低功耗Radix-4電荷重分配型DAC和切換技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種DAC及切換技術(shù)，特別涉及一種電荷重分配型DAC及切換技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，很多電子設(shè)備如無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)及生物植入電子設(shè)備等都需要低功耗數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換器，SARADC以其簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)和低功耗的特性受到廣泛關(guān)注和研宄。其中DAC是 SARADC的重要組成部分，而DAC的切換功耗也占據(jù)了SARADC總功耗的較大比重。因此研 宄并設(shè)計(jì)低功耗DAC是SARADC領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題。
[0003] 用于SARADC的DAC可以有很多實(shí)現(xiàn)方式，如電流型DAC、R-2R型DAC、電荷重分 配型DAC。其中電荷重分配型DAC具有零靜態(tài)功耗，因此目前大部分SARADC都采用電荷重 分配型DAC。傳統(tǒng)電荷重分配型DAC將電容陣列權(quán)重設(shè)置為二進(jìn)制，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)使電 容輸出端電荷重分配，不斷產(chǎn)生二分電位，從而實(shí)現(xiàn)SARADC的逐次逼近算法。
[0004] 基于傳統(tǒng)電荷重分配型DAC，衍生出了很多新型低功耗DAC，如拆分電容陣列DAC、 帶衰減電容陣列DAC、引入的新型DAC等。除了在電路結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改善從而降低功耗外， 也有很多研宄通過(guò)改變雙端DAC的切換技術(shù)來(lái)降低功耗，如共模電平向下切換式、共模電 平收斂切換式等。然而現(xiàn)有的電荷重分配型DAC仍具有較高的切換功耗，電路面積也居高 難下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種低功耗Radix-4電荷重分配型DAC和切換技 術(shù)，以解決現(xiàn)有電荷重分型DAC的切換功耗高和電路面積大的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明低功耗Radix-4電荷重分配型DAC，包括電容陣列、參考電壓源、以及由數(shù) 字信號(hào)控制以使參考電壓源與電容接通或斷開(kāi)的切換開(kāi)關(guān)，所述電容陣列中各電容大小權(quán) 重的表達(dá)電路為四進(jìn)制電路，所述參考電壓源為三個(gè)。
[0007] 進(jìn)一步，所述DAC為具有兩個(gè)相同電容陣列及一次采樣信息量為N比特的雙 端DAC，當(dāng)N為奇數(shù)，則每個(gè)電容陣列目
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低功耗RadiX-4電荷重分配型DAC，包括電容陣列、參考電壓源、以及由數(shù)字信 號(hào)控制以使參考電壓源與電容接通或斷開(kāi)的切換開(kāi)關(guān)，其特征在于：所述電容陣列中各電 容大小權(quán)重的表達(dá)電路為四進(jìn)制電路，所述參考電壓源為三個(gè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗Radix-4電荷重分配型DAC，其特征在于： 所述DAC為具有兩個(gè)相同電容陣列及一次采樣信息量為N比特的雙端DAC，當(dāng)N為奇 數(shù)，則每個(gè)電容陣列由n = 個(gè)有效電容和一個(gè)冗余電容Ctl組成，當(dāng)N為偶數(shù)，則每個(gè)電 Jf 容陣列由η = 士 + 1個(gè)有效電容和一個(gè)冗余電容Cci組成，有效電容分別為c i、c2、C3……Cn; ￡ 置 其中當(dāng)1彡i彡n-1且i為整數(shù)時(shí)，i，當(dāng)i = O時(shí)，? = 2Q - ΣΑ1 ?·，其中 Ci、Ci+ Cj分別為第i個(gè)、第i-1個(gè)和第j個(gè)電容的電容量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗Radix-4電荷重分配型DAC，其特征在于： 所述DAC為具有一個(gè)電容陣列及一次采樣信息量為N比特的單端DAC，當(dāng)N為奇 JV-I-2 數(shù)，則電容陣列由η =:廠個(gè)有效電容和冗余電容Ctl組成，當(dāng)N為偶數(shù)，則電容陣列由 n + 1個(gè)有效電容和一個(gè)冗余電容組成，有效電容分別為C c C……Cn;其中當(dāng) 1. i 彡 η-1 且 i 為整數(shù)時(shí)，Q = J，當(dāng) i = O 時(shí)，? = 24 - Σρ? ?-;其中 Ci、CH、 Cj分別為第i個(gè)、第i-1個(gè)和第j個(gè)電容的電容量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的低功耗Radix-4電荷重分配型DAC，其特征在于：所述切 換開(kāi)關(guān)為四選一切換開(kāi)關(guān)，所述參考電壓源包括電壓值為|^·β/、Vraf、以及的參考 電壓源，所述電容陣列中的每個(gè)電容的下級(jí)板相連，且電容陣列中的冗余電容的上極板接 GND，電容陣列中的其他電容的上極板分別與一個(gè)四選一切換開(kāi)關(guān)相連，切換開(kāi)關(guān)另一端選 擇連接電壓值為I VreJC、、或FmJC的參考電壓源或GND。
5. -種權(quán)利要求4所述低功耗Radix-4電荷重分配型DAC的切換技術(shù)，其特征在于： 所述雙端DAC的切換技術(shù)為共模電平向下切換式： 電容陣列初始狀態(tài)為Q1接GND，其他電容接，切換步驟為： 第一步將采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從第二步起若i為偶數(shù)，如果第i步是向上切換，則將連接 采樣正極端的電容陣列中電容^!的切換開(kāi)關(guān)從IIe/切換到如果第i步是向下切 換，則將連接采樣負(fù)極端的電容陣列中電容1^的切換開(kāi)關(guān)從^ 切換到;若i為 奇數(shù)，如果第i步是向上切換，則將連接采樣正極端的電容陣列中電容的切換開(kāi)關(guān)從 切換到GND或從切換到VMf;如果第i步是向下切換，則將連接采樣負(fù)極端的 電容陣列中電容%?的切換開(kāi)關(guān)從^Ifi/切換到GND或從|l^e/切換到Vref; 所述單端DAC的切換技術(shù)為逐次逼近法： 電容陣列初始狀態(tài)為電容(^接V Mf，其他電容接GND，切換步驟為： 從第一步起，若i為奇數(shù)，如果第i步是向上切換，則將電容陣列中電容1^的切換開(kāi) 關(guān)從VMf切換到^Pre/;如果第i步是向下切換，則將電容陣列中電容%的切換開(kāi)關(guān)從 Vref切換到。若i為偶數(shù)，如果第i步是向上切換，則將電容陣列中電容%的切換開(kāi) 關(guān)從GND切換到V Mf;如果第i步是向下切換，則將電容陣列中電容的切換開(kāi)關(guān)從^ 切換到VMf或從切換到GND，同時(shí)將電容 1的切換開(kāi)關(guān)從GND切換到VMf。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低功耗Radix-4電荷重分配型DAC和切換技術(shù)，包括電容陣列、參考電壓源、以及由數(shù)字信號(hào)控制以使參考電壓源與電容接通或斷開(kāi)的切換開(kāi)關(guān)，所述電容陣列中各電容大小權(quán)重的表達(dá)電路為四進(jìn)制電路，所述參考電壓源為三個(gè)；切換技術(shù)包括共模電平向下切換式和逐次逼近法；本發(fā)明低功耗Radix-4電荷重分配型DAC及切換技術(shù)，輸入數(shù)字信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)，使參考電壓源與電容接通或斷開(kāi)，從而使各電容上極板上電荷重新分配，并在輸出端輸出模擬信號(hào)，由于電容陣列中各電容大小權(quán)重為四進(jìn)制，且參考電壓源為三個(gè)，使得能通過(guò)更少的切換次數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而降低了DAC切換功耗，同時(shí)所需電容更少，進(jìn)而減小了DAC電路面積。
【IPC分類】H03M1-66
【公開(kāi)號(hào)】CN104734721
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510056702
【發(fā)明人】李永福, 王謙, 王國(guó)興, 伏進(jìn), 吳高林, 李勇, 樸愛(ài)玲, 籍勇亮, 耿文良, 李龍, 徐巍, 楊雁, 彭華東
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日