本发明专利技术是有关于一种流水线式（ｐｉｐｅｌｉｎｅｄ）或循环式（ｃｙｃｌｉｃ）模数转换器（ＡＤＣ）。该模数转换器包含至少一组串联的二级电路，其具有各自不同的解析位元。二级电路共享一放大器，且其操作是互相错开的。此种前后级解析度可调（ｓｔａｇｅ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ？ｓｃａｌａｂｌｅ）的共享运算放大器技术可适用于流水线式或循环式的模数转换器，藉此大幅减少功率消耗并提高操作速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模数转换器(ADC，以下均称为ADC)，特别是涉及一种适用于流 水线式(pipelined)ADC或循环式(cyclic)ADC的前后级解析度可调(stage-resolution scalable)的共享运算放大器技术，藉此大幅减少运算放大器数量及其功率消耗并提高操 作速度。
技术介绍
近年来可携式通讯及影音电子装置的发展迅速，使得装置操作时间的增长成为迫 切的需求。但是，由于电池续航力的成长缓不济急，因此，降低功率消耗便成为达到该需求 的一种替代可行方案。 在目前的视频应用规格当中，流水线式(pipelined)模数转换器(ADC)较其他ADC 架构被普遍使用，主要原因在于流水线式ADC的硬件需求只随解析度增加而呈线性成长， 不会像快闪式(flash)ADC的硬件需求是呈指数性成长。以十位元解析度的应用为例，流水 线式ADC的硬件需求远低于其他ADC架构，使得流水线式ADC在电路面积及功率消耗方面 占有优势。 图1显示传统流水线式ADC架构1。输入信号Vin首先经由前端取样保持放大器 (front-end sample-and-hold amplifier, SHA) 11进行取样，以提供稳定保持信号给后级 电路12。每一级电路12分别解析部分位元(B)。经解析的部分位元藉由延迟元件(delay element) 13进行同步，并经由数字校正电路14进行校正及整合，以输出完整的N位元数 字码(N为ADC的解析度)。如图中的展开方块所示，每一级电路12包含子模数转换器 (sub-ADC，以下称为子ADC)121、子数模转换器(sub-DAC，以下称为子DAC) 122、取样保持 (S/H)电路123、模拟减法器124及放大器(Gi) 125。每一级电路12的子ADC 121各自对 输入信号进行初步量化，以产生部分数字码；该部分数字码再经由子DAC 122转换成相对 应的模拟电压值。经转换的模拟电压和取样的输入信号经由减法器124进行相减，以产生 残值(residual)信号126，其是代表输入信号经由该级电路所解析的部分数字码的量化误 差。接着，残值信号126经由放大器125放大成为符合整体ADC l的信号范围。藉此，每级 电路的参考电压将可共用，以减少系统设计的复杂度。再者，由于愈往后级电路所需解析的 位元数变得更少，而信号范围则保持固定，因此，后级电路的精确度要求将较前级电路来得 低。 图2显示乘积数模转换器(multiplying DAC，MDAC，以下称为MDAC) 120的电路图 及其操作。MDAC 120包含了前述的子DAC 122、取样保持放大器123、模拟减法器124及放 大器(Gi)125(例如运算放大器)。在此例子中，MDAC120是以如图所示的切换式电容电路 来实现，且每一级电路解析1. 5位元(亦即，1. 5位元/级)。当时脉信号clkl变为高电位 (1)时，MDAC 120进入取样阶段，此时放大器125具有单增益(unity gain)，其偏移量 (offset)V。s则储存于电容Cf、(；的上极板(亦即，靠近放大器125输入端)。接着，当时脉 信号clk2变为高电位(1)时，MDAC 120进入放大阶段，此时电容Cf作为反馈电容，而电容Cs的下极板则连接至子DAC 122的输出电压VK，藉此放大残值信号及校正偏移量。MDAC 120的精确度将决定整体ADC 1的精确度，而MDAC 120本身的精确度则决定于放大器125 的效能参数(例如增益和频宽)。由于放大器125是为整体DAC l功率消耗的最大来源， 因此，降低放大器125的功率消耗将可降低整体DAC l的功率消耗。如前所述，后级电路的 精确度要求将较前级电路来得低，因此，如果使用较低增益和频宽的放大器125来实现后 级电路，将可大幅降低整体电路的功率消耗。但是，如此一来设计者必须设计多种运算放大 器，此将增加电路设计的时间。 —般而言，具数字校正电路14的流水线式ADC l可容忍相当大的偏移量；所以，只 要不超过数字校正的容忍范围，则不会影响整体ADC l的线性度。因此，MDAC 120的实施 并不需要进行偏移量校正。例如，当时脉信号clkl为高电位(1)时，放大器125并不需 要连接为单增益组态以储存偏移量。换句话说，放大器125在取样阶段时是为闲置的，如图 3所示。若能在取样阶段善用此闲置放大器125，将可进一步降低整体电路的功率消耗，如 以下所述的传统技术。 (1)重复取样(double sampling)技术 图4显示双通道时分多址ADC架构4，用以加速整体ADC的操作。由于取样阶段 与放大阶段是互相错开的，因此当通道40处于取样阶段时，另一通道41则处于放大阶段， 所以此二通道不会同时使用放大器42。藉此，运算放大器42可以被共用(共享)，如此每 一级电路的操作速度可变为两倍，或者，放大器42的频宽可以减半，藉此可大幅降低电路 的功率消耗。然而，此技术必须额外增加一组电容(并增加电路面积)作为通道切换之用。 再者，还需增加额外电路(及其功率消耗)来克服通道不匹配问题(例如时序、偏移量、增 益的不匹配)。 (2)共享运算放大器技术 由于流水线式ADC前后级电路的操作是互相错开的(当某级在取样时，另一级则 进行放大)，因此，前后两级电路可共用一个运算放大器，此将可减少一半运算放大器的数 量，如图5所示。此ADC架构5的每一级电路具有相同解析度。共享的运算放大器52的规 格必须符合前级电路的精确度要求。由于后级(例如第2级)电路的精确度要求将较前级 (例如第l级)电路来得低，此将造成后级电路的浪费。共享运算放大器技术较重复取样技 术消耗更多的功率，其原因在于重复取样技术的频宽可降低一半且每一级均可针对该级的 精确度要求进行功率的最佳化。然而，从另一方面来看，共享运算放大器技术没有通道不匹 配问题，因此不需要相关的校正机制，因此其电路设计较重复取样技术来得简单。 鉴于传统各种ADC架构各具有其缺点，因此亟需提出一种新颖的ADC架构，用以保 持传统ADC架构的优点并避免其缺点。 由此可见，上述现有的模数转换器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而 亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道， 但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问 题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的适用于流水线式或 循环式模数转换器的前后级解析度可调的共享运算放大器技术，实属当前重要研发课题之 一，亦成为当前业界极需改进的目标。 有鉴于上述现有的模数转换器存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造5多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新 型的适用于流水线式或循环式模数转换器的前后级解析度可调的共享运算放大器技术，能 够改进一般现有的模数转换器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试 作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服现有的模数转换器存在的缺陷，而提供一种新型的 适用于流水线式或循环式模数转换器的前后级解析本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模数转换器，其特征在于其包含：至少一组串联的二级电路，其中该二级电路具有不同解析位元；以及一第一放大器，由该二级电路所共享，其中该二级电路的操作是互相错开的。
【技术特征摘要】
一种模数转换器，其特征在于其包含至少一组串联的二级电路，其中该二级电路具有不同解析位元；以及一第一放大器，由该二级电路所共享，其中该二级电路的操作是互相错开的。2. 根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，当该组的二级电路其中一级电路 进行取样时，另一级电路则进行放大，该二级电路不会同时使用该放大器。3. 根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，该组的二级电路的前级电路比同 组的后级电路解析的位元少，该模数转换器的前后级电路具有不同解析度。4. 根据权利要求3所述的模数转换器，其特征在于，该组的二级电路具有不同放大率。5. 根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，该组的二级电路的每一级电路包含一子模数转换器，对该级电路的输入信号进行初步量化； 一子数模转换器，将该子模数转换器的输出转换成相对应的模拟信号； 一取样保持放大器，用以取样及保持该级电路的输入信号； 一模拟减法器，将取样的输入信号减去该模拟信号，以产生一残值信号；以及 一第二放大器，用以放大该残值信号。6. 根据权利要求5所述的模数转换器，其特征在于其更包含一前端取样保持放大器， 用以提供该输入信号给该组的二级电路。7. 根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于其更包含一数字校正电路，用以校 正及整合该组的二级电路的输出。8. 根据权利要求7所述的模数转换器，其特征在于其更包含一延迟元件，连接于该组 的二级电路的输出与该数字校正电路之间，用以同步该组的二级电路的输出。9. 一种前后级解析度可调的共享运算放大器的流水线式模数转换器，其特征在于其包含多组串联的电路，该多组的电路中的每一组电路包含串联的二级电路，其中该每一组 电路的前级电路比同组的后级电路解析的位元少；以及多个运算放大器，每一该运算放大器由一组电路共享，其中同一组的二级电路的操作 是互相错开的，藉此，当该组的其中一级电路进行取样时，另一级...
【专利技术属性】
技术研发人员：张顺志，林进富，黄志豪，
申请(专利权)人：承景科技股份有限公司，财团法人成大研究发展基金会，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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