具有增大分辨率的第一级的模-数转换器制造技术

本申请涉及具有增大分辨率的第一级的模‑数转换器。一个示例包括流水线型模‑数转换器装置(100)。流水线型模‑数转换器装置(100)包括电容式数‑模转换器(104)、第一模‑数转换器(106)和第二模‑数转换器(108)。电容式数‑模转换器(104)包括包含顶板(TP)和底板(BP)的电容器(112)，电容式数‑模转换器(104)在电容器(112)接地时对施加到流水线型模‑数转换器装置(100)的模拟输入信号进行采样，在顶板(TP)浮置时保持所采样的模拟输入，并输出残余电压。第二模‑数转换器(108)耦合到电容器(112)的顶板(TP)，第二模‑数转换器(108)在顶板(TP)浮置之后产生电容器(112)的顶板(TP)上的电压的第二数字表示，其中第二数字表示表示由流水线型模‑数转换器装置(100)的第一级产生的精细位。

【技术实现步骤摘要】
具有增大分辨率的第一级的模-数转换器
本公开总体上涉及一种模-数转换器，并且更具体地涉及具有增大分辨率的第一级的模-数转换器。
技术介绍
在电子学中，模-数转换器(ADC)是将模拟信号转换成数字信号的装置。例如，ADC可以将由麦克风拾取的模拟音频信号转换为数字信号，诸如来自允许用计算机操纵数字信号的录音棚中的麦克风。ADC还可以提供隔离测量，诸如将输入模拟电压或电流转换为与电压或电流的大小成比例的数字数的电子装置。数字输出通常是与输入成比例的二进制补码数。
技术实现思路
一个示例包括一种流水线型模-数转换器装置。流水线型模-数转换器装置包括包含电容式数-模转换器、第一模-数转换器和第二模-数转换器的第一级。电容式数-模转换器包括包含顶板和底板的电容器。电容式数-模转换器在电容器接地时对施加到流水线型模-数转换器装置的模拟输入信号进行采样，在顶板浮置时保持所采样的模拟输入，并输出残余电压。第一模-数转换器耦合到电容器的底板，第一模-数转换器在电容器接地时产生电容器的底板上的电压的第一数字表示，其中第一数字表示表示由流水线型模-数转换器装置的第一级产生的过程位(coursebit)。第二模-数转换器耦合到电容器的顶板。第二模-数转换器在顶板浮置之后产生电容器的顶板上的电压的第二数字表示，其中第二数字表示表示由流水线型模-数转换器装置的第一级产生的精细位。另一个示例包括一种将模拟信号转换为数字信号的方法，该方法包括在电容式数-模转换器的电容器的顶板接地时对施加到流水线型模-数转换器装置的模拟输入信号进行采样；将电容器的底板上的电压转换成第一数字表示，其中第一数字表示表示由流水线型模-数转换器装置的第一级产生的过程位；浮置电容器的顶板；以及将电容器的顶板上的电压转换成第二数字表示，其中第二数字表示表示由流水线型模-数转换器装置的第一级产生的精细位。另一个示例包括另一流水线型模-数转换器装置。流水线型模-数转换器装置包括第一级和第二级。第一级包括电容式数-模转换器、第一模-数转换器和第二模-数转换器。电容式数-模转换器包括包含顶板和底板的电容器，电容式数-模转换器在电容器接地时对施加到流水线型模-数转换器装置的模拟输入信号进行采样，并且在顶板浮置时保持所采样的模拟输入。第一模-数转换器耦合到电容器的底板，第一模-数转换器在电容器接地时产生电容器的底板上的电压的第一数字表示，其中第一数字表示表示由流水线型模-数转换器装置的第一级产生的过程位。第二模-数转换器耦合到电容器的顶板，第二模-数转换器在顶板浮置之后产生电容器的顶板上的电压的第二数字表示，其中第二数字表示表示由流水线型模-数转换器装置的第一级产生的精细位。第三模-数转换器耦合到电容式数-模转换器的模拟输出端，第三模-数转换器产生来自第一级的残余电压的第三数字表示。数字求和器将第一数字表示、第二数字表示和第三数字表示求和成为施加到流水线型模-数转换器装置的模拟信号的复合数字表示。附图说明图1示出了从装置的第一级获得附加位的装置的示例。图2示出了从装置的第一级获得附加位的另一装置的示例。图3示出了校正偏移误差的偏移校正电路的示例。图4示出了耦合到顶板模-数转换器和底板模-数转换器的示例电容式数-模转换器。图5示出了用于从图1和图2所示的装置的第一级获得附加位的示例方法。具体实施方式本公开涉及一种流水线型模-数转换器(ADC)，其能够从多个级的第一级中获得附加位。在一个示例中，ADC的第一级包括包含电容器的电容式数-模转换器(CDAC)。第一模-数转换器(ADC)耦合到电容器的底板，并且第二ADC耦合到电容器的顶板。第一级中的第一ADC和第二ADC一起为第一级产生比在第一级中通常使用单个附加ADC的更多的位。来自第一级的残余电压由第二级转换成分辨率的附加位。在示例中，包括使用耦合到电容器的顶板的第二模-数转换器的混合布置仅使用二十四个比较器允许横跨输入信号的六十四个等级(level)，其中通常这种分辨率将需要六十四个比较器。较少的比较器降低流水线型ADC的功率要求。通常，连接到流水线型ADC的第一级的输入端相对于第一级采样网络具有时序和带宽失配。这引入了动态误差，其在高输入频率下将第一级的有效位数限制为四个。本文公开的ADC包括消除这种动态误差的保持阶段。此外，通过在ADC的第一级内添加耦合到电容器的顶板的第二模-数转换器，使用ADC的第一级获得附加位，其允许第二级的放松规格。图1示出了从装置100的第一级获得附加位的装置100的示例。在示例中，装置100是流水线型ADC。在其它示例中，装置100是诸如音频记录设备的另一个装置内的组件。装置100包括第一级STG1和第二级STG2。然而，装置100可以基于期望的装置分辨率包括一个或多个附加级。STG1包括耦合到模拟输入端的电容式数-模转换器(CDAC)104，该模拟输入端向装置100提供模拟输入信号ANALOGINPUT。CDAC104包括电容器112。电容器112包括底板(BP)和顶板(TP)。CDAC104在电容器112耦合到接地的采样时间段内接受ANALOGINPUT。此后，电容器112的TP浮置并且在相减时间段(subtracttimeperiod)期间变为电压：-Vin(例如，ANALOGINPUT)+VDAC。在电压被减去之后，电容器112上的剩余电压被保持。电容器112两端的电压的这种保持消除了动态误差。因此，CDAC104起到类似采样/减法/保持电路的作用。CDAC104包括电容器阵列(图4)以生成电荷残余，该残余与N等级信号近似值与信号本身之间的差成比例。该电荷残余被转储到CDAC104内的放大器(图4)的虚拟接地上。CDAC104从输入电压中减去DAC电压，并且生成与在电容器112的TP上的残余电压成比例的电荷输入。CDAC104产生该残余的模拟电压表示，其比常规STG1中产生的大小更小。在示例中，CDAC104用于低到中等速度、低噪声、高线性度应用。CDAC104的电容器112的BP耦合到STG1内的第一模-数转换器(ADC)，本文被称为BPADC106。在电容器112耦合到接地的保持时间段期间，BPADC106接受电容器112的BP上的电压。BPADC106在保持时间段期间产生对应于由STG1产生的过程位的少量位。在示例中，BPADC106产生多达四位。在其它示例中，BPADC106产生更多或更少的位。BPADC106可能引入偏移误差，该偏移误差用图3中所示的电路解决。CDAC104的电容器112的TP耦合到STG1内的第二ADC，本文被称为TPADC108。在BPADC106产生其位之后，电容器112的TP浮置。在电容器112的TP浮置之后，BPADC106的输出端耦合到电容器112的BP。然后TP移动到ANALOGINPUT减去VDAC(BP)。VDAC(BP)是对应于由BPADC106产生的STG1输出的第一近似值的中间电压。此后，在电容器112的TP浮置的保持时间段期间，TPADC108接受在电容器112浮置之后在电容器112的TP上剩余的电压。TPADC108的输出确定将与BPADC106一起从ANALOGINPUT中减去的CDAC104的电压。TPADC108产生少量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流水线型模‑数转换器装置，包括：第一级，其包括：电容式数‑模转换器，其包括包含顶板和底板的电容器，所述电容式数‑模转换器在所述电容器的所述顶板接地时在所述电容器的所述底板上对施加到所述流水线型模‑数转换器装置的模拟输入信号进行采样，在所述顶板浮置时保持所采样的模拟输入，并且输出残余电压；第一模‑数转换器，其耦合到所述电容器的所述底板，所述第一模‑数转换器在所述电容器接地时产生所述电容器的所述底板上的电压的第一数字表示，其中所述第一数字表示表示由所述流水线型模‑数转换器装置的所述第一级产生的过程位；以及第二模‑数转换器，其耦合到所述电容器的所述顶板，所述第二模‑数转换器在所述顶板浮置之后产生所述电容器的所述顶板上的电压的第二数字表示，其中所述第二数字表示表示由所述流水线型模‑数转换器装置的所述第一级产生的精细位。

【技术特征摘要】
2016.12.30 US 15/395,2851.一种流水线型模-数转换器装置，包括：第一级，其包括：电容式数-模转换器，其包括包含顶板和底板的电容器，所述电容式数-模转换器在所述电容器的所述顶板接地时在所述电容器的所述底板上对施加到所述流水线型模-数转换器装置的模拟输入信号进行采样，在所述顶板浮置时保持所采样的模拟输入，并且输出残余电压；第一模-数转换器，其耦合到所述电容器的所述底板，所述第一模-数转换器在所述电容器接地时产生所述电容器的所述底板上的电压的第一数字表示，其中所述第一数字表示表示由所述流水线型模-数转换器装置的所述第一级产生的过程位；以及第二模-数转换器，其耦合到所述电容器的所述顶板，所述第二模-数转换器在所述顶板浮置之后产生所述电容器的所述顶板上的电压的第二数字表示，其中所述第二数字表示表示由所述流水线型模-数转换器装置的所述第一级产生的精细位。2.根据权利要求1所述的流水线型模-数转换器装置，进一步包括：第二级，其包括耦合到所述电容式数-模转换器的模拟输出端的第三模-数转换器，所述第三模-数转换器产生来自所述第一级的所述残余电压的第三数字表示；以及数字求和器，其将所述第一数字表示、所述第二数字表示和所述第三数字表示求和成为施加到所述流水线型模-数转换器装置的所述模拟信号的复合数字表示。3.根据权利要求2所述的流水线型模-数转换器装置，其中所述第二模-数转换器包含耦合到多个校正块的线性电压阶梯，所述多个校正块分别耦合到多个比较器，其中所述校正块使用来自偏移校正器的反馈信号以修改所述比较器的阈值，从而校正由所述数字求和器接收的所述第一数字表示和所述第二数字表示内的偏移误差。4.根据权利要求2所述的流水线型模-数转换器装置，进一步包括放大器，其用于放大所述残余电压，并且将所放大的残余电压输出至所述第二级。5.根据权利要求2所述的流水线型模-数转换器装置，进一步包括反馈回路，其用于将来自偏移校正器的偏移误差校正信号反馈所述第一模-数转换器。6.根据权利要求2所述的流水线型模-数转换器装置，进一步包括反馈回路，其用于将来自偏移校正器的偏移误差校正信号反馈给所述第二模-数转换器。7.根据权利要求1所述的流水线型模-数转换器装置，其中所述第一模-数转换器和所述第二模-数转换器是闪速模-数转换器。8.根据权利要求1所述的流水线型模-数转换器装置，其中所述第一模-数转换器产生四个位并且所述第二模-数转换器产生两个位。9.一种将模拟信号转换为数字信号的方法，包括：在电容式数-模转换器的电容器的顶板接地时，在所述电容器的底板上对施加到流水线型模-数转换器装置的模拟输入信号进行采样；将所述电容器的所述底板上的电压转换成第一数字表示，其中所述第一数字表示表示由所述流水线型模-数转换器装置的第一级产生的过程位；以及浮置所述电容器的所述顶板；以及将所述电容器的所述顶板上的电压转换成第二数字表示，其中所述第二数字表示表示由所述流水线型模-数转换器装置的所述第一级产生的精细位。10.根据权利要求9所述的将模拟信号转换为数字信号的方法，进一步包括：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·保罗，R·N·斯里尼瓦撒，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US