模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及電子電路領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種適用于微機(jī)電系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電系統(tǒng)（MicroElectionMechanicalSystem,MEMS)，是利用微米 / 納米技 術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)加工制造測(cè)試和控制的技術(shù)。微機(jī)電系統(tǒng)將機(jī)械構(gòu)件、 光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)全部集成在一個(gè)極小的整體單元內(nèi)。因此在其信號(hào)處理過程 中，需要考慮巧片面積及功耗問題。在微機(jī)電系統(tǒng)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)中，逐次逼近型 模數(shù)車專換器（SuccessiveApproximationRegisterAnalogtoDigitalConverter，SAR ADC),是理想的選擇。
[000引 SARADC的電路結(jié)構(gòu)多種多樣，大致可W分為立種：電壓定標(biāo)、電流定標(biāo)、電荷定 標(biāo)。其中電荷定標(biāo)型是目前應(yīng)用較多的一種類型，它利用電容通過電荷再分配完成對(duì)分查 找算法化inarysearch),因此功耗一般比較小。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的電荷標(biāo)定型SARADC包括四個(gè)部分：第一開關(guān)、比較器、開關(guān)電容網(wǎng) 絡(luò)W及SAR邏輯控制電路。第一開關(guān)的第一端連接至輸入端，第二端連接至開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)。 比較器的同相輸入端連接至第一開關(guān)的第二端，反相輸入端連接至共模電壓。SAR邏輯控制 電路控制第一開關(guān)和開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀態(tài)。在多個(gè)時(shí)鐘周期中，將模擬電壓與參考電 壓相比較，從最高有效位至最低有效位，逐位確定輸入端的模擬信號(hào)的數(shù)字值。
[0005] 非線性是衡量SARADC動(dòng)態(tài)性能最關(guān)鍵的指標(biāo)。電荷標(biāo)定型SARADC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 確定了比較器的輸入端的寄生電容被做為電容網(wǎng)絡(luò)的一部分，參與了對(duì)輸入模擬信號(hào)的采 樣W及后面的電荷再分配。對(duì)于尺寸較小的比較器且電容網(wǎng)絡(luò)較大的系統(tǒng)，比較器的寄生 電容即使是非線性的，對(duì)整體的線性度性能的影響也可W忽略。
[0006] 然而，MEMS的低功耗小面積本身是最關(guān)鍵的兩個(gè)限制因素。在應(yīng)用于MEMS的SAR ADC中，在滿足電容失配的情況下采用較小電容網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果，比較器輸入端的寄生非線性電 容對(duì)整體的線性度性能有著顯著的影響，該導(dǎo)致模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度變差。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種可W改善線性度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[000引根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，本實(shí)用新型提出了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：開關(guān)電容 網(wǎng)絡(luò)，所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)電容，所述多個(gè)電容的第一端連接至公共的第一節(jié)點(diǎn)W 接收輸入模擬電壓，所述多個(gè)電容的第二端各自獨(dú)立地在第一參考電壓和第二參考電壓之 間切換，第一參考電壓和第二參考電壓的數(shù)值不同；比較器，所述比較器的第一輸入端連接 至第一節(jié)點(diǎn)，第二輸入端接收共模電壓；逐次逼近邏輯電路，所述逐次逼近邏輯電路的輸入 端連接至所述比較器的輸出端，輸出端提供與輸入模擬電壓相對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字信號(hào)，其中， 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作周期包括采樣階段和量化階段，在采樣階段中，所述比較器的第一 輸入端與第一節(jié)點(diǎn)之間斷開，在量化階段中，所述比較器的第一輸入端與第一節(jié)點(diǎn)之間連 接。
[0009] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括；第一開關(guān)，所述第一開關(guān)的第一端接收輸入模擬 電壓，所述第一開關(guān)的第二端連接至第一節(jié)點(diǎn)；W及第二開關(guān)，所述第二開關(guān)的第一端連接 至所述第一開關(guān)的第二端，所述第二開關(guān)的第二端連接至所述比較器的第一輸入端。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)分別在第一時(shí)序信號(hào)和第二時(shí)序信號(hào)的控 制下斷開和閉合，所述第二時(shí)序信號(hào)是所述第一時(shí)序信號(hào)的反相信號(hào)。
[0011] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器在第一時(shí)序信號(hào)的第一電平期間執(zhí)行采樣階段的動(dòng)作， 在第一時(shí)序信號(hào)的第二電平期間執(zhí)行量化階段的動(dòng)作，第一電平為高電平和低電平中的一 個(gè)，第二電平為高電平和低電平中的另一個(gè)。
[0012] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最小分辨率為：
[001 引 Af(Vx) *￥。(》/2。地-￥腳/2。，
[0014] 其中，V=Vcwp-V胃，￥胃和￥胃分別表示所述第一參考電壓和所述第二參考電 壓，表示所述共模電壓，n表示所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，f(Vx)表示所述比較器的第一輸 入端寄生電容，C表示所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)中的所述多個(gè)開關(guān)電容的最小電容值。
[0015] 優(yōu)選地，在所述量化階段中，在第S時(shí)序信號(hào)的控制下，所述比較器逐個(gè)時(shí)鐘周期 產(chǎn)生比較結(jié)果，所述逐次逼近邏輯電路根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生控制信號(hào)，所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)中 的所述多個(gè)電容根據(jù)控制信號(hào)分別連接到第一參考電壓和第二參考電壓之一，使得所述逐 次逼近邏輯電路與第=時(shí)序信號(hào)的時(shí)鐘周期相對(duì)應(yīng)地逐位產(chǎn)生輸出數(shù)字信號(hào)。
[0016] 優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生第一時(shí)序信號(hào)、第二時(shí)序信號(hào) 和第=時(shí)序信號(hào)。
[0017] 優(yōu)選地，所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)中的電容為CMOS工藝的金屬-絕緣層-金屬電容。
[0018] 根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過加入第二開關(guān)和第二時(shí)序信號(hào)避免 寄生電容參加輸入模擬電壓的采樣，顯著減輕了寄生電容對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器線性度的影響，提 高了系統(tǒng)的線性度。
【附圖說明】
[0019] 通過W下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述W及其它目 的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：
[0020] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的8位的電荷標(biāo)定型SARADC的示意性電路圖；
[002U圖2示出圖1中的現(xiàn)有技術(shù)的8位的電荷標(biāo)定型SARADC計(jì)入寄生電容Cp的等 效電路圖；
[002引圖3示出寄生電容Cp對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的8位的電荷標(biāo)定型SARADC的傳輸函數(shù)的影 響；
[002引圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的電荷標(biāo)定型SARADC的實(shí)施例的示意性電路 圖；
[0024] 圖5示出圖4中根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的電荷標(biāo)定型SARADC的實(shí)施例的傳輸 函數(shù)的仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下基于實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行描述，但是本實(shí)用新型并不僅僅限于該些實(shí)施 例。在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說沒有該些細(xì)節(jié)部分的描述也可W完全理解本實(shí)用新型。為了避免混淆本實(shí)用新型 的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0026] 應(yīng)當(dāng)理解，在W下的描述中，"電路"是指由至少一個(gè)元件或子電路通過電氣連接 或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路"連接到"另一元件或稱元件/電路"連接 在"兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，它可W是直接禪接或連接到另一元件或者可W存在中間元件，元件之 間的連接可W是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件"直接禪接到"或"直接 連接到"另一元件時(shí)，意味著兩者不存在中間元件。除非上下文明確要求，否則整個(gè)說明書 和權(quán)利要求書中的"包括"、"包含"等類似詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的 含義；也就是說，是"包括但不限于"的含義。在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ) "第一"、"第二"等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。此外，在本實(shí)用 新型的描述中，除非另有說明，"多個(gè)"的含義是兩個(gè)或兩個(gè)W上。
[0027] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的8位的電荷標(biāo)定型SARADC的電路圖。參照?qǐng)D1，例如一個(gè)8 位的電荷標(biāo)定型SARADC包括；比較器U1、第一開關(guān)SsH、開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)100、SAR邏輯控制 電路U2。
[00測(cè) 比較器U1的同相輸入端經(jīng)由第一開關(guān)SsH連接至輸入模擬電壓，反相輸入端連接 共模電壓V0M。比較器U1的輸出端連接SAR邏輯控制電路U2的輸入端。SAR邏輯控制電 路U2輸出輸出數(shù)字信號(hào)Dout。
[0029] 開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)100包括電容CO至電容C8,選擇開關(guān)SO至選擇開關(guān)S8。電容CO至 電容C8的一個(gè)極板分別連接至比較器U1的同相輸入端，另一個(gè)極板分別連接選擇開關(guān)SO 至選擇開關(guān)S8。在SAR邏輯控制電路U2的控制下，選擇開關(guān)SO至選擇開關(guān)S8分別連接 差分輸入?yún)⒖茧妷篤kepp、Vke?中的一個(gè)。電容C0至電容C8的大小分別為C、C、2C、2化、2化、 24C、25C、26C、27C。
[0030] 電容CO至電容C8-般為采用CMOS工藝的金屬-絕緣層-金屬（MetalInsulator Metal，MIM)電容。在目前主流的電荷定標(biāo)型SARADC中，又分為下極板采樣和上極板采樣 兩種。下極板采樣做為傳統(tǒng)的電荷型SAR結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，而上極板采樣又在高速、低 功耗、低電壓領(lǐng)域應(yīng)用較多。在本文中W8位的上極板采樣結(jié)構(gòu)的電荷型SARADC為例說 明其實(shí)現(xiàn)原理。
[0031] 在上極板采樣結(jié)構(gòu)中，電容C0至電容C8的上極板分別連接選擇開關(guān)SO至S8,電 容C0至電容C8的下極板分別連接至比較器U1的同相輸入端。輸入模擬電