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　　，用于检测芯片的工作电流，比如物联网芯片、消费电子这些电路待机时电流可以低到几十微安，我们将检测

　　我们采用8位的电荷重分配SAR-ADC进行电流检测。在设计过程中主要从三个指标切入：面积、精度、功耗。其中面积是最重要的因素，为减小面积，我们尽量减小电路规模，采用合理的版图布局，面积为0.0388 mm2;电流检测范围为1 mA~100 mA，检测精度总体达到1%,工作电压为1 V 时，整体功耗为19.3254 mW;由于主要的检测对象是低频甚至直流电流，对于检测速度的要求不高，我们的电流检测频率是22.7 kHz。电流检测电路主要分为以下模块：带隙、分压模块、电容阵列、电压比较器、SAR控制逻辑、开关逻辑、输出寄存器等，采用预检测、精确检测两过程，实现电流的精确测定。

　　电路总体框架如图1，主体为8位电荷重分配SAR-ADC结构。检测过程分为预检测和精确检测。预检测时由带隙及分压模块产生Vref0以及Vcm，经过等比电容阵列到达比较器，比较器的输出经过SAR逐次比较型控制逻辑反馈给电容阵列，控制开关的接入。逐位比较之后将每位数据存入寄存器，输出最终量化码。精确比较则是通过控制逻辑高三位数字量输出反馈，经过分压模块选取正确的检测档位，从而得到合适Vref及Vcm，再进行精确检测并输出结果。

　　本节主要对我们所实现的SAR-ADC基本模块的功能及其优缺点进行了简单的描述，包括带隙基准模块、采样电路、电容阵列和比较器。

　　传统带隙含有运放，使电路结构设计复杂，且含有电阻，存在精度及面积问题，功耗也较大。我们所采用的无电阻无运放的带隙结构，电路结构简单，工艺兼容性好，且功耗较低，温度系数为85 ppm。

　　传统的采样为开关电容或是传输门控制。我们所采用的是栅压自举开关，有效的提高了开关线性度，减小了采样信号的失真，但这也会使电路复杂度提高。同时，需要关注的是由于尺寸设计问题而导致在线性度及寄生电容之间的折衷。

　　依次由大小分别27、26、25、24、23、22、21、20、20倍cmin电容构成。电容中最后一个电容为dmmmy电容，只参与采样过程，转换过程中始终接地。转换过程分为传统的三阶段：采样阶段、保持阶段、电荷再分配阶段。

　　运放采用简单的差分共源级输入结构，为了减小噪声采用P管输入。我们采用负反馈电阻负载，采用电流抵消技术，可以提高运放的增益，通过调节负载管的尺寸可以得到很大的增益，且还有一个好处是负载管自偏置不需要额外的偏置电路提供偏置。

　　输出阵列由8个寄存器组成，下一次采样开始时即将上一次检测结果输出。作用是将原本的逐位输出转化为同步输出，且能持续11个时钟周期，方便读数，提高精度，也能提供控制分压模块的选择信号。

　　本节包括分压模块、SAR控制逻辑、开关逻辑三部分，这也是我们电路的主要创新点，突破了以往ADC的思路。

　　以往ADC参考电压固定，分辨率在整个测量范围内为定值，而我们通过分压模块改变ADC参考电压Vref来达到不同检测范围下的1% 精度，电路无须修改，同时减小了电路面积(8位)，无需为实现10 mA的精度而使用更高位数ADC。

　　预检测时，采用带隙产生的电压即最大电压直接作为ADC的基准电压，便可以得到一组输出。然后用该组输出的高三位的八种不同情况来作为分压模块的反馈控制，来选取准确的档位和适当的基准电压Vref，进入精确检测，可得到精确的检测结果。用预检测进行反馈控制，这样做使我们牺牲了一部分的速度来实现更好的精度。

　　SAR控制逻辑实则为ADC的一个难点，我们通过使用包含异步清零和置一的D触发器组成的电路来实现控制逻辑，原理易于理解，电路简单，易于实现。

　　当有Reset信号时，所有触发器复位输出0;无Reset信号，且时钟上升沿到来时，从最高位开始将该位输出先置位1，比较后的出实际D值，确定该位，从左到右一次进行，当九个时钟周期后，确定了输出的数字量，此时下一个时钟沿来时，数字量同时输出。

　　开关逻辑，采用选择器构成，开关逻辑主要控制电容的负极板，根据reset和SAR逻辑输出的数字量来控制开关在不同阶段接入哪一个信号。

　　(带隙产生的电压)对Vin进行逐次量化，量化过程已在设计报告中详细描述，得到输出结果后利用输出的高三位(即OUT7-OUT5)对分压模块进行控制，选择适当的Vref(Vref0分压得到)，对Vin进行再一次采样量化，旨在选取适当的量程，提高精度。其中，电源电压Vdd=1 V，假设待检测电流转化所得的电压V

　　=0.7 V，设此时的Vref0=1 V，可知准确的基准Vref=0.75 V，Vcm定义为Vref的一半。分两个阶段，预检测时ADC输出数字量前三位101可确定正确档位为Vref= 0.75 V，精确检测时ADC输出数字量为239，即11101110。CLK信号用脉冲源产生，其周期为2 ms，占空比50%，即频率为500 kHz，由于ADC完成一次完整转换需要22个时钟周期，因此ADC的工作频率为22.7 kHz，reset信号代表采样，其周期为22ms，高电平持续时间为2 ms。说明：根据比较器的带宽可知，实际的检测速度还可以更快，但由于本作品的检测对象是频率较低的电流，因此适当降低了速度，以求更高稳定性。我们进行了50 ms时域仿线。

　　0.75=0.697，与实际值0.7的误差为0.4%，因此电流检测误差符合要求。2.2 整体功耗仿线 mW(不包括带隙、时钟等外部模块)，工作电压为1 V，因此工作电流时19.3254mA。

　　SAR-ADC在SAR逻辑的控制下实现逐次逼近的过程。为了进一步降低数字电路的功耗，可以采用基于动态逻辑的SAR控制技术，可以很大程度上减少数字电路的复杂程度，同时由于使用的晶体管数目较少，功耗大大降低而且速度也有较大的提高。