本发明公开了一种高能效模数转换器及其控制方法，所述高能效模数转换器包括第一输入端、第二输入端、电容阵列模数转换器、比较器和逐次逼近寄存器，所述电容阵列模数转换器包括正相电容阵列和反相电容阵列；所述正相电容阵列包括第一电容阵列和第二电容阵列，所述反相电容阵列包括第三电容阵列和第四电容阵列，所述反相电容阵列包括第三电容阵列和第四电容阵列。本发明通过复用第二电容阵列和第四电容阵列，能够减少使用高电容值的电容的数量，从而达到缩小电容阵列模数转换器的工艺尺寸以及降低电容阵列模数转换器的功耗的目的。本发明可广泛应用于电子电路技术领域中。
1.一种高能效模数转换器，其特征在于，包括第一输入端、第二输入端、电容阵列模数转换器、比较器和逐次逼近移位寄存器，所述电容阵列模数转换器包括正相电容阵列和反相电容阵列；
所述正相电容阵列包括第一电容阵列和第二电容阵列，所述第一电容阵列包括N-4个第一加权电容，第i个第一加权电容的电容值是2iC，其中，1≤i≤N-4，N为电容阵列模数转换器的位数且N≥5，C表示一个单位电容，所述第二电容阵列包括第一电容和第二电容；
所述反相电容阵列包括第三电容阵列和第四电容阵列，所述第三电容阵列包括N-4个i第二加权电容，第i个第二加权电容的电容值是2C，其中，1≤i≤N-4，N为电容阵列模数转换器的位数且N≥5，C表示一个单位电容，所述第四电容阵列包括第三电容和第四电容；
所述第一电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第二电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第一电容的下极板连接所述比较器的正相输入端，所述第一电容的下极板还连接到所述第一输入端，所述第二电容的下极板连接所述比较器的正相输入端，所述第二电容的下极板还连接到所述第一输入端；
每一个所述第一加权电容的上极板连接到第一参考电压或地，每一个所述第一加权电容的下极板连接到第一输入端，每一个所述第一加权电容的下极板还连接到比较器的正相输入端；
所述第三电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第四电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第三电容的下极板连接所述比较器的反相输入端，所述第三电容的下极板还连接到所述第二输入端，所述第四电容的下极板连接到所述比较器的反相输入端，所述第四电容的下极板还连接到所述第二输入端；
每一个所述第二加权电容的上极板连接到第一参考电压或地，每一个所述第二加权电容的下极板连接第二输入端，每一个所述第二加权电容的下极板还连接所述比较器的反相输入端；
所述比较器的输出端连接所述逐次逼近移位寄存器的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种高能效模数转换器，其特征在于，所述高能效模数转换器还包括采样开关，所述采样开关包括第一采样开关和第二采样开关，所述第一采样开关的一端连接所述第一输入端，所述第一采样开关的另一端连接所述正相电容阵列的输入端，所述第二采样开关的一端连接所述第二输入端，所述第二采样开关的另一端连接所述反相电容阵列的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种高能效模数转换器，其特征在于，所述正相电容阵列还包括若干个双向开关和三向开关；
通过所述双向开关实现每一个所述第一加权电容的上极板连接到第一参考电压或地；
通过所述三向开关实现所述第一电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，以及所述第二电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地。
4.根据权利要求1所述的一种高能效模数转换器，其特征在于，所述反相电容阵列还包括若干个双向开关和三向开关；
通过所述双向开关实现每一个所述第二加权电容的上极板连接到第一参考电压或地；
通过所述三向开关实现所述第三电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，以及所述第四电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地。
5.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的一种高能效模数转换器，包括以下步骤：A、采样：将第N-4个第一加权电容的参考电压设置为地，将第一电容阵列中除第N-4个第一加权电容以外的第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压，将第一电容的参考电压设置为第一参考电压，将第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
将第N-4个第二加权电容的参考电压设置为地，将第三电容阵列中除第N-4个第二加权电容以外的第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压，将第三电容的参考电压设置为第一参考电压，将第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
差分信号从所述第一输入端和所述第二输入端进入所述电容阵列模数转换器，得到正相保持信号和反相保持信号；
B、第1次比较：所述比较器对所述正相保持信号和所述反相保持信号进行第一次比较并输出第一次比较结果D(1)；
当D(1)=1，则将第N-4个所述第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(1)=0，则将第N-4个所述第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
所述比较器进行第2次比较并输出第2次比较结果D(2)；
D、第j次比较：根据第j-1次比较结果D(j-1)，其中，3≤j≤N-3且N>5为约束条件，当D(j-1)=1，则将第N-2-j个所述第一加权电容的参考电压设置为地；
当D(j-1)=0，则将第N-2-j个所述第二加权电容的参考电压设置为地；
所述比较器进行第j次比较并输出第j次比较结果D(j)；
E、j增加1，执行步骤D，确定所述约束条件不成立，结束执行所述步骤D；
F、第N-2次比较：根据第N-3次比较结果D(N-3)，当D(N-3)=1，则将所述第二电容的参考电压设置为地；
当D(N-3)=0，则将所述第四电容的参考电压设置为地；
比较器进行第N-2次比较并输出第N-2次比较结果D(N-2)；
G、第N-1次比较：根据第N-3次比较结果D(N-3)和第N-2次比较结果D(N-2)，当D(N-3)=1，则将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第二参考电压；
当D(N-3)=0，则将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压；
当D(N-3)D(N-2)=11，则将所述第一电容的参考电压设置为地；
当D(N-3)D(N-2)=00，则将所述第三电容的参考电压设置为地；
比较器进行第N-1次比较并输出第N-1次比较结果D(N-1)；
H、第N次比较：根据所述第N-3次比较结果D(N-3)和所述第N-1次比较结果D(N-1)，当D(N-3)D(N-1)=11，则将所述第三电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(N-3)D(N-1)=00，则将所述第一电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(N-3)D(N-1)=10，则将所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(N-3)D(N-1)=01，则将第四电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
比较器进行第N次比较并输出第N次比较结果D(N)。
6.根据权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，所述N取值5，所述一种控制方法包括以下步骤：采样：将第1个第一加权电容的参考电压设置为地，将所述第一电容的参考电压设置为第一参考电压，将所述第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
将第1个第二加权电容的参考电压设置为地，将所述第三电容的参考电压设置为第一参考电压，将所述第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
差分信号从所述第一输入端和所述第二输入端进入所述电容阵列模数转换器，得到正相保持信号和反相保持信号；
第1次比较：所述比较器对所述正相保持信号和所述反相保持信号进行第一次比较并输出第一次比较结果D(1)；
当D(1)=1，则将第1个第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(1)=0，则将第1个第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
所述比较器进行第2次比较并输出第2次比较结果D(2)；
当D(2)=1，则将所述第二电容的参考电压设置为地；
当D(2)=0，则将所述第四电容的参考电压设置为地；
所述比较器进行第3次比较并输出第3次比较结果D(3)；
第4次比较：根据所述第2次比较结果D(2)和所述第3次比较结果D(3)，当D(2)=1，则将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第二参考电压；
当D(2)=0，则将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压；
当D(2)D(3)=11，则将所述第一电容的参考电压设置为地；
当D(2)D(3)=00，则将所述第三电容的参考电压设置为地；
所述比较器进行第4次比较并输出第4次比较结果D(4)；
第5次比较：根据第2次比较结果D(2)和第4次比较结果D(4)，当D(2)D(4)=11，则将所述第三电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(2)D(4)=00，则将所述第一电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(2)D(4)=10，则所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
当D(2)D(4)=01，则将所述第四电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
比较器进行第5次比较并输出第5次比较结果D(5)。
一种高能效模数转换器及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种高能效模数转换器及其控制方法。
背景技术
[0002] 逐次逼近型模数转换器是一种中高精度、中等转换速率、低功耗的模数转换器结构，主要由模数转换器、比较器和逐次逼近寄存器组成，其中模数转换器的结构在采用电容阵列实现时，该电容阵列多采用二进制加权电容阵列实现，由于二进制加权电容阵列的电容值是呈指数形式增长，随着逐次逼近型模数转换器的位数越多，电容的电容值呈现出快速爆炸式增长的情形，进而使得电容的体积愈来愈大（通常情况下，电容的电容值越大，电容体积也越大），这无疑是对逐次逼近型模数转换器的制造工艺提出了难题，此外，由于电容的电容值呈现指数形式增长，在电容的电容值越大的情况下，消耗的功率也越多。
发明内容
[0003] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高能效模数转换器及其控制方法。
[0004] 第一方面，本发明实施例提供了一种高能效模数转换器，包括第一输入端、第二输入端、电容阵列模数转换器、比较器和逐次逼近移位寄存器，所述电容阵列模数转换器包括正相电容阵列和反相电容阵列；
[0005] 所述正相电容阵列包括第一电容阵列和第二电容阵列，所述第一电容阵列包括N-4个第一加权电容，第i个第一加权电容的电容值是2iC，其中，1≤i≤N-4，N为电容阵列模数转换器的位数且N≥5，C表示一个单位电容，所述第二电容阵列包括第一电容和第二电容；
[0006] 所述反相电容阵列包括第三电容阵列和第四电容阵列，所述第三电容阵列包括N-4个第二加权电容，第i个第二加权电容的电容值是2iC，其中，1≤i≤N-4，N为电容阵列模数转换器的位数且N≥5，C表示一个单位电容，所述第四电容阵列包括第三电容和第四电容；
[0007] 所述第一电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第二电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第一电容的下极板连接所述比较器的正相输入端，所述第一电容的下极板还连接到所述第一输入端，所述第二电容的下极板连接所述比较器的正相输入端，所述第二电容的下极板还连接到第一输入端；
[0008] 每一个所述第一加权电容的上极板连接到第一参考电压或地，每一个所述第一加权电容的下极板连接到第一输入端，每一个所述第一加权电容的下极板还连接到比较器的正相输入端；
[0009] 所述第三电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第四电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，所述第三电容的下极板连接所述比较器的反相输入端，所述第三电容的下极板还连接到所述第二输入端，所述第四电容的下极板连接到所述比较器的反相输入端，所述第四电容的下极板还连接到所述第二输入端；
[0010] 每一个所述第二加权电容的上极板连接到第一参考电压或地，每一个所述第二加权电容的下极板连接第二输入端，每一个所述第二加权电容的下极板还连接所述比较器的反相输入端；
[0011] 所述比较器的输出端连接所述逐次逼近移位寄存器的输入端。
[0012] 进一步，所述高能效模数转换器还包括采样开关，所述采样开关包括第一采样开关和第二采样开关，所述第一采样开关的一端连接所述第一输入端，所述第一采样开关的另一端连接所述正相电容阵列的输入端，所述第二采样开关连接的一端连接所述第二输入端，所述第二采样开关的另一端连接所述反相电容阵列的输入端。
[0013] 进一步，所述正相电容阵列还包括若干个双向开关和三向开关；
[0014] 通过所述双向开关实现每一个所述第一加权电容的上极板连接到第一参考电压或地；
[0015] 通过所述三向开关实现所述第一电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，以及所述第二电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地。
[0016] 进一步，所述正相电容阵列还包括若干个双向开关和三向开关；
[0017] 通过所述双向开关实现每一个所述第一加权电容的上极板连接到第一参考电压或地；
[0018] 通过所述三向开关实现所述第一电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，以及所述第二电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地。
[0019] 进一步，所述反相电容阵列还包括若干个双向开关和三向开关；
[0020] 通过所述双向开关实现每一个所述第二加权电容的上极板连接到第一参考电压或地；
[0021] 通过所述三向开关实现所述第三电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地，以及所述第四电容的上极板连接到第一参考电压或第二参考电压或地。
[0022] 第二方面，本申请提供了一种控制方法，应用于上述的一种高能效模数转换器，包括以下步骤：
[0023] A、采样：将第N-4个第一加权电容的参考电压设置为地，将第一电容阵列中除第N-4个第一加权电容以外的第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压，将第一电容的参考电压设置为第一参考电压，将第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0024] 将第N-4个第二加权电容的参考电压设置为地，将第三电容阵列中除第N-4个第二加权电容以外的第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压，将第三电容的参考电压设置为第一参考电压，将第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0025] 差分信号从所述第一输入端和所述第二输入端进入所述电容阵列模数转换器，得到正相保持信号和反相保持信号；
[0026] B、第1次比较：所述比较器对所述正相保持信号和所述反相保持信号进行第一次比较并输出第一次比较结果D(1)；
[0027] C、第2次比较：根据所述第一次比较结果D(1)，
[0028] 当D(1)=1，则将第N-4个所述第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0029] 当D(1)=0，则将第N-4个所述第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0030] 所述比较器进行第2次比较并输出第2次比较结果D(2)；
[0031] D、第j次比较：根据第j-1次比较结果D(j-1)，其中，3≤j≤N-3且N>5为约束条件，[0032] 当D(j-1)=1，则将第(N-2-j)个所述第一加权电容的参考电压设置为地；
[0033] 当D(j-1)=0，则将第(N-2-j)个所述第二加权电容的参考电压设置为地；
[0034] 所述比较器进行第j次比较并输出第j次比较结果D(j)；
[0035] E、j增加1，执行步骤D，确定所述约束条件不成立，结束执行所述步骤D；
[0036] F、第N-2次比较：根据第N-3次比较结果D(N-3)，
[0037] 当D(N-3)=1，则将所述第二电容的参考电压设置为地；
[0038] 当D(N-3)=0，则将所述第四电容的参考电压设置为地；
[0039] 比较器进行第N-2次比较并输出第N-2次比较结果D(N-2)；
[0040] G、第N-1次比较：根据第（N-3）次比较结果D(N-3)和第（N-2）次比较结果D(N-2)，[0041] 当D(N-3)=1，则将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第二参考电压；
[0042] 当D(N-3)=0，则将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压；
[0043] 当D(N-3)D(N-2)=11，则将所述第一电容的参考电压设置为地；
[0044] 当D(N-3)D(N-2)=00，则将所述第三电容的参考电压设置为地；
[0045] 比较器进行第N-1次比较并输出第N-1次比较结果D(N-1)；
[0046] H、第N次比较：根据所述第N-3次比较结果D(N-3)和所述第N-1次比较结果D(N-1)，[0047] 当D(N-3)D(N-1)=11，则将所述第三电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0048] 当D(N-3)D(N-1)=00，则将所述第一电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0049] 当D(N-3)D(N-1)=10，则将所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0050] 当D(N-3)D(N-1)=01，则将第四电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0051] 比较器进行第N次比较并输出第N次比较结果D(N)。
[0052] 进一步，所述N取值5，所述一种控制方法包括以下步骤：
[0053] 采样：将第1个第一加权电容的参考电压设置为地，将第一电容的参考电压设置为第一参考电压，将第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0054] 将第1个第二加权电容的参考电压设置为地，将所述第三电容的参考电压设置为第一参考电压，将所述第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0055] 差分信号从所述第一输入端和所述第二输入端进入所述电容阵列模数转换器，得到正相保持信号和反相保持信号；
[0056] 第1次比较：所述比较器对所述正相保持信号和所述反相保持信号进行第一次比较并输出第一次比较结果D(1)；
[0057] 第2次比较：根据所述第一次比较结果D(1)，
[0058] 当D(1)=1，则将第1个第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0059] 当D(1)=0，则将第1个第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0060] 所述比较器进行第2次比较并输出第2次比较结果D(2)；
[0061] 第3次比较：根据所述第2次比较结果D(2)，
[0062] 当D(2)=1，则将所述第二电容的参考电压设置为地；
[0063] 当D(2)=0，则将所述第四电容的参考电压设置为地；
[0064] 所述比较器进行第3次比较并输出第3次比较结果D(3)；
[0065] 第4次比较：根据第2次比较结果D(2)和第3次比较结果D(3)，
[0066] 当D(2)=1，则将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第二参考电压；
[0067] 当D(2)=0，则将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压；
[0068] 当D(2)D(3)=11，则将所述第一电容的参考电压设置为地；
[0069] 当D(2)D(3)=00，则将所述第三电容的参考电压设置为地；
[0070] 所述比较器进行第4次比较并输出第4次比较结果D(4)；
[0071] 第5次比较：根据第2次比较结果D(2)和第4次比较结果D(4)，
[0072] 当D(2)D(4)=11，则将所述第三电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0073] 当D(2)D(4)=00，则将所述第一电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0074] 当D(2)D(2)=10，则所述第二电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第三电容和所述第四电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0075] 当D(2)D(4)=01，则将所述第四电容的参考电压设置为第二参考电压，将所述第一电容和所述第二电容的参考电压设置为第一参考电压；
[0076] 比较器进行第5次比较并输出第N次比较结果D(5)。
[0077] 本发明的有益效果是：
[0078] 本发明通过在正相电容阵列中设置包含第一电容第二电容的第二电容阵列，在反相电容阵列中设置包含第三电容和第四电容的第四电容阵列，复用第二电容阵列和第四电容阵列，能够减少使用高电容值的的电容的数量，从而达到缩小电容阵列模数转换器的工艺尺寸以及降低电容阵列模数转换器的功耗的目的。
附图说明
[0079] 图1是本发明实施例一种高能效模数转换器的电路原理图；
[0080] 图2是本发明一个实施例的5位高能效模数转换器的采样和第一次比较示意意图；
[0081] 图3是本发明一个实施例的5位高能效模数转换器的第二次比较示意意图；
[0082] 图4是本发明一个实施例的5位高能效模数转换器的第三次比较示意意图；
[0083] 图5是本发明一个实施例的5位高能效模数转换器的第四次比较示意意图；
[0084] 图6是本发明一个实施例的5位高能效模数转换器的第五次比较示意意图。
具体实施方式
[0085] 本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0086] 本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0087] 本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0088] 本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0089] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
[0090] 参照图1，本发明实施例提供了一种高能效数模转换器，该高能效模数转换器包括第一输入端、第二输入端、电容阵列模数转换器、比较器3和逐次逼近移位寄存器，该电容阵列模数转换器包括正相电容阵列21和反相电容阵列22；
[0091] 其中，正相电容阵列21包括第一电容阵列211和第二电容阵列212，第一电容阵列211包括N-4个第一加权电容，第i个第一加权电容的电容值是2iC，其中，1≤i≤N-4，N为电容阵列模数转换器的位数且N≥5，C表示一个单位电容（第一电容阵列211包含的第一加权
1 N-4
电容为C1 CN-4，对应的电容值为2C 2 C），第二电容阵列212包括第一电容CAP1和第二电~ ~
容CAP2；
[0092] 反相电容阵列22包括第三电容阵列221和第四电容阵列222，第二电容阵列包括N-4个第二加权电容，第i个第二加权电容的电容值是2iC，其中，1≤i≤N-4，N为电容阵列模数转换器的位数且N≥5，C表示一个单位电容，（第三电容阵列221包含的第二加权电容为C1~
CN-4，对应的电容值为21C~2N-4C），第四电容阵列222包括第三电容CAP3和第四电容CAP4；
[0093] 第一电容CAP1的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd，第二电容CAP2的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd，第一电容CAP1的下极板连接比较器3的正相输入端，第一电容CAP1的下极板还连接到第一输入端，第二电容CAP2的下极板连接比较器3的正相输入端，第二电容CAP2的下极板还连接到第一输入端；
[0094] 每一个第一加权电容的上极板连接到第一参考电压Vref或地gnd，每一个第一加权电容的下极板连接到第一输入端，每一个第一加权电容的下极板还连接到比较器3的正相输入端；
[0095] 第三电容CAP3的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd，第四电容CAP4的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd，第三电容CAP3的下极板连接比较器3的反相输入端，第三电容CAP3的下极板还连接到第二输入端，第四电容CAP4的下极板连接到比较器3的反相输入端，第四电容CAP4的下极板还连接到第二输入端；
[0096] 每一个第二加权电容的上极板连接到第一参考电压Vref或地gnd，每一个第二加权电容的下极板连接第二输入端，每一个第二加权电容的下极板还连接比较器3的反相输入端；
[0097] 所比较器3的输出端连接逐次逼近移位寄存器的输入端。
[0098] 具体地，本实施例提供的一种高能效模数转换器的控制方法如下：
[0099] A、采样：正相电容阵列21和反相电容阵列22相当于采样保持电路，将第一电容阵列的第N-4个第一加权电容的参考电压设置为地gnd，其余第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压Vref，将第一电容CAP1、第二电容CAP2的参考电压也设置为第一参考电压Vref，按照相同的方式，将第N-4个第二加权电容的参考电压设置为地gnd，其余第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压Vref，将第三电容CAP3、第四电容CAP4的参考电压也设置为第一参考电压Vref。差分信号Vip和Vin从本申请的第一输入端和第二输入端进入电容阵列模数转换器，输入差分信号Vip和Vin，该差分信号Vip和Vin经过正相电容阵列21和反相电容阵列22后，在比较器3的正相输入端和反相输入端分别得到正相保持信号和反相保持信号；
[0100] B、第1次比较：在得到正相保持信号和反相保持信号后，比较器3进行第一次比较并输出第一次比较结果D(1)；
[0101] C、第2次比较：根据第一次比较结果D(1)，
[0102] 当D(1)=1，则将第三电容阵列中的第N-4个第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0103] 当D(1)=0，则将第一电容阵列中的第N-4个第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0104] 比较器3进行第二次比较并输出第二次比较结果D(2)；
[0105] D、第j次比较：根据第j-1次比较结果D(j-1)，其中，3≤j≤N-3且N>5为约束条件，[0106] 当D(j-1)=1，则将第一电容阵列中的第(N-2-j)个第一加权电容的参考电压设置为地；
[0107] 当D(j-1)=0，则将第三电容阵列中的第(N-2-j)个第二加权电容的参考电压设置为地；
[0108] 比较器3进行第j次比较并输出第j次比较结果D(j)；
[0109] E、j增加1并执行步骤D直至约束条件不成立，结束执行步骤D；
[0110] F、第N-2次比较：根据第N-3次比较结果D(N-3)，
[0111] 当D(N-3)=1，则将第二电容阵列中的第二电容CAP2的参考电压设置为地gnd；
[0112] 当D(N-3)=0，则将第四电容阵列中的第四电容CAP4的参考电压设置为地gnd；
[0113] 比较器3进行第N-2次比较并输出第N-2次比较结果D(N-2)；
[0114] G、第N-1次比较：根据第N-3次比较结果D(N-3)和第N-2次比较结果D(N-2)，[0115] 当D(N-3)=1，则将第四电容阵列中的第三电容CAP3和第四电容CAP4的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4；
[0116] 当D(N-3)=0，则将第二电容阵列中的第一电容CAP1和第二电容CAP2的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4；
[0117] 当D(N-3)D(N-2)=11，则将第二电容阵列中的第一电容CAP1的参考电压设置为地gnd；
[0118] 当D(N-3)D(N-2)=00，则将第四电容阵列中的第三电容CAP3的参考电压设置为地gnd；
[0119] 比较器3进行第N-1次比较并输出第N-1次比较结果D(N-1)；
[0120] H、第N次比较：第N-3次比较结果D(N-3)和第N-1次比较结果D(N-1)
[0121] 当D(N-3)D(N-1)=11，则将第四电容阵列中的第三电容CAP3的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0122] 当D(N-3)D(N-1)=00，则将第二电容阵列中的第一电容CAP1的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0123] 当D(N-3)D(N-1)=10，则将第二电容阵列中的第二电容CAP2的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4，将第四电容阵列中第三电容CAP3和第四电容CAP4的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0124] 当D(N-3)D(N-1)=01，则将第四电容阵列中的第四电容CAP4的参考电压设置为第二参考电压Vref/4，将第二电容阵列中的第一电容CAP1和第二电容CAP2的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0125] 比较器3进行第N次比较并输出第N次比较结果D(N)。
[0126] 本实施例提供了一种控制N位高能效模数转换器的控制方法（N>5），在比较器3进行第1次至第（N-3）次比较的过程，逐位改变第一加权电容或第二加权电容的参考电压，在比较器进行第N-2次比较时，改变第二电容CAP2或第四电容CAP4的参考电压，在进行最后2次比较时，再次利用第二电容CAP2和第四电容CAP4参考电压比较的过程，因此，本申请的比较器3在进行比较时，能够通过复用第二电容阵列和第四电容阵列的电容（第二电容CAP2和第四电容CAP4），使得第一电容阵列和第三电容阵列减少电容值更高的电容的使用，也即是尽力避免大体积电容的使用，从而降低了逐次逼近新模数转换器的制作工艺的难度，而且，第二电容阵列电容和第四电容阵列电容的电容值较小，从而降低了电容阵列模数转换器的功耗。
[0127] 为了更加清楚地说明本申请的技术方案，本申请还提供了另外一个实施例，N取值5，从而得到一个5位高效能模数转换器，其对应的控制方法如下：
[0128] 参见图2，由于是5位高效能模数转换器，因此，第一电容阵列和第四电容阵列中实际上只有一个电容，也即是C1，第二电容阵列中包括第一电容CAP1和第二电容CAP2，第四电容阵列中包括第三电容CAP3和第四电容CAP4。
[0129] 采样：将第1个第一加权电容的参考电压设置为地gnd，将第一电容CAP1的参考电压设置为第一参考电压Vref，将第二电容CAP2的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0130] 将第1个第二加权电容的参考电压设置为地gnd，将第三电容CAP3的参考电压设置为第一参考电压Vref，将第四电容CAP4的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0131] 差分信号Vip和Vin进入电容阵列模数转换器，从而在在比较器3的正相输入端和反相输入端得到正相保持信号和反相保持信号。
[0132] 第1次比较：在得到正相保持信号和反相保持信号后，比较器3进行第一次比较并输出第一次比较结果D(1)；
[0133] 参照图3，第2次比较：根据第一次比较结果D(1)，
[0134] 当D(1)=1，则将第三电容阵列中的第1个第二加权电容的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0135] 当D(1)=0，则将第一电容阵列中的第1个第一加权电容的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0136] 比较器3进行第二次比较并输出第二次比较结果D(2)；
[0137] 参照图4，第3次比较：根据第二次比较结果D(2)，
[0138] 当D(2)=1，则将第二电容阵列中的第二电容CAP2的参考电压设置为地gnd；
[0139] 当D(2)=0，则将第四电容阵列中的第四电容CAP4的参考电压设置为地gnd；
[0140] 比较器3进行第三次比较并输出第二次比较结果D(3)；
[0141] 参照图5，第4次比较：根据第2次比较结果D(2)和第3次比较结果D(3)，[0142] 当D(2)=1，则将第四电容阵列中的第三电容CAP3和第四电容CAP4的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4；
[0143] 当D(2)=0，则将第二电容阵列中的第一电容CAP1和第二电容CAP2的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4；
[0144] 当D(2)D(3)=11，则将第二电容阵列中的第一电容CAP1的参考电压设置为地gnd；
[0145] 当D(3)D(2)=00，则将第四电容阵列中的第三电容CAP3的参考电压设置为地gnd；
[0146] 比较器3进行第4次比较并输出第4次比较结果D(4)；
[0147] 参照图6，第5次比较：第2次比较结果D(2)和第4次比较结果D(4)，
[0148] 当D(2)D(4)=11，则将第四电容阵列中的第三电容CAP3的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0149] 当D(2)D(4)=00，则将第二电容阵列中的第一电容CAP1的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0150] 当D(2)D(4)=10，则将第二电容阵列中的第二电容CAP2的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4，第三电容CAP3和第四电容CAP4的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0151] 当D(2)D(4)=01，则将第四电容阵列中的第四电容CAP4的参考电压设置为第二参考电压3Vref/4，第一电容CAP1和第二电容CAP2的参考电压设置为第一参考电压Vref；
[0152] 比较器3进行第5次比较并输出第5次比较结果D(5)。
[0153] 相较于传统的5位逐次逼近型模数转换器设置的正相电容阵列21包括5个电容，且电容值依次为21C、22C、23C、24C、25C、本申请的正相电容阵列21只需包括第一电容CAP1、第二电容CAP2和第一加权电容C1这三个电容，电容值依次为C、C、21C，在实现了逐次逼近型模数转换器的功能的情况下，避免了使用大容值的电容，不仅缩小了模数转换器的工艺尺寸，还降低了功耗。
[0154] 进一步作为可选的实施方式，参照图1，高能效模数转换器还包括采样开关1，采样开关1包括第一采样开关S1和第二采样开关S2，第一采样开关S1的一端连接第一输入端，第一采样开关S1的另一端连接正相电容阵列21的输入端，第二采样开关S2连接的一端连接第二输入端，第二采样开关S2的另一端连接反相电容阵列22的输入端。
[0155] 具体地，本申请还设置了采样开关1，通过采样开关1来控制差分信号Vip和Vin的输入，当差分信号Vip和Vin输入到电容阵列模数转换器中，断开采样开关1，差分信号Vip和Vin经过电容阵列模数转换器即可保持在比较器3的正相输入端和反相输入端。
[0156] 进一步作为可选的实施方式，正相电容阵列21还包括若干个双向开关和三向开关；通过双向开关实现每一个第一加权电容的上极板连接到第一参考电压Vref或地gnd；
[0157] 通过三向开关实现第一电容CAP1的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd，以及第二电容CAP2的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd。
[0158] 具体地，本申请提供了一个可以控制正相电容阵列21中的第一加权电容以及第一电容CAP1和第二电容CAP2进行切换参考电压的具体实现方式，通过设置双向开关和三相开关，即可灵活、便捷地切换正相电容阵列21中的电容的参考电压。
[0159] 进一步作为可选的实施方式，反相电容阵列22还包括若干个双向开关和三向开关；
[0160] 通过双向开关实现每一个第二加权电容的上极板连接到第一参考电压Vref或地gnd；
[0161] 通过三向开关实现第三电容CAP3的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd，以及第四电容CAP4的上极板连接到第一参考电压Vref或第二参考电压3Vref/4或地gnd。
[0162] 具体地，按照相同的方式，在反相电容阵列22中同样设置了双向开关和三向开关，使得反相电容阵列22中的电容能够灵活切换参考电压。
[0163] 以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
