模数转换器及控制方法技术

本发明专利技术涉及模数转换领域，公开一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法及转换器，该方法包括将数控偏移电压添加到逐次逼近模数转换器电路的比较级中，其中数控偏移电压呈周期性重复，每个周期内包括至少2

Analog to digital converter and control method

【技术实现步骤摘要】
模数转换器及控制方法
[0001]本申请要求于2021年1月29日提交的题为“ADC Apparatus and Control Method”的美国临时申请第63/143,537号的权益以及要求于2021年12月16日提交的美国正式申请第17/644,589号的权益，该申请通过引用并入本文。


[0002]本专利技术涉及模数转换器(ADC)，并且在特定实施例中，涉及逐次逼近ADC。

技术介绍

[0003]ADC通常用于电子系统中以将模拟信号转换为数字信号。数字信号可以由各种数字处理器进一步处理，例如数字音频/视频处理器、无线通信处理器等。在某些应用中，ADC可以作为独立的半导体器件来实现。或者，ADC可以与其他电路集成在单个集成电路上。在各种ADC中，逐次逼近型ADC被广泛应用于各种需要良好分辨率和精度的应用中。
[0004]逐次逼近ADC通过在多个时钟周期内将数模转换器(DAC)的各种输出值与输入模拟信号进行比较来将模拟信号转换为数字信号。例如，在第一个转换周期中，数字信号的最高有效位(MSB)是通过比较输入模拟信号与DAC的中量程输出(即对应于100...00的模拟输出，其中DAC的MSB设置为逻辑1)来确定的。如果输入模拟信号的值大于DAC的中量程输出，则数字信号的MSB设置为逻辑1。另一方面，如果输入模拟信号的值小于DAC的中量程输出，则数字信号的MSB设置为逻辑零。在第二个转换周期中，根据第一个转换周期的结果，将输入模拟信号与DAC的1/4量程或3/4量程输出进行比较。在第二个转换周期中，确定第二个最高有效位。上述比较方法一直持续到数字信号的最低有效位(LSB)。一旦确定了LSB，模数转换就完成了，数字信号存储在逐次逼近ADC的寄存器中。
[0005]通用分辨率的逐次逼近ADC(例如，10位分辨率)对于大多数应用来说就足够了。然而，在某些应用中可能需要更高分辨率的逐次逼近ADC(例如11位或12位分辨率)。期望有一种简单可靠的方法来提高通用分辨率逐次逼近ADC的分辨率，以满足不同的应用需求。

技术实现思路

[0006]本公开的优选实施例通过将数控偏移电压添加到逐次逼近的比较级中来提供更高分辨率的逐次逼近ADC来解决或规避这些和其他问题的。
[0007]根据一个实施例，一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法包括将数控偏移电压添加到逐次逼近模数转换器电路的比较级中，其中数控偏移电压呈周期性重复，每个周期内包括至少2
(K+1)
个电压步进，且每个电压步进的值分别等于与N位的数字信号的最低有效位(LSB)对应的模拟电压(ALSB)的整数倍乘以2
(
‑
K)
，根据至少2
(K+1)
步数控偏移电压，操作逐次逼近模数转换器电路顺序产生至少2
(K+1)
个N位数字信号，将至少2
(K+1)
个N位数字信号相加得到相加结果，并通过除法模块对相加结果进行除法得到具有(N+K)位的数字信号。
[0008]根据另一个实施例，转换器包括被配置为接收采样和保持模块的输出信号和数模
转换器的输出的比较级、被配置为生成数控偏移电压的偏移电压发生器，该数控偏移电压被添加到比较级的一个输入中，并且其中数控偏移电压呈周期性重复，且每个周期内包括至少2
(K+1)
个电压步进，逐次逼近逻辑模块被配置为接收比较级的输出信号，并基于至少2
(K+1)
步的数控偏移电压，产生至少2
(K+1)
个N位数字信号，求和模块被配置为接收逐次逼近逻辑模块的输出信号，以及除法器模块被配置为接收由求和模块生成的求和结果，其中转换器被配置为基于至少2
(K+1)
步的数控偏移电压生成具有(N+K)位的数字信号。
[0009]根据又一实施例，一种方法包括将数控偏移电压添加到逐次逼近模数转换器电路的比较级中，其中数控偏移电压呈周期性重复，且每个周期内包括至少2
(K+1)
‑
1个电压步进，每个电压步进的值为与N位的数字信号的最低有效位LSB所对应的模拟电压(ALSB)的整数倍与2
(
‑
K)
的乘积，其中数控偏移电压在ALSB的(2
(
‑
K)
‑
1)倍到ALSB的(1
‑2(
‑
K)
)倍之间，操作逐次逼近模数转换器电路，基于至少2
(K+1)
‑
1步的数控偏移电压，依次产生至少2
(K+1)
‑
1个N位数字信号，计算2
(K+1)
‑
1个N位数字信号的加权和，得到一个求和结果，其中将零电压偏移下逐次逼近模数转换器的输出信号对应的N位数字信号与求和结果相加两次，并通过除法器模块对求和结果进行除法，得到(N+K)位的数字信号。
[0010]前面已经相当宽泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下公开的详细描述。本公开的附加特征和优点将在下文中描述，其形成本公开的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现与本公开内容的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造不脱离所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
[0011]为了更完整地理解本公开及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：
[0012]图1图示了根据本公开的各种实施例的逐次逼近ADC的框图；
[0013]图2图示了根据本公开的各种实施例的包括添加到输入电压路径中的数控偏移电压的逐次逼近ADC的框图；
[0014]图3图示了根据本公开的各种实施例的包括添加到ADC参考电压路径中的数控偏移电压的逐次逼近ADC的框图；
[0015]图4图示了根据本公开的各种实施例的包括通过输入电压缓冲器添加到输入电压路径中的数控偏移电压的逐次逼近ADC的框图；
[0016]图5示出了根据本公开的各种实施例的图4中所示的逐次逼近ADC的示意图；
[0017]图6示出了根据本公开的各种实施例的图2中所示的逐次逼近ADC的时序图；
[0018]图7示出了根据本公开的各种实施例的用于实现更高分辨率ADC的方法的流程图；
[0019]图8示出了根据本公开的各种实施例的图2中所示的逐次逼近ADC的另一时序图；以及
[0020]图9示出了根据本公开的各种实施例的用于实现更高分辨率ADC的另一种方法的流程图。
[0021]除非另有说明，不同图中对应的数字和符号一般指对应的部分。绘制附图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
[0022]下面详细讨论当前优选实施例的制作和使用。然而，应当理解，本公开提供了可以体现在多种特定上下文中的许多适用的专利技术概念。所讨论的具体实施例仅用于说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法，其特征在于，所述方法包括：在逐次逼近模数转换器电路的比较级中加入数控偏移电压，其中，所述数控偏移电压呈周期性重复，每个周期内包括至少2
(K+1)
个电压步进，且每个电压步进的值分别等于与N位数字信号的最低有效位(LSB)所对应的模拟电压(ALSB)的整数倍乘以2
(
‑
K)
的值；操作所述逐次逼近模数转换器电路以基于至少2
(K+1)
步的所述数控偏移电压依次产生至少2
(K+1)
个N位数字信号；将至少2
(K+1)
个N位数字信号相加得到求和结果；以及通过除法器模块将所述求和结果做除法以得到(N+K)位的数字信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述数控偏移电压的每个周期中，每一个电压步进至少出现一次并且一个周期中所有所述数控偏移电压之和等于0。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述除法器模块中，将所述求和结果除以2得到(N+K)位的数字信号。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述数控偏移电压置于采样保持模块的输出端与比较级的第一输入端之间，其中所述采样保持模块的输出电压和所述数控偏移电压相加，并且所述采样保持模块的输出电压和所述数控偏移电压的总和被馈送到所述比较级的第一输入端。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述数控偏移电压置于数模转换器电路的输出端与比较级的第二输入端之间，其中所述数模转换器电路的输出电压与所述数控偏移电压相加，所述数模转换器电路的输出电压与所述数控偏移电压的总和被馈送到所述比较级的第二输入端。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述数控偏移电压置于所述采样保持模块的输入端，其中所述数控偏移电压和所述采样保持模块的输入电压相加，所述模拟输入信号与所述数控偏移电压的和被馈送到所述采样保持模块的输入端。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数控偏移电压通过输入电压缓冲器耦合到所述采样保持模块。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述输入电压缓冲器是电压跟随器，并且其中：所述电压跟随器具有被配置为接收模拟输入信号的第一输入端，以及通过所述数控偏移电压连接到所述电压跟随器的输出的第二输入端，所述电压跟随器的输出电压等于所述模拟输入信号和所述数控偏移电压之和。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具有(N+K)位的数字信号在经过(2
(K+1)
‑
1)个模数转换周期的延迟之后产生。10.一种转换器，其特征在于，包括：比较级，被配置为接收采样保持模块的输出信号和数模转换器的输出；偏移电压发生器，被配置为生成添加到所述比较级的一个输入端的数控偏移电压，其中所述数控偏移电压呈周期性重复，且每个周期内包括至少2
(K+1)
个电压步进；逐次逼近逻辑模块，被配置为接收所述比较级的输出信号，并基于至少2
(K+1)
步的所述
数控偏移电压产生至少2
(K+1)
个N位数字信号；求和模块，被配置为接收所述逐次逼近逻辑模块的输出信号；以及，除法器模块，被配置为接收由所述求和模块生成的求和结果，其中所述转换器被配置为基于至少2
(K+1)
步的所述数控偏移电压生成具有(N+K)位的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利杰，黄振坚，陶海，
申请(专利权)人：希荻微电子国际有限公司，
类型：发明
国别省市：