具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种噪声整形SAR ADC的结构图，该SARADC包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、电容C0、电容式DAC、比较器和SAR逻辑模块；

其中，比较器的第一正向输入端与电容式DAC相连，比较器的第二正向输入端与电容C0的第一端相连，电容C0的第二端与第一开关K1的第一端相连，第一开关K1的第二端与电容式DAC相连，第一开关K1的第一端与第二开关K2的第一端相连，第二开关K2的第二端与第三开关K3的第一端相连，第三开关K3的第二端与电容C0的第一端相连，比较器的输出端与SAR逻辑模块的输入端相连，SAR逻辑模块的输出端与电容式DAC相连；比较器的第一正向输入端、第一负向输入端和第二负向输入端均用于接收目标时序信号；

SAR逻辑模块执行的逻辑动作包括：

当电容式DAC处于数据保持阶段时，则控制电容式DAC中的最高位电容连接Vref，并控制电容式DAC中除去最高位电容之外的其它电容接地，以使比较器从最高位电容到最低位电容依次确定出电容式DAC中每一个电容的输出值；当比较器确定出最低位电容的输出值时，则关断第一开关K1、导通第二开关K2和第三开关K3，并对电容C0进行复位；当电容C0复位时，则导通第一开关K1、关断第二开关K2和第三开关K3，以使电容式DAC内所存储的电荷量通过电容C0转移至比较器的第二正输入端，并使比较器完成数据转换。

在本实施例中，是提供了一种噪声整形SAR ADC，通过该噪声整形SAR ADC能够在提高SAR ADC转换精度的同时，也可以降低SAR ADC的占地面积和功耗。

与传统SAR ADC不同的是，在该噪声整形SAR ADC中是额外增加了三个开关，也即，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3。其中，ph1控制第二开关K2和第三开关K3的导通与关断，ph2控制第一开关K1的导通与关断。结合该SAR ADC的时序图和电路图，可以写出有关该噪声整形SAR ADC电路的传输函数，而SAR ADC的工作过程具体为：

采样阶段：当phs为1，phe为1时，电容式DAC电容的下极板接入输入电压V_in，电容式DAC的上极板接地；

保持阶段：当phs由1变为0，phe由1变为0时，电容式DAC上极板的电压保持为V_in，电容式DAC下极板的电压保持为V_CM＝V_ref/2，其中，V_CM为目标时序信号。同时，通过控制SAR逻辑模块使电容式DAC的最高位电容连接Vref，电容式DAC中的其它电容接地，由电荷守恒定律可知，此时电容式DAC的上极板电压V_x将变为：

(V_x-V_ref)C_msb+V_x(C_tot-C_msb)＝(V_CM-V_in)C_tot；

V_xC_tot＝(V_CM-V_in)C_tot+V_refC_msb；

上式中，V_x为电容式DAC的上极板电压，V_ref为预设电压，C_msb为电容式DAC中最高位电容的电容，C_tot为电容式DAC的总电容，V_in为输入电压。

可以理解的是，由于电容式DAC中最高位电容C_msb为电容式DAC总电容C_tot的一半，可得：V_x＝V_CM-V_in+V_ref/2，比较器比较V_x和gnd，并根据比较结果输出电容式DAC中最高位电容的输出值，并将最高位电容的输出值反馈给电容式DAC，这样电容式DAC就可以通过改变比较器第一正向输入端的电压进行下一次比较。

按照同样的比较原理，以此类推直至比较器输出最低位电容的输出值。最低位电容比较完毕之后，DAC完成相应的逻辑动作后，电容式DAC的下极板会存储有量化后的余量电压Vres，其中，余量电压Vres包括了量化噪声Q和比较器噪声Vnc。

此时，关断第一开关K1、导通第二开关K2和第三开关K3，并将电容C0复位，此时电容C0上下极板的电压均为gnd，然后，导通第一开关K1、关断第二开关K2和第三开关K3，在此情况下，电容式DAC上极板所保存的余量电压将会通过电容C0完全转移到比较器的第二正输入端。

根据电荷守恒定律可知，比较器的第二正输入端电压为Vres，当SAR ADC进行下一次采样转换时，就会得到以下关系：

Dout(n)＝Vin(n)+vint(n-1)+Q(n)+Vnc(n)；

Vint(n)＝Vres(n)＝-Q(n)-Vnc(n)；

并由此得到Dout(n)＝Vin(n)-Q(n-1)-Vnc(n-1)+Q(n)+Vnc(n)；

将其转换到Z域得到：

Dout(z)＝Vin(z)-Q(z)*z^-1-Vnc(z)*z^-1+Q(z)+Vnc(z)；

Dout(z)＝Vin(z)+(1-z^-1)*[Q(z)+Vnc(z)]；

从上式可以看出，利用该噪声整形SAR ADC对输入信号进行转换时，并没有改变输入信号的传递函数，而量化噪声Q和比较器噪声Vnc经过了一个高通滤波函数(1-z^-1)，(1-z^-1)将低频的量化噪声Q和比较器噪声Vnc推到高频处，这样就实现了一阶噪声的整形。

可以理解的是，由于该噪声整形SAR ADC可以将低频噪声推导到高频处，很容易地在数字域对电容式DAC的输出进行数字滤波实现一个高精度的SAR ADC。与传统的SAR ADC相比，该噪声整形SAR ADC一方面不需要使用高分辨率的SAR ADC，另一方面不需要使用高噪声性能的比较器，所以，通过此种设置方式就能够在提高SAR ADC转换精度的同时，也可以降低SAR ADC的占地面积和功耗。

因为通过本实施例所提供的噪声整形SAR ADC能够将低频噪声推导到高频处，所以，利用该SAR ADC就很容易在数字域对其所输出的数据进行滤波，并由此实现更高的转换精度。而且，相比于现有技术中需要增加SAR ADC中DCA的面积和比较器的功耗才能提高其转换精度而言，在该噪声整形SAR ADC中只是额外新增加了三个开关就可以达到提高SARADC转换精度的技术效果。显然，通过此种设置方式就能够在提高SAR ADC转换精度的同时，也可以降低SAR ADC的占地面积和功耗。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，电容式DAC具体为二进制电容阵列。

在本实施例中，是将电容式DAC设置为二进制电容阵列，因为二进制电容阵列是实践操作过程中最为常见的一种的DAC，所以，当将电容式DAC设置为此种结构形式时，就可以进一步提高该SAR ADC在实际应用中的普适性。具体的，在图1中电容式DAC中各个电容的电压值为：C₁＝C_u，C₂＝C_u，C₃＝2C_u，C₄＝4C_u……，C_N＝2^N-2C_u。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，比较器具体为差分比较器。

可以理解的是，因为差分比较器相比于其它类型的比较器而言，具有抗干扰能力强、输出精度高的优点，所以，当将比较器设置为差分比较器时，就可以进一步提高该噪声整形SAR ADC的转换精度。

请参见图2，图2为本发明实施例所提供的一种差分比较器的结构图。也即，在本实例中是提供了一种差分比较器的具体设置方式，其中，差分比较器包括：第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第五PMOS管P5、第六PMOS管P6、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第五NMOS管N5、第六NMOS管N6、第七NMOS管N7、第八NMOS管N8、第九NMOS管N9、第十NMOS管N10、第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12；

其中，第一PMOS管P1的源极与第二PMOS管P2的源极相连，第一PMOS管P1的栅极分别与第一NMOS管N1的栅极、第二NMOS管N2的栅极、第三PMOS管P3的漏极和第三NMOS管N3的漏极相连，第二PMOS管P2的栅极分别与第四NMOS管N4的栅极、第五NMOS管N5的栅极、第四PMOS管P4的漏极和第六NMOS管N6的漏极相连，第一PMOS管P1的漏极分别与第一NMOS管N1的漏极和第五PMOS管P5的源极相连，第一NMOS管N1的源极接地，第二PMOS管P2的漏极分别与第四NMOS管N4的漏极和第六PMOS管P6的源极相连，第四NMOS管N4源极接地，第五PMOS管P5的栅极和第六PMOS管P6的栅极分别与第七NMOS管N7的栅极和第八NMOS管N8的栅极相连，第五PMOS管P5的漏极和第六PMOS管P6的漏极分别与第七NMOS管N7的漏极和第八NMOS管N8的漏极相连，第七NMOS管N7的源极分别与第二NMOS管N2的源极、第八NMOS管N8的源极和第五NMOS管N5的源极相连，第二NMOS管N2的漏极和第七NMOS管N7的漏极共同构成von端，第五NMOS管N5的漏极和第八NMOS管N8的漏极共同构成vop端，并且，第七NMOS管N7的漏极还与第六PMOS管P6的栅极和第八NMOS管N8的栅极之间的连接线相连，第八NMOS管N8的漏极还与第五PMOS管P5的栅极和第七NMOS管N7的栅极之间的连接线相连；第三PMOS管P3的源极和第四PMOS管P4的源极相连，第三PMOS管P3的栅极和第四PMOS管P4的栅极相连，第三NMOS管N3的栅极和第六NMOS管N6的栅极相连，第三NMOS管N3的源极分别与第九NMOS管N9的漏极和第十NMOS管N10的漏极相连，第六NMOS管N6的源极分别与第十一NMOS管N11的漏极和第十二NMOS管N12的漏极相连，第九NMOS管N9的源极分别与第十NMOS管N10的源极、第十一NMOS管N11的源极和第十二NMOS管N12的源极相连；

相应的，第九NMOS管N9的栅极、第十二NMOS管N12的栅极、第十NMOS管N10的栅极和第十一NMOS管N11的栅极分别为差分比较器的第一正向输入端、第二正向输入端、第一负向输入端和第二负向输入端。

作为一种优选的实施方式，第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12的面积能够按照差分比较器的输出精度进行调整。

在实际应用中，第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12的面积还可以根据差分比较器的输出精度进行适应性调整，也即，通过对高通滤波函数(1-z^-1)中z^-1乘以相应的校正系数，就可以适应性的对第十一NMOS管N11和第十二NMOS管N12的面积进行缩小，并由此达到进一步降低该噪声整形SAR ADC消耗功率的目的。

相应的，本发明实施例还公开了一种SOC，包括如前述所公开的一种噪声整形SARADC。

本发明实施例所提供的一种SOC，具有前述所公开的一种噪声整形SAR ADC所具有的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种噪声整形SAR ADC以及一种SOC进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。