高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法

摘要

本发明公开了高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法，模数转换器包括电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近开关控制器，本发明提出的模数转换方法在第1、2次比较电容阵列不消耗能量，第3次至第(N+2)/2次比较中，参与转换的电容总电容值为2

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法。

背景技术

逐次逼近型模数转换器是一种中高精度、中等转换速率、超低功耗的模数转换器结构。对于传感器、便携式设备及生物应用来说，要求模数转换器能够工作在低电源电压下。然而随着电源电压的降低，电路的增益受到了限制，而逐次逼近型模数转换器的结构只包括比较器、数模转换器和逐次逼近寄存器而不需要提供增益的电路。数字电路的功耗会随着工艺尺寸缩减比例不断减小，而模拟电路的功耗却很难随着工艺的进步而减小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能有效减小电容阵列的平均开关功耗，且能减小电容阵列面积的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法。

本发明所采用的技术方案是：

高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器，包括电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近开关控制器，所述电容阵列数模转换器的输出端与比较器的输入端连接，所述比较器的输出端与逐次逼近开关控制器的输入端连接，所述逐次逼近开关控制器的输出端与电容阵列数模转换器的开关控制端连接。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述电容阵列数模转换器包括同相电容阵列和反相电容阵列，所述同相电容阵列的输出端连接至比较器的同相输入端，所述反相电容阵列的输出端连接至比较器的反相输入端。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述同相电容阵列包括同相主电容阵列和同相从电容阵列，所述同相主电容阵列的输入端通过开关连接至同相信号输入端，所述同相主电容阵列的输出端连接至比较器的同相输入端，所述同相从电容阵列的输出端通过开关连接至比较器的同相输入端，所述同相主电容阵列与同相从电容阵列相连接。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述同相主电容阵列包括N/2个同相主电容单元，所述同相从电容阵列包括N/2个同相从电容单元，所述N/2个同相主电容单元中的第1个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的下极板均连接至比较器的同相输入端，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个同相主电容单元的上极板和第2个同相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述N/2个同相从电容单元中的第1个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的同相输入端，所述第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个同相从电容单元的上极板和第2个同相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元的上极板分别通过开关与第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元的上极板连接，其中N表示模数转换器位数。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述第1个同相主电容单元和第2个同相主电容单元分别包括1个电容值为单位电容C的子电容，所述第3个同相主电容单元分别包括1个电容值为2个单位电容C的子电容，所述第1个同相主电容单元的子电容的下极板至第N/2个同相主电容单元的子电容的下极板均连接至比较器的同相输入端，所述第1个同相主电容单元的子电容的上极板和第2个同相主电容单元的子电容的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相主电容单元的子电容的上极板通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第4个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元中，所述第i个同相主电容单元包括子电容的数量为i-2，所述第3个同相主电容单元的子电容的上极板通过开关与第4个同相主电容单元的第2个子电容相连，所述第i个同相主电容单元中，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第i-2个子电容的电容值分别为C_j=2^j-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i+1个同相主电容单元的第2个子电容的上极板相连，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i个同相从电容单元的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i-1个同相主电容单元的第1个子电容至第i-3个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i+1个同相主电容单元的第3个子电容至第i-1个子电容的上极板相连，其中，i为4≤i≤N/2-1的自然数，j为2≤j≤i-2的自然数，C_j表示第j个子电容的电容值，所述第N/2个同相主电容单元包括子电容的数量为N/2-2，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第N/2-2个子电容的电容值分别为C_k=2^k-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第N/2个同相从电容单元的上极板相连，所述第2个子电容至第N/2-2个子电容的上极板分别通过开关与第N/2-1个同相主电容单元的第1个子电容至第N/2-3个子电容的上极板相连，其中，k为2≤k≤N/2-2的自然数，C_k表示第k个子电容的电容值；

所述第1个同相从电容单元和第2个同相从电容单元分别包括1个电容值为单位电容C的子电容，所述第3个同相从电容单元分别包括1个电容值为2个单位电容C的子电容，所述第1个同相从电容单元的子电容的下极板至第N/2个同相从电容单元的子电容的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的同相输入端，所述第1个同相从电容单元的子电容的上极板和第2个同相从电容单元的子电容的上极板通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个同相从电容单元的子电容的上极板通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第4个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元中，所述第i个同相从电容单元包括子电容的数量为i-2，所述第3个同相从电容单元的子电容的上极板通过开关与第4个同相从电容单元的第2个子电容相连，所述第i个同相从电容单元中，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第i-2个子电容的电容值分别为C_j=2^j-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i+1个同相从电容单元的第2个子电容相连，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i个同相主电容单元的第1个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i-1个同相从电容单元的第1个子电容至第i-3个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i+1个同相从电容单元的第3个子电容至第i-1个子电容的上极板相连，其中，i为4≤i≤N/2-1的自然数，j为2≤j≤i-2的自然数，C_j表示第j个子电容的电容值，所述第N/2个同相从电容单元包括子电容的数量为N/2-2，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第N/2-2个子电容的电容值分别为C_k=2^k-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第N/2个同相主电容单元的第1个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第N/2-2个子电容的上极板分别通过开关与第N/2-1个同相从电容单元的第1个子电容至第N/2-3个子电容的上极板相连，其中，k为2≤k≤N/2-2的自然数，C_k表示第k个子电容的电容值。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述反相电容阵列包括反相主电容阵列和反相从电容阵列，所述反相主电容阵列的输入端通过开关连接至反相信号输入端，所述反相主电容阵列的输出端连接至比较器的反相输入端，所述反相从电容阵列的输出端通过开关连接至比较器的反相输入端，所述反相主电容阵列与反相从电容阵列相连接。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述反相主电容阵列包括N/2个反相主电容单元，所述反相从电容阵列包括N/2个反相从电容单元，所述N/2个反相主电容单元中的第1个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的下极板均连接至比较器的反相输入端，所述第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个反相主电容单元的上极板和第2个反相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述N/2个反相从电容单元中的第1个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的反相输入端，所述第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的上极板之间依次通过开关连接，所述第1个反相从电容单元的上极板和第2个反相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元的上极板分别通过开关与第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元的上极板连接，其中N表示模数转换器位数。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述第1个反相主电容单元和第2个反相主电容单元分别包括1个电容值为单位电容C的子电容，所述第3个反相主电容单元分别包括1个电容值为2个单位电容C的子电容，所述第1个反相主电容单元的子电容的下极板至第N/2个反相主电容单元的子电容的下极板均连接至比较器的反相输入端，所述第1个反相主电容单元的子电容的上极板和第2个反相主电容单元的子电容的上极板分别通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相主电容单元的子电容的上极板通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第4个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元中，所述第i个反相主电容单元包括子电容的数量为i-2，所述第3个反相主电容单元的子电容的上极板通过开关与第4个反相主电容单元的第2个子电容相连，所述第i个反相主电容单元中，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第i-2个子电容的电容值分别为C_j=2^j-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i+1个反相主电容单元的第2个子电容的上极板相连，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i个反相从电容单元的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i-1个反相主电容单元的第1个子电容至第i-3个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i+1个反相主电容单元的第3个子电容至第i-1个子电容的上极板相连，其中，i为4≤i≤N/2-1的自然数，j为2≤j≤i-2的自然数，C_j表示第j个子电容的电容值，所述第N/2个反相主电容单元包括子电容的数量为N/2-2，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第N/2-2个子电容的电容值分别为C_k=2^k-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第N/2个反相从电容单元的上极板相连，所述第2个子电容至第N/2-2个子电容的上极板分别通过开关与第N/2-1个反相主电容单元的第1个子电容至第N/2-3个子电容的上极板相连，其中，k为2≤k≤N/2-2的自然数，C_k表示第k个子电容的电容值；

所述第1个反相从电容单元和第2个反相从电容单元分别包括1个电容值为单位电容C的子电容，所述第3个反相从电容单元分别包括1个电容值为2个单位电容C的子电容，所述第1个反相从电容单元的子电容的下极板至第N/2个反相从电容单元的子电容的下极板耦合在一起并通过开关连接至比较器的反相输入端，所述第1个反相从电容单元的子电容的上极板和第2个反相从电容单元的子电容的上极板通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第3个反相从电容单元的子电容的上极板通过开关选择连接共模电压或参考电压或地，所述第4个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元中，所述第i个反相从电容单元包括子电容的数量为i-2，所述第3个反相从电容单元的子电容的上极板通过开关与第4个反相从电容单元的第2个子电容相连，所述第i个反相从电容单元中，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第i-2个子电容的电容值分别为C_j=2^j-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i+1个反相从电容单元的第2个子电容相连，所述第1个子电容的上极板通过开关与第i个反相主电容单元的第1个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i-1个反相从电容单元的第1个子电容至第i-3个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第i-2个子电容的上极板分别通过开关与第i+1个反相从电容单元的第3个子电容至第i-1个子电容的上极板相连，其中，i为4≤i≤N/2-1的自然数，j为2≤j≤i-2的自然数，C_j表示第j个子电容的电容值，所述第N/2个反相从电容单元包括子电容的数量为N/2-2，第1个子电容的电容值为2个单位电容C，第2个至第N/2-2个子电容的电容值分别为C_k=2^k-1C，所述第1个子电容的上极板通过开关选择连接参考电压或共模电压或地，所述第1个子电容的上极板通过开关与第N/2个反相主电容单元的第1个子电容的上极板相连，所述第2个子电容至第N/2-2个子电容的上极板分别通过开关与第N/2-1个反相从电容单元的第1个子电容至第N/2-3个子电容的上极板相连，其中，k为2≤k≤N/2-2的自然数，C_k表示第k个子电容的电容值。

本发明的另一技术方案是：

高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的模数转换方法，包括以下步骤：

A、采样：

将所有同相电容阵列和反相电容阵列的内部开关闭合，并将所有同相电容单元和反相电容单元的子电容上极板通过开关选择连接共模电压，模拟输入信号经过电容阵列数模转换器得到保持信号；

B、第1次比较：

比较器对同相输入端和反相输入端的保持信号进行比较，并输出第1次比较结果D(1)；

C、第2次比较：

根据第1次比较结果D(1)，

当D(1)=1时，反相电容阵列的所有反相电容单元的上极板接入参考电压；

当D(1)=0时，同相电容阵列的所有同相电容单元的上极板接入参考电压；

保持所有同相电容阵列和反相电容阵列的内部开关闭合，电容阵列数模转换器开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器对同相输入端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第2次比较结果D(2)；

D、第3次比较：

根据第1次比较结果D(1)和第2次比较结果D(2)，

当D(1)D(2)=11时，断开同相主电容阵列与同相从电容阵列连接开关，断开第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元内部开关，断开第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元内部开关，第2个同相主电容单元和第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入地；

当D(1)D(2)=10时，断开反相主电容阵列与反相从电容阵列连接开关，断开第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元内部开关，断开第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元内部开关，第2个反相主电容单元和第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压；

当D(1)D(2)=01时，断开同相主电容阵列与同相从电容阵列连接开关，断开第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元内部开关，断开第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元内部开关，第2个同相主电容单元和第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压；

当D(1)D(2)=00时，断开反相主电容阵列与反相从电容阵列连接开关，断开第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元内部开关，断开第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元内部开关，第2个反相主电容单元和第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入地；

电容阵列数模转换器开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器对同相输入端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第3次比较结果D(3)；

E、第i次比较：

根据第1次比较结果D(1)、第2次比较结果D(2)和第i-1次比较结果D(i-1)；

当D(1)D(2)D(i-1)=111时，第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的第1个子电容的上极板接入地，将第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=110时，第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的第1个子电容的上极板接入电压保持不变，将第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=101时，第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的第1个子电容的上极板接入电压保持不变，将第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=100时，第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的第1个子电容的上极板接入共模电压，将第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=011时，第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的第1个子电容的上极板接入共模电压，将第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=010时，第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的第1个子电容的上极板接入电压保持不变，将第i-1个同相主电容单元和第i-1个同相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=001时，第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的第1个子电容的上极板接入电压保持不变，将第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的内部开关闭合；

当D(1)D(2)D(i-1)=000时，第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的第1个子电容的上极板接入地，将第i-1个反相主电容单元和第i-1个反相从电容单元的内部开关闭合；

电容阵列数模转换器开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器对同相输入端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第i次比较结果，其中i为4≤i≤(N+2)/2的自然数，N表示模数转换器位数，i的初始值为4；

F、判断该次比较结果是否第(N+2)/2次比较结果，若是，则执行步骤G；反之，则i增加1，返回执行步骤E；

G、调整：

根据第1次比较结果D(1)、第2次比较结果D(2)和第(N+2)/2次比较结果D((N+2)/2)；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=111时，第1个同相从电容单元的子电容的上极板接入地；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=110时，第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=101时，第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入参考电压；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=100时，第1个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=011时，第1个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=010时，第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入参考电压；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=001时，第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压；

当D(1)D(2)D((N+2)/2)=000时，第1个反相从电容单元的子电容的上极板接入地；

电容阵列数模转换器进行电荷重分布；

H、第(N+4)/2次比较：

根据第2次比较结果D(2)；

当D(2) =1时，同相主电容阵列和同相从电容阵列的内部开关断开，同相主电容阵列与同相从电容阵列连接开关闭合；

当D(2) =0时，反相主电容阵列和反相从电容阵列的内部开关断开，反相主电容阵列与反相从电容阵列连接开关闭合；

电容阵列数模转换器开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器对同相输入端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第(N+4)/2次比较结果；

I、第j次比较：

根据第2次比较结果D(2)和第j-1次比较结果D(j-1)；

当D(2)D(j-1)=11时，第j-N/2个同相从电容单元的内部开关闭合；

当D(2)D(j-1)=10时，第j-N/2个同相主电容单元的内部开关闭合；

当D(2)D(j-1)=01时，第j-N/2个反相从电容单元的内部开关闭合；

当D(2)D(j-1)=00时，第j-N/2个反相主电容单元的内部开关闭合；

电容阵列数模转换器开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器对同相输入端和反相输入端的信号大小进行比较，输出第j次比较结果，其中j为(N+6)/2≤i≤N的自然数，N表示模数转换器位数，j的初始值为(N+6)/2；

J、判断该次比较结果是否第N次比较结果，若是，则结束；反之，则j增加1，返回执行步骤I。

本发明的有益效果是：

本发明高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器及转换方法，高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器由电容阵列数模转换器、比较器和逐次逼近开关控制器构成，其中电容阵列数模转换器结构采用了本发明提出的高能效小面积电容阵列数模转换器结构，且本发明提出的模数转换方法在第1、2次比较电容阵列不消耗能量，第3次至第(N+2)/2次比较中，参与转换的电容总电容值为2ⁱ⁺¹个单位电容C，其中，i为1≤i≤(N-2)/2的自然数，第(N+4)/2次至第N次比较中，参与转换的电容总电容值为2^j个单位电容C，其中，j为1≤j≤(N-2)/2的自然数，每次比较电容阵列消耗的能量均比传统结构消耗的能量小，能够有效减小电容阵列的平均开关功耗；而且本发明提出的电容阵列数模转换器面积为2^N/2个单位电容C，相比传统结构，能有效减少面积。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的结构示意图；

图2是本发明中的电容阵列数模转换器的结构示意图；

图3是本发明的电容阵列数模转换器中的同相电容阵列的结构示意图；

图4是本发明的电容阵列数模转换器中的反相电容阵列的结构示意图；

图5是本发明的10位逐次逼近型模数转换器的结构示意图；

图6是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次开关转换示意图；

图7是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为111时后3次开关转换示意图；

图8是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为110时后3次开关转换示意图；

图9是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为101时后3次开关转换示意图；

图10是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为100时后3次开关转换示意图；

图11是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为011时后3次开关转换示意图；

图12是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为010时后3次开关转换示意图；

图13是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为001时后3次开关转换示意图；

图14是本发明实施例6位电容阵列数模转换器的前3次比较结果为000时后3次开关转换示意图。

具体实施方式

参考图1-图4，本发明高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器，包括电容阵列数模转换器1、比较器2和逐次逼近开关控制器3，所述电容阵列数模转换器1的输出端与比较器2的输入端连接，所述比较器2的输出端与逐次逼近开关控制器3的输入端连接，所述逐次逼近开关控制器3的输出端与电容阵列数模转换器1的开关控制端连接。

作为所述的高能效小面积电容阵列逐次逼近型模数转换器的进一步改进，所述电容阵列数模转换器1包括同相电容阵列11和反相电容阵列12，所述同相电容阵列11的输出端连接至比较器2的同相输入端，所述反相电容阵列12的输出端连接至比较器2的反相输入端。

参考图5-图14，本发明的实施例的工作原理如下：

S1、采样：

所有电容的上极板接共模电压Vcm，模拟输入信号经过电容阵列数模转换器1得到保持信号；

S2、第1次比较：

断开采样开关，根据电容阵列上的保持信号，比较器2比较Vip和Vin的大小，输出第1次比较结果D(1)，第1次比较电容阵列消耗能量为0；

S3、第2次比较：

根据第1次比较结果D(1)，

当Vip>Vin时，即D(1)=1时，反相电容阵列12的所有电容的上极板接参考电压Vref，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和Vref/2的大小，输出第2次比较结果D(2)，第2次比较电容阵列消耗能量为0；

当Vip<Vin时，即D(1)=0时，同相电容阵列11的所有电容的上极板接Vref，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-Vref/2的大小，输出第2次比较结果D(2)，第2次比较电容阵列消耗能量为0；

S4、第3次比较：

根据第1次比较结果D(1)和第2次比较结果D(2)，

当Vref/2<Vip-Vin<Vref时，即D(1)D(2)=11时，断开同相主电容阵列111与同相从电容阵列112连接开关，断开第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元内部开关，断开第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元内部开关，第2个同相主电容单元和第2个同相从电容单元的子电容的上极板均接入地，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和3Vref/4的大小，输出第3次比较结果D(3)，第3次比较电容阵列消耗能量为                                                ；

当0<Vip-Vin<Vref/2时，即D(1)D(2)=10时，断开反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关，断开第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元内部开关，断开第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元内部开关，第2个反相主电容单元和第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和Vref/4的大小，输出第3次比较结果D(3)，第3次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref/2<Vip-Vin<0时，即D(1)D(2)=01时，断开同相主电容阵列111与同相从电容阵列112连接开关，断开第3个同相主电容单元至第N/2个同相主电容单元内部开关，断开第3个同相从电容单元至第N/2个同相从电容单元内部开关，第2个同相主电容单元和第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-Vref/4的大小，输出第3次比较结果D(3)，第3次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref<Vip-Vin<-Vref/2时，即D(1)D(2)=00时，断开反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关，断开第3个反相主电容单元至第N/2个反相主电容单元内部开关，断开第3个反相从电容单元至第N/2个反相从电容单元内部开关，第2个反相主电容单元和第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入地，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-3Vref/4的大小，输出第3次比较结果D(3)，第3次比较电容消耗能量为；

S5、第4次比较：

根据第1次比较结果D(1)、第2次比较结果D(2)和第3次比较结果D(3)，

当3Vref/4<Vip-Vin<Vref时，即D(1)D(2)D(3)=111时，第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的子电容的上极板均接入地，将第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和7Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当Vref/2<Vip-Vin<3Vref/4时，即D(1)D(2)D(3)=110时，第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的子电容的上极板均接入电压保持不变，将第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和5Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当Vref/4<Vip-Vin<Vref/2时，即D(1)D(2)D(3)=101时，第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的子电容的上极板接入电压保持不变，将第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和3Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当0<Vip-Vin<Vref/4时，即D(1)D(2)D(3)=100时，第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压，将第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref/4<Vip-Vin<0时，即D(1)D(2)D(3)=011时，第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的子电容的上极板均接入共模电压Vcm，将第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref/2<Vip-Vin<-Vref/4时，即D(1)D(2)D(3)=010时，第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的子电容的上极板接入电压保持不变，将第3个同相主电容单元和第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-3Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当-3Vref/4<Vip-Vin<-Vref/2时，即D(1)D(2)D(3)=001时，第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的子电容的上极板接入电压保持不变，将第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-5Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref<Vip-Vin<-3Vref/4时，即D(1)D(2)D(3)=000时，第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的子电容的上极板接入地，将第3个反相主电容单元和第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-7Vref/8的大小，输出第4次比较结果D(4)，第4次比较电容阵列消耗能量为；

S6、接入电压调整：

根据第1次比较结果D(1)、第2次比较结果D(2)和第4次比较结果D(4)；

当7Vref/8<Vip-Vin<Vref时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1111时，第1个同相从电容单元的子电容的上极板接入地，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当6Vref/8<Vip-Vin<7Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1110时，第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当5Vref/8<Vip-Vin<6Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1101时，第1个同相从电容单元的子电容的上极板接入地，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当4Vref/8<Vip-Vin<5Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1100时，第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当3Vref/8<Vip-Vin<4Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1011时，第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入参考电压，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当2Vref/8<Vip-Vin<3Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1010时，第1个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当Vref/8<Vip-Vin<2Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1001时，第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入参考电压，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当0<Vip-Vin<Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1000时，第1个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当-Vref/8<Vip-Vin<0时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0111时，第1个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当-2Vref/8<Vip-Vin<-Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0110时，第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入参考电压，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当-3Vref/8<Vip-Vin<-2Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0101时，第1个同相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当-4Vref/8<Vip-Vin<-3Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0100时，第2个同相从电容单元的子电容的上极板接入参考电压，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当-5Vref/8<Vip-Vin<-4Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0011时，第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

当-6Vref/8<Vip-Vin<-5Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0010时，第1个反相从电容单元的子电容的上极板接入地，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当-7Vref/8<Vip-Vin<-6Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0001时，第2个反相从电容单元的子电容的上极板接入共模电压Vcm，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为；

当-Vref<Vip-Vin<-7Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0000时，第1个反相从电容单元的子电容的上极板接入地，电容阵列数模转换器1电荷重分布，电容阵列消耗能量为0；

S7、第5次比较：

根据第2次比较结果D(2)；

当7Vref/8<Vip-Vin<Vref时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1111时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和15Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当6Vref/8<Vip-Vin<7Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1110时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和13Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当5Vref/8<Vip-Vin<6Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1101时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和11Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当4Vref/8<Vip-Vin<5Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1100时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和9Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当3Vref/8<Vip-Vin<4Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1011时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和7Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当2Vref/8<Vip-Vin<3Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1010时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和5Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当Vref/8<Vip-Vin<2Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1001时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和3Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当0<Vip-Vin<Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=1000时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref/8<Vip-Vin<0时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0111时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当-2Vref/8<Vip-Vin<-Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0110时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-3Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当-3Vref/8<Vip-Vin<-2Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0101时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-5Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当-4Vref/8<Vip-Vin<-3Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0100时，同相主电容阵列111和同相从电容阵列112的内部开关断开，同相主电容阵列111与同相从电容阵列连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-7Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当-5Vref/8<Vip-Vin<-4Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0011时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-9Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当-6Vref/8<Vip-Vin<-5Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0010时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-11Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

当-7Vref/8<Vip-Vin<-6Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0001时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-13Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为0；

当-Vref<Vip-Vin<-7Vref/8时，即D(1)D(2)D(3)D(4)=0000时，反相主电容阵列121和反相从电容阵列122的内部开关断开，反相主电容阵列121与反相从电容阵列122连接开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-15Vref/16的大小，输出第5次比较结果D(5)，第5次比较电容阵列消耗能量为；

S7、第6次比较：

根据第2次比较结果D(2)和第5次比较结果D(5)；

当15Vref/16<Vip-Vin<Vref时，即D(1)D(2)D(3)D(4)D(5)= 11111时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和31Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当14Vref/16<Vip-Vin<15Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4)D(5) =11110时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和29Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当13Vref/16<Vip-Vin<14Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=11101时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和27Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当12Vref/16<Vip-Vin<13Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=11100时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和25Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当11Vref/16<Vip-Vin<12Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=11011时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和23Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当10Vref/16<Vip-Vin<11Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=11010时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和21Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当9Vref/16<Vip-Vin<10Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=11001时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和19Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当8Vref/16<Vip-Vin<9Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=11000时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和17Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当7Vref/16<Vip-Vin<8Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10111时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和15Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当6Vref/16<Vip-Vin<7Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10110时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和13Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当5Vref/16<Vip-Vin<6Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10101时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和11Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当4Vref/16<Vip-Vin<5Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10100时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和9Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当3Vref/16<Vip-Vin<4Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10011时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和7Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当2Vref/16<Vip-Vin<3Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10010时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和5Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当Vref/16<Vip-Vin<2Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10001时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和3Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当0<Vip-Vin<Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=10000时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref/16<Vip-Vin<0时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01111时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-2Vref/16<Vip-Vin<-Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01110时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-3Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-3Vref/16<Vip-Vin<-2Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01101时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-5Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当-4Vref/16<Vip-Vin<-3Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01100时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-7Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当-5Vref/16<Vip-Vin<-4Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01011时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-9Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-6Vref/16<Vip-Vin<-5Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01010时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-11Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-7Vref/16<Vip-Vin<-6Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01001时，第3个同相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-13Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当-8Vref/16<Vip-Vin<-7Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=01000时，第3个同相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-15Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当-9Vref/16<Vip-Vin<-8Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00111时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-17Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当-10Vref/16<Vip-Vin<-9Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00110时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-19Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为0；

当-11Vref/16<Vip-Vin<-10Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00101时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-21Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-12Vref/16<Vip-Vin<-11Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00100时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-23Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-13Vref/16<Vip-Vin<-12Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00011时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-25Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-14Vref/16<Vip-Vin<-13Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00010时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-27Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-15Vref/16<Vip-Vin<-14Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00001时，第3个反相从电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-29Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为；

当-Vref<Vip-Vin<-15Vref/16时，即D(1)D(2)D(3)D(4) D(5)=00000时，第3个反相主电容单元的内部开关闭合，电容阵列数模转换器1开始进行电荷重分布，当电荷重分布完成后，比较器2比较Vip-Vin和-31Vref/32的大小，输出第6次比较结果D(6)，第6次比较电容阵列消耗能量为。

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所述实施例，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。