模数转换器及其工作方法技术

本发明专利技术的实施例提供了一种模数转换器(ADC)，具有：输入端，配置为接收模拟输入电压信号；第一级ADC，连接至输入端并且配置为输出对应于模拟输入电压信号的第一数字值和对应于第一数字值与模拟输入信号之间的差的模拟余差信号；第二级ADC，连接至第一级ADC，并且配置为将模拟余差信号转换为第二数字值。第一级ADC和第二级ADC中的至少一个包括第一子级，第一子级配置为将模拟信号转换为表示模拟信号的数字值的第一位数，以及第二子级，配置为将模拟信号转换为数字值的第二位数，其中，第二位数大于第一位数；控制器，连接至第一级ADC和第二级ADC，并且配置为将第一数字值和第二数字值组合为表示模拟输入电压信号的数字输出信号。本发明专利技术的实施例还提供了模数转换器的工作方法。

Analog-to-Digital Converter and Its Working Method

An embodiment of the present invention provides an analog-to-digital converter (ADC) with: an input terminal configured to receive an analog input voltage signal; a first stage ADC connected to the input terminal and configured to output a first digital value corresponding to the analog input voltage signal and an analog residual signal corresponding to the difference between the first digital value and the analog input signal; and a second stage ADC connected to the first stage ADC. And is configured to convert the analog residual signal to a second digital value. At least one of the first stage ADC and the second stage ADC includes the first sublevel, which is configured to convert the analog signal into the first digit representing the digital value of the analog signal, and the second sublevel, which is configured to convert the analog signal into the second digit of the digital value, where the second digit is larger than the first digit; the controller is connected to the first stage ADC and the second stage ADC, and is configured. The first digital value and the second digital value are combined to represent the digital output signal of the analog input voltage signal. The embodiment of the present invention also provides a working method of an analog-to-digital converter.

【技术实现步骤摘要】
模数转换器及其工作方法
本专利技术的实施例总体涉及电子电路领域，更具体地，涉及模数转换器及其工作方法。
技术介绍
模数转换器(ADC)用于各种应用中，以便将检测到的模拟信号转换为数字信号。通常，数字输出是与输入成正比的二进制数。对连续的模拟输入信号进行周期性地采样，并且输出是离散的数字信号。将连续的模拟信号转换为数字信号需要对模拟输入进行量化，这可能引入误差。测量ADC性能的因素包括转换带宽和动态范围(信噪比)等。ADC的带宽主要由其采样率表征，并且ADC的动态范围受诸如分辨率(在整个模拟输入值范围内输出的离散值的数量)、线性度和精度(量化级匹配真实模拟信号的程度)等因素的影响。ADC的动态范围可以用其有效位数表示。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种模数转换器ADC，包括：输入端，配置为接收模拟输入电压信号；第一级ADC，连接至所述输入端，并且配置为输出对应于所述模拟输入电压信号的第一数字值和对应于所述第一数字值与所述模拟输入信号之间的差的模拟余差信号；第二级ADC，连接至所述第一级ADC，并且配置为将所述模拟余差信号转换为第二数字值；所述第一级ADC和所述第二级ADC中的至少一个包括：第一子级，所述第一子级被配置为将模拟信号转换为表示所述模拟信号的数字值的第一位数，和第二子级，所述第二子级被配置为将所述模拟信号转换为所述数字值的第二位数，其中，所述第二位数大于所述第一位数；以及控制器，连接至所述第一级ADC和所述第二级ADC，并且所述控制器配置为将所述第一数字值和所述第二数字值组合为表示所述模拟输入电压信号的数字输出信号。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种模数转换器ADC，包括：输入端，被配置为接收模拟输入电压信号；输出端，配置为输出表示所述模拟输入电压信号的第一数字输出信号；控制器，配置为接收时钟信号，其中，所述控制器配置为响应于所述时钟信号建立第一工作阶段和第二工作阶段；第一级ADC，包括连接至所述输入端的粗略级和连接至所述输入端的精细级，所述精细级被连接以接收所述粗略级的输出；其中，所述控制器配置为：在所述第一工作阶段期间，操作所述粗略级以对所述模拟输入电压信号进行采样；在所述第一工作阶段期间，操作所述精细级以对所述模拟输入电压信号进行采样；在所述第二工作阶段期间，操作所述粗略级以将所述模拟输入电压信号转换为所述第一数字输出信号的第一位数；在所述第二工作阶段期间，操作所述精细级以将所述模拟输入电压模拟信号转换为所述第一数字输出信号的第二位数；以及将所述第一位数和所述第二位数进行组合。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种模数转换ADC方法，包括：接收模拟输入电压信号；将所述模拟输入电压信号转换为第一数字值的第一位数；至少部分地基于所述第一数字值的第一位数将所述模拟输入电压信号转换为所述第一数字值的第二位数；将所述第一位数和所述第二位数组合成所述第一数字值；基于所述第一数字值与所述模拟输入电压信号之间的差来确定模拟余差信号；将所述模拟余差信号转换为第二数字值的第三位数；至少部分地基于所述第二数字值的第三位数将所述模拟余差信号转换为所述第二数字值的第四位数；将所述第三位数和所述第四位数组合成所述第二数字值；以及将所述第一数字值和所述第二数字值组合成表示所述模拟输入电压信号的数字输出信号。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1是示出根据一些实施例的模数转换器(ADC)系统的各个方面的框图。图2是进一步示出根据一些实施例的示例性ADC系统的各个方面的框图。图3是进一步示出图1和图2所示的ADC系统的各个方面的电路图。图4是进一步示出图1和图2所示的ADC系统的各个方面的电路图。图5是示出根据一些实施例的用于各种ADC工作阶段的示例性时钟信号的时序图。图6是进一步示出根据一些实施例的用于ADC工作阶段的示例性时钟信号的时序图。图7是示出根据一些实施例的示例性粗略级ADC的各个方面的电路图。图8是示出根据一些实施例的示例性精细级ADC的各个方面的电路图。图9是示出根据一些实施例的ADC方法的实例的过程流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的特定实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…之下”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号。典型的ADC布置包括流水线、闪存、Delta-Sigma、积分(斜率(sloping))、逐次逼近型寄存器(SAR)等。优点和缺点与每个ADC架构相关。例如，Delta-SigmaADC能够实现相对较高的分辨率(16位以及更高)，但可实现的带宽可能受到限制。SARADC通常能够以相对低的功耗进行工作，但可能具有有限的分辨率。用已知的SARADC布置提高分辨率和带宽可能引起不期望的增加的功耗。图1总体上示出了根据一些公开的实施例的ADC系统100的实例。通常，ADC系统100包括第一级ADC10和第二级ADC20。输入端102配置为接收模拟输入电压信号VIP，并且系统100在输出端104处输出表示模拟输入信号VIP的数字值Dout。第一级ADC10连接至输入端102，并且配置为输出表示数字输出Dout的部分的第一数字值以及模拟余差信号(analogresiduesignal)。第二级ADC20连接至第一级ADC10，并且将模拟余差信号转换为表示数字输出Dout的剩余部分的第二数字值。参考图2所示的实例，第一级ADC10和/或第二级ADC20中的一个或两者包括第一子级，第一子级在所示实例中是被配置为将模拟电压信号转换为第一数字输出位数S1的粗略级110，和第二子级，第二子级在所示实例中是被配置为将模拟电压信号转换为第二位数S2的精细级120，其中，第二位数可以大于第一位数。因此，对于第一级ADC10，粗略级110接收模拟输入电压信号VIP，并且将该模拟信号转换为具有S1位(第一级ADC10的最高有效位(MSB))的数字值。由粗略级110产生的S1位连同模拟输入电压信号VIP一起由精细级120接收。然后，第一级ADC10的精细级120输出了S2位(第一级ADC10输出的最低有效位(LSB))的输出。此外，第一级ADC10输出模拟余差信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模数转换器ADC，包括：输入端，配置为接收模拟输入电压信号；第一级ADC，连接至所述输入端，并且配置为输出对应于所述模拟输入电压信号的第一数字值和对应于所述第一数字值与所述模拟输入信号之间的差的模拟余差信号；第二级ADC，连接至所述第一级ADC，并且配置为将所述模拟余差信号转换为第二数字值；所述第一级ADC和所述第二级ADC中的至少一个包括：第一子级，所述第一子级被配置为将模拟信号转换为表示所述模拟信号的数字值的第一位数，和第二子级，所述第二子级被配置为将所述模拟信号转换为所述数字值的第二位数，其中，所述第二位数大于所述第一位数；以及控制器，连接至所述第一级ADC和所述第二级ADC，并且所述控制器配置为将所述第一数字值和所述第二数字值组合为表示所述模拟输入电压信号的数字输出信号。

【技术特征摘要】
2017.09.29 US 15/720,6131.一种模数转换器ADC，包括：输入端，配置为接收模拟输入电压信号；第一级ADC，连接至所述输入端，并且配置为输出对应于所述模拟输入电压信号的第一数字值和对应于所述第一数字值与所述模拟输入信号之间的差的模拟余差信号；第二级ADC，连接至所述第一级ADC，并且配置为将所述模拟余差信号转换为第二数字值；所述第一级ADC和所述第二级ADC中的至少一个包括：第一子级，所述第一子级被配置为将模拟信号转换为表示所述模拟信号的数字值的第一位数，和第二子级，所述第二子级被配置为将所述模拟信号转换为所述数字值的第二位数，其中，所述第二位数大于所述第一位数；以及控制器，连接至所述第一级ADC和所述第二级ADC，并且所述控制器配置为将所述第一数字值和所述第二数字值组合为表示所述模拟输入电压信号的数字输出信号。2.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述第一级ADC和所述第二级ADC中的每一个均包括所述第一子级和所述第二子级。3.根据权利要求1所述的模数转换器，还包括：放大器，接收由所述第一级ADC输出的所述模拟余差信号，其中，所述放大器配置为对所述模拟余差信号施加预定增益，并且将放大的所述模拟余差信号输出至所述第二级ADC。4.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述第一级ADC包括所述第一子级和所述第二子级，其中，所述第一子级配置为将所述模拟输入电压信号转换为所述第一数字值的第一位数，其中，所述第二子级配置为将所述模拟输入电压信号转换为所述第一数字值的第二位数，并且所述第二子级配置为输出所述模拟余差信号。5.根据权利要求1所述的模数转换器，其中，所述第二级ADC包括所述第一子级和所述第二子级，其中，所述第一子级配置为将所述模拟余差信号转换为所述第二数字值的第一位数，并且，所述第二子级配置为将所述模拟余差信号转换为所述第二数字值的第二位数。6.一种模数转换器ADC，包括：输入端，被配置为接收模拟输...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·金纽亚，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71