模拟数字转换器及其操作方法技术

模拟数字转换器包含第一电容阵列、第一选择电路、第二电容阵列、第二选择电路及控制逻辑电路。模拟数字转换器的操作方法包含在第一取样期间，将交换信号切换至第一电平，以使第一选择电路以第一电压设置重置第一电容阵列以及使第二选择电路以第一电压设置重置第二电容阵列，以及在第二取样期间，将交换信号切换至第二电平，以使第一选择电路以第二电压设置重置第一电容阵列，以及使第二选择电路以第二电压设置重置第二电容阵列。控制逻辑电路在多个取样期间依据均匀顺序将交换信号在第一电平和第二电平之间进行切换。电平和第二电平之间进行切换。电平和第二电平之间进行切换。

【技术实现步骤摘要】
模拟数字转换器及其操作方法


[0001]本专利技术关于电子电路，特别是一种模拟数字转换器及其操作方法。

技术介绍

[0002]模拟数字转换器(analog
‑
to
‑
digital converter,ADC)是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的装置，在音频系统、视频系统、通讯系统、以及各种数字信号处理系统中得到广泛运用。逐次逼近寄存器(successive approximation register,SAR)模拟数字转换器是一种模拟数字转换器，使用电容阵列进行模拟至数字转换，具有低功耗的特性，适用于移动装置或便携装置。然而，由于SAR ADC采用的电容阵列中电容的不匹配，会造成SAR ADC的非线性误差，降低SAR ADC的精确度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的实施例提供一种模拟数字转换器的操作方法。模拟数字转换器包含第一电容阵列、第一选择电路、第二电容阵列、第二选择电路及控制逻辑电路。第一电容阵列中的每组电容包含第一电容及第二电容，具有实质上相等的电容值。第二电容阵列中的每组电容包含第一电容及第二电容，具有实质上相等的电容值。第一选择电路耦接于第一电容阵列，第二选择电路耦接于第二电容阵列，控制逻辑电路耦接于第一选择电路及第二选择电路。操作方法包含在第一取样期间，将交换信号切换至第一电平，以使第一选择电路将第一参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第二参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第二电容，以及使第二选择电路将第一参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第二参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第二电容；以及在第二取样期间，将交换信号切换至第二电平，以使第一选择电路将第二参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第一参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第二电容，以及使第二选择电路将第二参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第一参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第二电容。控制逻辑电路在多个取样期间依据均匀(uniform)顺序将交换信号在第一电平和第二电平之间进行切换，且第一电平和第二电平相异。
[0004]本专利技术的实施例提供一种模拟数字转换器，包含第一电容阵列、第一选择电路、第二电容阵列、第二选择电路、比较器及控制逻辑电路。第一电容阵列耦接于第一选择电路，包含多组电容，第一电容阵列中的每组电容包含第一电容及第二电容。第二电容阵列耦接于第二选择电路，包含多组电容，第二电容阵列中的每组电容包含第一电容及第二电容。比较器，包含第一输入端，耦接于第一电容阵列，第二输入端，耦接于第二电容阵列，以及输出端。控制逻辑电路，耦接于比较器的输出端以及第一选择电路和第二选择电路。在第一取样期间，控制逻辑电路用以将交换信号切换至第一电平，以使第一选择电路将第一参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第二参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第二电容，以及使第二选择电路将第一参考电压输出至第二电容阵列中的
每组电容的第一电容以及将第二参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第二电容。在第二取样期间，控制逻辑电路用以将交换信号切换至第二电平，以使第一选择电路将第二参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第一参考电压输出至第一电容阵列中的每组电容的第二电容，以及使第二选择电路将第二参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第一电容以及将第一参考电压输出至第二电容阵列中的每组电容的第二电容。控制逻辑电路在多个取样期间依据均匀顺序将交换信号在第一电平和第二电平之间进行切换，且第一电平和第二电平相异。
附图说明
[0005]图1A是本专利技术实施例中的一种模拟数字转换器的电路示意图。
[0006]图1B是图1A中第一选择电路和/或第二选择电路的电路示意图。
[0007]图2是图1A中的模拟数字转换器的操作方法的流程图。
[0008]图3A是本专利技术实施例中的另一种模拟数字转换器的电路示意图。
[0009]图3B是图3A中第一选择电路和/或第二选择电路的电路示意图。
[0010]图4A和图4B是图3A中的模拟数字转换器的另一种操作方法的流程图。
具体实施方式
[0011]图1A是本专利技术实施例中的一种模拟数字转换器1的电路示意图。模拟数字转换器1是3位分裂电容(split capacitor)逐次逼近寄存器(successive approximation register,SAR)模拟数字转换器，可依据逐次逼近方法(如二元搜寻法)将差动输入电压Vip,Vin转换为数字输出数据Dout。差动输入电压Vip,Vin可分别由第一信号源及第二信号源提供。数字输出数据Dout可包含3位。模拟数字转换器1可在每个操作周期内产生一组数字输出数据Dout。每个操作周期可包含取样阶段(或称为采集阶段)及量化阶段(或称为转换阶段)，模拟数字转换器1可在取样阶段对差动输入电压Vip,Vin进行取样以产生一对取样信号，以及在量化阶段将该对取样信号进行量化以产生数字输出数据Dout。量化阶段可包含多(3)次转换，用以依次产生数字输出数据Dout的多个(3)位。在多个取样阶段中，模拟数字转换器1可依据2种电压设置而被重置，由此降低由于电容性元件失配产生的电压误差，降低其积分非线性(integral nonlinearity，INL)误差及微分非线性(differential nonlinearity，DNL)误差，同时提供高速模拟至数字转换。
[0012]模拟数字转换器1可包含开关SW1及开关SW2、第一电容阵列141、第一选择电路121、第二电容阵列142、第二选择电路122、比较器16及控制逻辑电路18。第一选择电路121及开关SW1耦接于第一电容阵列141，第二选择电路122及开关SW2耦接于第二电容阵列142。比较器16可包含第一接收端，耦接于第一电容阵列141，第二接收端，耦接于第二电容阵列142，及输出端，耦接于控制逻辑电路18。控制逻辑电路18耦接于第一选择电路121及第二选择电路122。
[0013]第一电容阵列141可包含3组电容，3组电容的电容值各不相同，每组电容包含第一电容及第二电容，第一电容及第二电容具有实质上相等的电容值。第一电容阵列141的第一组电容可包含第一电容C1pa及第二电容C1pb，第二组电容可包含第一电容C2pa及第二电容C2pb，第三组电容可包含第一电容C3pa及第二电容C3pb。第一电容阵列141的第一组电容、
第二组电容及第三组电容可分别对应数字输出数据Dout的最高有效位(most significant bit,MSB)至最低有效位(least significant bit,LSB)。第一电容C1pa及第二电容C1pb可分别具有实质上相等的电容值3C，且第一电容阵列141的第一组电容可具有电容值6C；第一电容C2pa及第二电容C2pb可分别具有实质上相等的电容值2C，且第一电容阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟数字转换器的操作方法，所述模拟数字转换器包含第一电容阵列、第一选择电路、第二电容阵列、第二选择电路及控制逻辑电路，所述第一电容阵列包含多组电容，所述第一电容阵列中的每组电容包含第一电容及第二电容，所述第二电容阵列包含多组电容，所述第二电容阵列中的每组电容包含第一电容及第二电容，所述第一选择电路耦接于所述第一电容阵列，所述第二选择电路耦接于所述第二电容阵列，所述控制逻辑电路耦接于所述第一选择电路及所述第二选择电路，所述操作方法包含：在第一取样期间，将交换信号切换至第一电平，以使所述第一选择电路将第一参考电压输出至所述第一电容阵列中的所述每组电容的所述第一电容以及将第二参考电压输出至所述第一电容阵列中的所述每组电容的所述第二电容，以及使所述第二选择电路将所述第一参考电压输出至所述第二电容阵列中的所述每组电容的所述第一电容以及将所述第二参考电压输出至所述第二电容阵列中的所述每组电容的所述第二电容；以及在第二取样期间，将所述交换信号切换至第二电平，以使所述第一选择电路将所述第二参考电压输出至所述第一电容阵列中的所述每组电容的所述第一电容以及将所述第一参考电压输出至所述第一电容阵列中的所述每组电容的所述第二电容，以及使所述第二选择电路将所述第二参考电压输出至所述第二电容阵列中的所述每组电容的所述第一电容以及将所述第一参考电压输出至所述第二电容阵列中的所述每组电容的所述第二电容；其中所述控制逻辑电路在多个取样期间依据均匀顺序将所述交换信号在所述第一电平和所述第二电平之间进行切换，且所述第一电平和所述第二电平相异。2.如权利要求1所述的操作方法，其中所述均匀顺序为交替顺序。3.如权利要求1所述的操作方法，其中所述均匀顺序为随机顺序。4.如权利要求1所述的操作方法，其中所述均匀顺序为特定顺序。5.如权利要求1所述的操作方法，其中：所述第一电容阵列中的每组电容的所述第一电容及所述第二电容具有实质上相等的电容值；以及所述第二电容阵列中的每组电容的所述第一电容及所述第二电容具有实质上相等的电容值。6.如权利要求1所述的操作方法，其中：所述模拟数字转换器还包含比较器，包含第一输入端，耦接于所述第一电容阵列，及第二输入端，耦接于所述第二电容阵列；所述第一电容阵列的一组较大电容的第一电容的第一电容部分的电容值实质上等于所述第一电容阵列的一组较小电容的第一电容的电容值，且所述第一电容阵列的所述一组较大电容的第二电容的第一电容部分的电容值实质上等于所述第一电容阵列的所述一组较小电容的所述第一电容的所述电容值；所述第二电容阵列的一组较大电容的第一电容的第一电容部分的电容值实质上等于所述第二电容阵列的一组较小电容的第一电容的电容值，且所述第二电容阵列的所述一组较大电容的第二电容的第一电容部分的电容值实质上等于所述第二电容阵列的所述一组较小电容的所述第一电容的所述电容值；以及所述操作方法还包含：在第一转换期间，若所述比较器的所述第一输入端的电压大于所述第二输入端的电
压，所述第一选择电路将所述第二参考电压输出至所述第一电容阵列中的所述一组较大电容的所述第二电容，所述第二选择电路将所述第一参考电压输出至所述第二电容阵列中的所述一组较大电容的所述第一电容；以及在所述第一转换期间其后的第二转换期间，若所述比较器的所述第一输入端的电压小于所述第二输入端的电压，所述第一选择电路将所述第一参考电压输出至所述第一电容阵列中的所述一组较大电容的所述第一电容的所述第一电容部分或所述第一电容阵列中的所述一组较大电容的所述第二电容的所述第一电容部分，所述第二选择电路将所述第二参考电压输出至所述第二电容阵列中的所述一组较大电容的所述第一电容的所述第一电容部分或所述第二电容阵列中的所述一组较大电容的所述第二电容的所述第一电容部分。7.如权利要求1所述的操作方法，其中：所述模拟数字转换器还包含比较器，包含第一输入端，耦接于所述第一电容阵列，及第二输入端，耦接于所述第二电容阵列；所述第一电容阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：林楷越，王维骏，黄诗雄，刘凯尹，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：