高精度SAR ADC研究与设计——雷鹏（二）

 本文基于《高精度逐次逼近型模数转换器关键性技术研究与设计》——雷鹏，撰写阅读笔记

2.4 设计概括

2.4.1 电容式DAC阵列

DAC阵列一般分为电容类型、电容/电阻混合类型，由于纯电容 DAC 阵列无静态功耗并且转换时间较快，因此在高精度 SAR ADC 设计中基本采用纯电容 DAC 阵列。

全电容 DAC 阵列电荷转换的开关操作主要分为电荷共享开关操作以及电荷重分配开关操作。

共享电荷开关操作中电容 C2 可以引入复位电压 VREF 进行电荷转移从而影响到比较器正端输入电压发生变化。

比较器正端电压在复位阶段的电压为且在转换阶段的电压为，他们之间的差值为。这个差值跟电荷重分配电容阵列的电容值有关系，即电容阵列中的电容值确定就可以保证每一次开关转换就可以产生一个特定的差值， 这是共享电荷电容阵列无法实现的。

SAR ADC将采用电荷重分配的开关理念设计电容 DAC 阵列，将电容阵列设计成二进制就可以产生二分比较阈值电压从而进行逐次逼近比较。

2.4.2 非理想因素

电容失配

• 单位电容失配：由于制造工艺限制，不同电容之间难以完全匹配，导致电容值存在偏差。
• 桥接电容失配：桥接电容与单位电容之间也存在失配，影响电容阵列的二次性。
• 寄生电容：电路中存在的寄生电容会影响电容阵列的等效电容值，进而影响精度。

采样电路非线性

• 采样开关非线性：传统的 MOS 开关在低电压输入时表现出非线性特性，导致谐波失真。
• 采样开关电荷注入效应：开关动作时会产生电荷注入，影响采样精度。
• 采样开关时钟馈效应：时钟信号会影响采样开关的性能，造成误差。
• 寄生电容： 采样电路中的寄生电容会影响采样电荷的存储和传输，进而影响采样精度。
• 采样率越高，电容阵列的稳定时间越短，可能导致电容阵列无法在下一个转换周期开始之前稳定，从而影响转换精度。