改进的模数转换器制造技术

描述了一种流水线型ADC，该流水线型ADC不等待信号的残差稳定以被递送至流水线的下一级，因此以比常规速度更快的速度将信号传递到后续级。使用处理表示搜索空间的边界的信号的流水线型ADC。因此，每个级不一定接收如由先前级预处理的信号，而是接收如由先前级预处理的搜索空间边界。减少ADC的“搜索空间”相当于如在现有技术中在流水线的每个步骤中创建残差。即使在输出稳定之前将来自一个状态的残余搜索空间边界输出呈现给下一级，以这种方式操作的ADC也在没有误差的情况下操作，并且对于给定的电力和带宽可能运行得更快。定的电力和带宽可能运行得更快。定的电力和带宽可能运行得更快。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的模数转换器
[0001]本申请要求于2020年3月9日提交的美国临时申请第62/987,085号和于2021年3月8日提交的美国申请第17/195,450号的优先权，上述申请通过引用以其全部内容并入本文中。


[0002]本专利技术一般地涉及信号处理电路，更具体地涉及模数转换器(ADC)。

技术介绍

[0003]如本领域所公知的，模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号。例如，ADC可以将输入模拟电压或电流转换成表示模拟电压或电流的大小的数字数值。因此，ADC必需能够找到该输入参数的值。
[0004]在某些情况下，可以在单个步骤中以足够的分辨率确定输入参数的值。在测量装置不能在一个步骤上递送足够分辨率的情况下，找到输入参数的值的公知的方法被称为逐次逼近法。
[0005]如果产生的表示输入参数的数字数值被限制在从0至255的单比特值的范围内，则需要8个二进制比特来唯一地标识所有可能的值。如果存在可以在一个步骤中产生8比特或更多比特的信息的测量装置，则逐次逼近法不是必要的。然而，如果与解析产生的数字数值的范围内的输入参数所需的比特的数量相比，测量装置递送更少的比特，则可以使用逐次逼近法。
[0006]例如，考虑输入参数是0克和255克之间的重量的示例。如果存在带有弹簧和指针布置的可用秤，该秤能够以1克为增量读出高达255克的重量，那么通过查看指针位置，可以以1克的精度一步读出放置在秤上的从0克至255克的任何物品的重量。
[0007]为了理解逐次逼近法，考虑将两个盘固定至单个支点上的类型的秤。待称重的物体被放置在第一个盘中，并且一个或更多个砝码被放置在第二个盘中。在以上重量在0克和255克之间的情况下，诸如128克、64克、32克、16克、8克、4克、2克和1克的二进制布置的砝码可被用来放置在第二个盘上。
[0008]在过程中，人们可以首先将128克的砝码放置在第二个盘上；128克可能会或可能不会超过第一个盘上的物体的重量。如果物体的重量大于128克，然后将64克的砝码添加到第二个盘中。另一方面，如果物体的重量最初小于128克，则从第二个盘中移除128克的砝码并将64克的砝码添加到第二个盘中。
[0009]如果物体的重量仍然超过第二个盘中的砝码，则将32克的砝码添加到第二个盘中。另一方面，如果物体的重量小于第二个盘中的砝码，则从第二个盘中移除64克的砝码并将32克的砝码添加到第二个盘中。这种在保持或移除先前添加的砝码的同时连续添加更小砝码的过程持续，直到达到平衡为止。然后第二个盘中的砝码的总量就是物体的重量。
[0010]通过重复地确定物体的重量是大于还是小于第二个盘中的砝码的重量，然后在留下或移除最近添加的砝码的同时添加下一个更小的砝码，这些盘最终会平衡。在这个过程
结束时，一定数目的砝码保留在第二个盘上，将这些砝码加起来等于物体的重量。
[0011]请注意，在弹簧和指针秤以及具有二进制称重砝码的秤这两种情况下，产生的测量是256分之一。在弹簧和指针的情况下，秤上的指针位置能够递送在一次测量中确定256分之一需要的所有八比特的信息。在另一种情况下，二进制称重秤每步产生单个比特的信息，即，第二个盘中砝码的总量是否大于第一个盘中的物体的重量。
[0012]这些示例用于表明：进行测量可以“瞬间”完成，即一步完成，或者可能需要逐次逼近法。在电子设备中，只需要单个测量步骤的等同于弹簧和指针秤的实例实际上被称为“闪速转换器”，而使用逐次逼近法的实例被称为逐次逼近寄存器(“SAR”)设备，因为在这样的寄存器中存储每个单个测量步骤是SAR设备和过程的必要部分。
[0013]在某些情况下，即使在每个测量步骤中得出多于一比特的信息时，也可以使用逐次逼近法：如果称重秤具有报告“大于施加的砝码但不大于施加的砝码的2倍”或“小于施加的砝码但不小于施加的砝码的1/2”等的器件，则用户/过程可以省略某些砝码的施加，因为已经知道添加特定砝码将没有影响。“不大于2倍”或“不小于1/2”的额外信息意味着每次测量多于一比特的信息，并且这已经在某些产品中被利用。
[0014]一些可用的SAR转换器“流水线”逐次逼近步骤。流水线是信号处理和计算机架构中公知的技术，其中多个步骤或指令在执行时交叠。
[0015]例如，在上面的秤示例中，该过程需要重复使用相同的秤；事实上，需要八个步骤来将物体的重量确定到可能的255克范围内的1克内。如上，首先与128克进行比较；根据是否移除砝码的单个结果，添加64克的砝码等。
[0016]流水线使用八个按顺序操作的称重秤来提供不同且有利的替选方案。第一个秤总是将未知物体重量与128克的砝码进行比较，并且将物体的副本及其超过或不超过128克的信息传递给下一个秤。然后第二个秤将物体与192克或64克进行比较，即，如果第一个秤报告大于128克，则第二个秤将物体与192克进行比较，或者如果第一个秤报告小于128克，则第二个秤将物体与64克进行比较。
[0017]几乎所有流水线型ADC中使用的进一步的改进是传递信号的“残差”而不是信号本身。在上面的秤的示例中，第一个秤将物体的副本以及关于第一个秤使用的是否超过了128克的信息传递到流水线的下一个级，即第二个秤。然后第二极使用来自第一个秤的信息，即来自先前状态的比特，来确定是否要将128克砝码放置在具有64克砝码的秤上。
[0018]然而，如果第一极可以在从物体移除128克之后传递物体的残留重量，那么第二极(和后续极)不需要使用先前得出的比特，而是只需要将它们的局部砝码施加到他们接收到的无论什么物体，记录该物体是高于还是低于局部砝码，并且传递接收到的物体的副本或与接收到的物体相同的重量减去局部砝码的物体。虽然这对于物体可能是困难的，但是对于信号是容易的。
[0019]这样的流水线的优点在于：第一个秤可以致力于待称重的下一个物体，而下一个秤可以致力于前一个物体。一旦流水线被填满，八个秤将允许以一个称重秤可以操作的速率递送所有八比特的测量，使得从第八个秤和最后一个秤以与物体被放置在第一个秤上的速率相同的速率递送完整的测量。
[0020]几乎所有快速的ADC都使用这样的方法；它们被流水线化，在每个级处从信号中提取一个或更多个比特，并将信号的残差传递到下一个级。
[0021]传递到下一级的残差必须精确地反映信号减去局部砝码。如果整个ADC要精确到12比特，则流水线中第一级的残差在提取一比特后必须精确到11比特，第二状态的残差必须精确到10比特，依此类推。将残差传递到下一极也必须很快，因为系统必须等待，直到残差在下一级的输入端处被成功地复制，然后才能移动到下一个样本。(如果每个级提取更多比特，例如，每个级提取两比特，那么在12比特的情况下，残差必须精确到10比特，依此类推。)。

技术实现思路

[0022]本文中描述了用于快速ADC的装置和方法，该快速ADC能够以比常规速度更快的速度将信号传递至流水线的后续级。
[0023]一个实施方式描述了一种将模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种将模拟信号的输入样本转换成数字值的方法，包括：由电路接收模拟信号的输入样本；由所述电路确定基于所述输入样本的值是大于等于还是小于高电平和低电平之和的分数，以及如果基于所述输入样本的值大于等于所述高电平加所述低电平之和的分数，则生成比特1或0，或者如果基于所述输入样本的值小于所述高电平和所述低电平之和的分数，则生成相反的比特0或1；如果基于所述输入样本的值大于等于所述高电平和所述低电平之和的分数，则由所述电路在不改变所述高电平的情况下将所述低电平重新设置成所述高电平加所述低电平之和的分数；如果基于所述输入样本的值小于所述高电平加所述低电平之和的分数，则由所述电路在不改变所述低电平的情况下将所述高电平重新设置成所述高电平加所述低电平之和的分数；以及重复以下步骤直到已经生成与所述数字值的期望精度对应的若干比特：将基于所述输入样本的值与所述高电平加所述低电平的分数进行比较，重新设置所述高电平或所述低电平，以及将由每个比较步骤生成的附加比特附接至先前生成的比特。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述输入样本的值与所述输入样本相同。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分数是二分之一。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分数大于二分之一。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：在确定所述输入样本是大于等于还是小于所述高电平加所述低电平之和的分数的步骤之前，由所述电路将所述输入样本的值向上调整或向下调整所需量，从而使得所述输入样本的值为零，以及将所述高电平和所述低电平向上调整或向下调整与所述输入样本被调整的量相同的量。6.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述输入样本大于等于高电平和低电平之和的分数时生成的比特是0，以及当所述输入样本小于高电平和低电平之和的分数时生成的比特是1。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：由所述电路接收指示范围的值和所述输入样本，以及生成作为所述输入样本和所述范围之和的高电平以及作为所述输入样本和所述范围之差的低电平。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模拟信号是包括所述输入样本和所述输入样本的反量的差分信号，其中，基于所述输入样本的值是所述高电平的反量加所述低电平的反量之和的分数，以及所述方法还包括：由所述电路接收所述输入样本的反量；如果基于所述输入样本的值的值大于等于所述高电平加所述低电平之和的分数，则由所述电路在不改变所述高电平的反量的情况下将所述低电平的反量重新设置成所述高电平的反量加所述低电平的反量之和的分数；如果基于所述输入样本的值的值小于所述高电平加所述低电平之和的分数，则由所述电路在不改变所述低电平的反量的情况下将所述高电平的反量重新设置成所述高电平的反量加所述低电平的反量之和的分数；以及重复以下步骤直到已经生成与所述数字值的期望精度对应的若干比特：将基于所述输
入样本的值与所述高电平加所述低电平的分数进行比较，重新设置所述高电平的反量或所述低电平的反量，以及将由每个比较步骤生成的附加比特附接至先前生成的比特。9.一种用作模数转换器中的级的电路，包括：比较器，所述比较器被配置成：将模拟信号的输入样本与高电平和低电平之和的分数进行比较，以及如果所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：硅谷介入有限公司，
类型：发明
国别省市：