输入信号相对应的数字输出信号的更高位的多个基于温度计码的第一单元电容器；

第二电容器阵列，包括用于确定所述数字输出信号的更低位的多个经二进制加权的第二单元电容器；和

控制逻辑，被配置为从所述第一电容器阵列和所述第二电容器阵列接收参考电压，以输出第一控制信号和第二控制信号，

其中，所述第一电容器阵列和所述第二电容器阵列包括第一操作开关和第二操作开关，所述第一操作开关和所述第二操作开关被配置为基于所述第一控制信号和所述第二控制信号分别施加第一参考电压和第二参考电压。

14.根据权利要求13所述的模数转换器，其中

所述第一操作开关包括第一采样开关、第一参考电压开关和第二参考电压开关、以及第一逐次逼近寄存器SAR操作开关，所述第一采样开关被配置为接收第一输入信号，所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关被配置为接收所述第一控制信号并施加第一参考电压和第二参考电压，所述第一SAR操作开关被设置在所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关之间，并且

当执行采样操作时，

通过接收第一采样操作时钟信号来接通所述第一采样开关，

通过接收第一SAR时钟信号来断开所述第一SAR操作开关，以及

通过接收所述第一控制信号来断开所述第一参考电压开关，使得所述第一输入信号在连接到所述第一操作开关的第一单元电容器中被采样。

15.根据权利要求14所述的模数转换器，其中，当执行转换操作时，

断开所述第一采样开关，

通过接收第一SAR操作时钟信号来接通所述第一SAR操作开关，以及

通过接收所述第一控制信号来接通所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关之一，使得所述第一参考电压被施加到连接到所述第一操作开关的第一单元电容器。

16.根据权利要求13所述的模数转换器，其中

所述第二操作开关包括第二采样开关、第三参考电压开关和第四参考电压开关、以及第二SAR操作开关，所述第二采样开关被配置为接收第二输入信号，所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关被配置为接收所述第二控制信号并施加第一参考电压和第二参考电压，所述第二SAR操作开关被设置在所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关之间，并且

当执行采样操作时，

通过接收第二采样操作时钟信号来接通所述第二采样开关，

通过接收第二SAR时钟信号来断开所述第二SAR操作开关，以及

通过接收所述第二控制信号来断开所述第四参考电压开关，使得所述第二输入信号在连接到所述第二操作开关的第二单元电容器中被采样。

17.根据权利要求16所述的模数转换器，其中，当执行转换操作时，

断开所述第二采样开关，

通过接收第二SAR操作时钟信号来接通所述第二SAR操作开关，以及

通过接收所述第二控制信号来接通所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关之一，使得所述第二参考电压被施加到连接到所述第二操作开关的第二单元电容器。

18.一种使用模数转换器执行模数转换的方法，所述模数转换器包括比较器、控制逻辑、上拉电路和下拉电路，所述比较器包括多个第一单元电容器的输出和多个第二单元电容器的输出连接到的多个节点，所述方法包括：

由所述控制逻辑基于所述比较器的输出信号来输出第一控制信号和第二控制信号；以及

由所述上拉电路和所述下拉电路基于所述第一控制信号和所述第二控制信号来调整施加到所述多个第一单元电容器和所述多个第二单元电容器的参考电压，

其中，所述调整包括所述上拉电路将第一参考电压施加到所述多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器，以及所述下拉电路将不同于所述第一参考电压的第二参考电压施加到所述多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器。

19.根据权利要求18所述的转换方法，其中

所述上拉电路包括第一采样开关、第一参考电压开关和第二参考电压开关、以及第一逐次逼近寄存器SAR操作开关，所述第一采样开关被配置为接收第一输入信号，所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关被配置为接收所述第一控制信号并施加第一参考电压和第二参考电压，所述SAR操作开关被设置在所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关之间，并且

当执行采样操作时，

通过接收第一采样操作时钟信号来接通所述第一采样开关，

通过接收第一SAR时钟信号来断开所述第一SAR操作开关，以及

通过接收所述第一控制信号来断开所述第一参考电压开关，使得所述第一输入信号在所述多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器中被采样，并且

当执行转换操作时，

断开所述第一采样开关，

通过接收第一SAR操作时钟信号来接通所述第一SAR操作开关，以及

通过接收所述第一控制信号来接通所述第一参考电压开关和所述第二参考电压开关之一，使得所述第一参考电压被施加到所述多个第一单元电容器中的每个第一单元电容器。

20.根据权利要求19所述的转换方法，其中

所述下拉电路包括第二采样开关、第三参考电压开关和第四参考电压开关、以及第二SAR操作开关，所述第二采样开关被配置为接收第二输入信号，所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关被配置为接收所述第二控制信号并施加第一参考电压和第二参考电压，所述第二SAR操作开关被设置在所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关之间，

当执行采样操作时，

通过接收第二采样操作时钟信号来接通所述第二采样开关，

通过接收第二SAR时钟信号来断开所述第二SAR操作开关，以及

通过接收所述第二控制信号来断开所述第四参考电压开关，使得所述第二输入信号在所述多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器中被采样，并且

当执行转换操作时，

断开所述第二采样开关，

通过接收第二SAR操作时钟信号来接通所述第二SAR操作开关，以及

通过接收所述第二控制信号来接通所述第三参考电压开关和所述第四参考电压开关之一，使得所述第二参考电压被施加到所述多个第二单元电容器中的每个第二单元电容器。

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