模数转换电路及其信号转换方法技术

本公开涉及模数转换电路及其信号转换方法。传统的模数转换电路具有不能抑制转换误差的问题。根据一个实施例，该模数转换电路包括电容分布类型的第一数模转换电路30、电容分布类型的第二数模转换电路31和用于比较两个数模转换电路的输出电压的比较电路32，并且在执行连续比较操作以连续改变施加到第一数模转换电路的参考电压之前，该模数转换电路生成具有与模拟输入信号的电压值相对应的数字值的中间数字值，根据中间数字值确定要施加到第二数模转换电路31的参考电压，并且然后在第二数模转换电路31的状态被保持的状态下，使用第一数模转换电路30执行连续比较操作。

【技术实现步骤摘要】
模数转换电路及其信号转换方法相关申请的交叉引用于2018年12月27日提交的日本专利申请No.2018-244120的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用整体合并于此。
本专利技术涉及一种模数转换电路及其信号转换方法，并且例如涉及一种通过关于单端输入的连续比较操作来将模拟输入信号转换为数字值的模数转换电路、及其信号转换方法。
技术介绍
连续比较当使用诸如微控制器等用于执行数字信号处理的半导体器件来处理从传感器获取的信息时，从传感器输出的信息具有模拟值，因此需要将该模拟值转换为数字值。在这种情况下，存在模数转换电路作为用于生成与模拟信号的模拟值相对应的数字值的电路。模数转换电路有各种类型，诸如具有出色的转换过程分辨率的连续比较型和具有出色的转换速度的闪存型。下面将描述连续比较类型的这种模数转换电路。这种连续比较型模数转换电路的示例在美国专利No.6,774,974中公开。美国专利No.6,774,974中描述的模数转换电路具有两个二进制加权电容器阵列(NDAC和PDAC)。结果，在美国专利No.6,774,974中公开的模数转换电路中，通过切换要施加到位阵列中的两个二进制负载电容器阵列的参考电压来改善共模抑制比(CMRR)和电源抑制比(PSRR)。
技术实现思路
然而，当在切换多个模拟输入信号的同时以时分方式对多个模拟输入信号执行模数转换过程时，输入到模数转换电路的输入电压可能会根据所选择的模拟输入信号的切换而极大地改变。在这种情况下，存在由于具有电容器阵列的电荷分配型模数转换电路的电容器的介电弛豫现象而导致转换误差变大的问题。从本说明书的描述和附图，其他目的和新颖特征将变得很清楚。根据一个实施例，模数转换电路包括电容分布类型的第一数模转换电路、电容分布类型的第二数模转换电路和用于比较两个数模转换电路的输出电压的比较电路，在执行连续比较操作以连续改变施加到第一模数转换电路的参考电压之前，该模数转换电路生成具有与模拟输入信号的电压值相对应的数字值的中间数字值，根据中间数字值确定要施加到第二数模转换电路的参考电压，然后在第二数模转换电路的状态被保持的状态下，使用第一数模转换电路执行连续比较操作。根据第一实施例，可以减小由模数转换电路中的介电弛豫现象引起的转换误差。附图说明图1是根据第一实施例的包括模数转换电路的半导体器件的示意图；图2是根据第一实施例的模数转换电路的电路图；图3是根据比较示例的模数转换电路的电路图；图4(a)示出了用于说明介电弛豫现象的电容器的等效电路的电路图，图4(b)示出了用于说明电容器的频率特性的曲线图；图5是示出由介电弛豫现象引起的转换误差的图；图6是示出由介电弛豫现象引起的采样电压的变化的框图；图7是用于说明根据第一实施例的模数转换的操作的定时图；图8是用于说明根据第一实施例的模数转换电路的第一采样过程中的开关的状态的电路图；图9是示出根据第一实施例的模数转换电路的第二采样过程中的开关的状态的电路图；图10是用于说明根据第一实施例的模数转换电路的比较过程中的开关的状态的电路图；图11是示出根据第一实施例的模数转换电路中的子ADC的分辨率和消除介电弛豫现象的效果的曲线图；图12是示出根据第二实施例的模数转换电路的第一实施例的电路图；图13是示出根据第二实施例的第二示例性模数转换电路的电路图；图14是根据第三实施例的模数转换电路的电路图；以及图15是用于说明根据第三实施例的模数转换电路的操作的定时图。具体实施方式为了说明的清楚，适当地省略和简化了以下描述和附图。另外，在附图中被描述为用于执行各种处理的功能块的元件可以在硬件方面被配置为CPU(中央处理单元)、存储器和其他电路，并且可以在软件方面通过被加载到存储器中的程序来实现。因此，本领域技术人员可以理解，这些功能块可以通过仅硬件、仅软件或其组合以各种形式实现，并且本专利技术不限于它们中的任何一个。在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且根据需要省略其重复描述。而且，可以使用各种类型的非暂态计算机可读介质来存储上述程序并且将其提供给计算机。非暂态计算机可读介质包括各种类型的有形存储介质。非暂态计算机可读介质的示例包括磁记录介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(只读存储器、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，屏蔽ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM、闪存ROM、RAM(随机存取存储器))。程序可以通过各种类型的暂态计算机可读介质提供给计算机。暂态计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂态计算机可读介质可以通过有线或无线通信路径(诸如电线和光纤)将程序提供给计算机。<第一实施例>在下面的说明中，将描述根据第一实施例的模数转换电路。尽管模数转换电路可以作为单个单元操作，但是下面将描述并入用于执行数字信号处理的半导体器件中的模数转换电路的示例。在这样的半导体器件中，可以存在到模数转换电路的多个模拟输入。在模数转换电路中，当通过时分来切换要进行模数转换过程的模拟输入信号时，介电弛豫现象的影响更加明显。换言之，根据第一实施例的模数转换电路在通过时分来切换要进行模数转换过程的模拟输入信号的应用中更为有效。图1是根据第一实施例的包括模数转换电路的半导体器件的示意图。如图1所示，半导体器件1包括总线10、算术单元(例如，CPU11)、RAM12、闪存ROM13、I/O(输入/输出)端口14、外围电路15和模数转换电路16。在根据第一实施例的半导体器件1中，CPU11、RAM12、闪存ROM13、I/O端口14、外围电路15和模数转换电路16通过总线10互连。CPU11加载存储在诸如闪存ROM13等非易失性存储器中的程序，并且根据所加载的程序的内容来执行数字信号处理。RAM12存储在CPU11处理中生成的中间数据。闪存ROM13是非易失性存储器，并且存储用于操作半导体器件1的程序或设置值。I/O端口14是用于在半导体器件1与另一半导体器件之间发射和接收数据的输入/输出接口。外围电路15是具有由诸如计时器和浮点运算处理器等CPU11使用的特定功能的电路组。模数转换电路16对从外部提供的模拟输入信号执行模数转换过程，并且生成与模拟输入信号的电压电平相对应的数字值。由于根据第一实施例的半导体器件1具有模数转换电路16的特征之一，因此下面将更详细地描述模数转换电路16。如图1所示，模数转换电路16包括选择电路，例如多路复用器20、ADC核21、连续比较ADC控制电路22和寄存器23。ADC核21从经由输入通道CH1至CHm输入的多个模拟输入信号中选择一个，其中m是表示通道数目的整数，并且将所选择的模拟输入信号输出到ADC核21。此时，多路复用器20可以具有例如切换要周期性地被选择的模拟输入信号的功能。ADC核21是用于执行模数转换过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模数转换电路，包括：/n主模数转换电路，用于将模拟输入信号转换为数字值；/n子模数转换电路，用于将所述模拟输入信号转换为数字值；以及/n连续比较控制电路，用于控制所述主模数转换电路并且用于输出最终结果输出值，/n其中所述主模数转换电路包括：/n比较电路，/n第一数模转换电路，具有：/n多个第一电容器，具有耦合到所述比较电路的差分输入端子中的一个差分输入端子的一端，以及/n多个第一开关，向所述多个第一电容器的另一端选择性地提供所述模拟输入信号、第一参考电压和第二参考电压中的一个，以及/n第二数模转换电路，具有：/n多个第二电容器，具有耦合到所述比较电路的差分输入端子中的另一差分输入端子的一端，以及/n多个第二开关，向所述多个第二电容器的另一端选择性地提供所述模拟输入信号、第一参考电压和第二参考电压中的一个，/n其中所述连续比较控制电路引起所述多个第一电容器和所述第二电容器在第一时段对所述模拟输入信号的模拟值进行采样，并且从所述子模数转换电路获取与所述模拟输入信号的模拟值相对应的中间数字值，/n在所述第一时段结束之后的第二时段，通过将所述多个第二开关的连接状态切换到与所述中间数字值相对应的状态，向所述多个电容器的另一端提供所述第一参考电压和所述第二参考电压中的一个参考电压，以及/n在所述第二时段结束之后的第三时段，所述多个第一开关的连续比较操作被执行，以获取所述最终结果输出值。/n...

【技术特征摘要】
20181227 JP 2018-2441201.一种模数转换电路，包括：
主模数转换电路，用于将模拟输入信号转换为数字值；
子模数转换电路，用于将所述模拟输入信号转换为数字值；以及
连续比较控制电路，用于控制所述主模数转换电路并且用于输出最终结果输出值，
其中所述主模数转换电路包括：
比较电路，
第一数模转换电路，具有：
多个第一电容器，具有耦合到所述比较电路的差分输入端子中的一个差分输入端子的一端，以及
多个第一开关，向所述多个第一电容器的另一端选择性地提供所述模拟输入信号、第一参考电压和第二参考电压中的一个，以及
第二数模转换电路，具有：
多个第二电容器，具有耦合到所述比较电路的差分输入端子中的另一差分输入端子的一端，以及
多个第二开关，向所述多个第二电容器的另一端选择性地提供所述模拟输入信号、第一参考电压和第二参考电压中的一个，
其中所述连续比较控制电路引起所述多个第一电容器和所述第二电容器在第一时段对所述模拟输入信号的模拟值进行采样，并且从所述子模数转换电路获取与所述模拟输入信号的模拟值相对应的中间数字值，
在所述第一时段结束之后的第二时段，通过将所述多个第二开关的连接状态切换到与所述中间数字值相对应的状态，向所述多个电容器的另一端提供所述第一参考电压和所述第二参考电压中的一个参考电压，以及
在所述第二时段结束之后的第三时段，所述多个第一开关的连续比较操作被执行，以获取所述最终结果输出值。


2.根据权利要求1所述的模数转换电路，还包括：
选择电路，用于输出从具有模拟值的多个输入信号中选择的一个信号作为所述模拟输入信号。


3.根据权利要求2所述的模数转换电路，
其中所述选择电路周期性地切换作为所述模拟输入信号而输出的所述输入信号。


4.根据权利要求1所述的模数转换电路，
其中所述子模数转换电路是闪存型模数转换电路。


5.根据权利要求1所述的模数转换电路，
其中所述多个第二电容器的总电容具有与所述多个第一电容器的总电容相同的电容。


6.根据权利要求1所述的模数转换电路，
其中所述子模数转换电路具有的分辨率小于或等于所述主模数转换电路的分辨率。


7.根据权利要求6所述的模数转换电路，
其中所述连续比较控制电路通过控制信号来控制所述多个第二开关，所述控制信号通过对从所述子模数转换电路输出的所述中间数字值进行解码而生成。


8.根据权利要求1所述的模数转换电路，还包括：
缓冲电路，用于向所述第二数模转换电路和所述子模数转换电路传输所述模拟输入信号。


9.根据权利要求1所述的模数转换电路，还包括：
缓冲电路，用于向所述第二数模转换电路传输所述模拟输入信号。


10.根据权利要求1所述的模数转换电路，还包括：
缓冲电路，用于向所述第一数模转换电路、所述第二数模转换电路和所述子模数转换电路传输所述模拟输入信号，
第一开关，设置在所述第一数模转换电路、所述第二数模转换电路和所述子模数转换电路与所述缓冲电路的输出端子之间，以及
第二开关，并联耦合到由所述缓冲电路和所述第一开关形成的串行电路。


11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井彻郎，仙头圭策，江幡友彦，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP