将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法和模数转换器技术

本发明专利技术涉及模数转换领域，具体涉及一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法，包括：提供电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路，所述电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路包括多个二进制加权电容器，所述多个二进制加权电容器包括具有相同电容值的多个电容器，所述具有相同电容值的多个电容器组成多个电容器支路；操作所述电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路以基于所述数控偏移电压的2

【技术实现步骤摘要】
将模拟输入信号转换为数字输出信号的方法和模数转换器


[0001]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

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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

[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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
[0010]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：
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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
[0019]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；
[0020]图10图示了根据本公开的各种实施例的电荷再分配逐次逼近型ADC的框图；
[0021]图11图示了根据本公开的各种实施例的图10中所示的电荷再分配SAC电路的示意图；
[0022]图12图示了根据本公开的各种实施例的8位ADC的电荷再分配SAC电路的示意图；
[0023]图13示出了根据本公开各种实施例的14位ADC的电荷再分配SAC电路的示意图；和
[0024]图14图示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。
[0025]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，包括：提供电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路，所述电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路包括多个二进制加权电容器，所述多个二进制加权电容器包括具有相同电容值的多个电容器，所述具有相同电容值的多个电容器组成多个电容器支路；在所述电荷再分配逐次逼近寄存器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N位数字信号的最低有效位所对应的模拟电压的整数倍乘以2
(
‑
K)
的值；和操作所述电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路以基于所述数控偏移电压的2
(K+1)
个电压步进，顺序产生2
(K+1)
个N位数字信号，其中，在2
(K+1)
个步骤中，将所述多个电容器支路中的电容器重新排列到不同的电容器支路中，以减少电容失配误差。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将2
(K+1)
个N位数字信号相加得到求和结果；和通过除法器将所述求和结果作除法以得到(N+K)位的数字信号。3.权利要求1的方法，其特征在于，其中：在数控偏移电压的每个周期内，每个电压步进至少出现一次，且一个周期内的所有电压步进之和为零。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：N等于6，K等于2；多个二进制加权电容器包括二进制权重等于1的第一电容器、二进制权重等于2的第二电容器、二进制权重等于4的第三电容器和多个电容器支路；所述多个电容器支路包括二进制权重等于8的第四电容器、二进制权重等于8的第五电容器、二进制权重等于8的第六电容器、二进制权重等于8的第七电容器、二进制权重等于8的第八电容器、二进制权重等于8的第九电容器和二进制权重等于8的第十电容器。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：在电荷再分配逐次逼近算法中，将第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器和第十电容器随机重排到不同的电容器支路中。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：在电荷再分配逐次逼近算法中，将第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器和第十电容器轮流排列到不同的电容器支路中。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：第一步，将第四电容器配置为第一电容器支路，将第五电容器和第六电容器的组合配置为第二电容器支路，将第七电容器、第八电容器、第九电容器和第十电容器的组合配置为第三电容器支路；第二步，将第五电容器配置为第一电容器支路，将第六电容器和第七电容器的组合配置为第二电容器支路，将第八电容器、第九电容器、第十电容器和第四电容器的组合配置为第三电容器支路；第三步，将第六电容器配置为第一电容器支路，将第七电容器和第八电容器的组合配置为第二电容器支路，将第九电容器、第十电容器、第四电容器和第五电容器的组合配置为第三电容器支路；
第四步，将第七电容器配置为第一电容器支路，将第八电容器和第九电容器的组合配置为第二电容器支路，将第十电容器、第四电容器、第五电容器和第六电容器的组合配置为第三电容器支路；第五步，将第八电容器配置为第一电容器支路，将第九电容器和第十电容器的组合配置为第二电容器支路，将第四电容器、第五电容器、第六电容器和第七电容器的组合配置为第三电容器支路；第六步，将第九电容器配置为第一电容器支路，将第十电容器和第四电容器的组合配置为第二电容器支路，将第五电容器、第六电容器、第七电容器和第八电容器的组合配置为第三电容器支路；和第七步，将第十电容器配置为第一电容器支路，将第四电容器和第五电容器的组合配置为第二电容器支路，将第六电容器、第七电容器、第八电容器和第九电容器的组合配置为第三电容器支路。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：N等于12，K等于2；和电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器电路包括用于处理高六位的MSB部分和用于处理低六位的LSB部分，其中MSB部分和LSB部分各自包括：多个二进制加权电容器，包括二进制权重等于1的第一电容器、二进制权重等于2的第二电容器、二进制权重等于4的第三电容器和多个电容器支路；所述多个电容器支路，包括二进制权重等于8的第四电容器、二进制权重等于8的第五电容器、二进制权重等于8的第六电容器、二进制权重等于8的第七电容器、二进制权重等于8的第八电容器的、二进制权重等于8的第九电容器和二进制权重等于8的第十电容器。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：在电荷再分配逐次逼近算法中，将LSB部分的第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器和第十电容器以第一轮换方式重新排列到LSB部分的不同电容器支路中；和在电荷再分配逐次逼近算法中，将MSB部分的第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第九电容器和第十电容器以第二轮换方式重新排列到MSB部分的不同电容器支路中。10.一种装置，其特征在于，包括：多个二进制加权电容器，耦合在比较器的第一输入端和多个信号总线之间，其中，多个二进制加权电容器具有从第一电容器到第(N
‑
K)电容器逐个翻倍的二进制权重，以及从第(N
‑
K)电容器到第(N
‑
K
‑
2+2
(K+1)
)电容器恒定的二进制权重；偏移电压发生器，被配置为生成具有2
(K+1)
个电压步进的数控偏移电压，馈送到比较器的第二输入端；和逐次逼近逻辑模块，被配置为接收比较器的输出信号，并产生用于控制多个二进制加权电容器的N位控制信号。11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，其中：所述数控偏移电压呈周期性重复，每个周期内包括2
(K+1)
个电压步进，其中，在所述数控偏移电压的每个周期中，每个电压步进至少出现一次，且一个周期内的所有电压步进之和
为零；和逐次逼近逻辑模块被配置为基于数控偏移电压的2
(K+1)
个电压步进生成2
(K+1)
个N位数字信号。12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：求和模块，被配置为接收逐次逼近逻辑模块产生的2
(K+1)
个N位数字信号，并对2
(K+1)
个N位数字信号求和得到求和结果；和除法器，被配置为接收由求和模块产生的求和结果，并将求和结果除以2，并且，除法器被配置为基于具有2
(K+1)
个电压步进的数控偏移电压产生具有(N+K)位的数字信号。13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，其中：多个二进制加权电容器中的(2
(K+1)
‑
1)个电容器的电容值等于多个二进制加权电容器中第(N
‑
K)电容器的电容值。14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，其中：在电荷再分配逐次逼近算法下的2
(K+1)
步中，多个二进制加权电容器中的(2
(K+1)
‑
1)个电容器轮流排列，减少电容失配误差。15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，其中：该装置是一种电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器，和电荷再分配逐次逼近寄存器模数转换器包括用于处理高位的MSB部分和用于处理低位的LSB部分，其中，MSB部分和LSB部分均包括多个二进制加权电容器，多个二进制加权电容器具有从第一电容器到第(N
‑
K)电容器逐个翻倍的二进制权重，以及从第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利杰，
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：