用于模数(A/D)转换的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及用于模数(A/D)转换的系统。在一种实施例中，公开了一种用于将模拟输入值转换为数字输出值的方法。执行了连续近似。所述模拟输入被量化为第一量化值，其使用DAC而被转换为第一模拟值。所述第一模拟值被从所述模拟输入值中减去，以形成第一残数。所述第一残数被量化以形成第二量化值，而通过使用所述DAC将所述第二量化值转换为第二模拟值并且从所述第一残数值中减去第二模拟值形成了第二残数。所述第二残数在随后被量化，以形成第三量化值。所述第一、第二和第三量化值被转换为数字输出值。所述第一、第二和第三量化值各自具有至少三个等级。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术总体上涉及电子电路，并且特别地涉及用于模数(A/D)转换的系统。
技术介绍
用以将模拟信号转换为数字形式的模数(A/D)转换器在如音频和视频记录、电信系统以及传感系统等之类的多种电子应用中得到运用。根据特定应用及其相应的性能指标，如采样率、分辨率以及线性度等，不同的A/D架构适用于各种各样的应用。例如，低功率中等分辨率A/D被用于如超声波和数码相机的模拟前端之类的应用。在例如采样率在IOksps与IOMsps之间，而位分辨率在8位与11位之间的，具有中等分辨率要求的中等采样率应用中，连续近似A/D转换器是无处不在的。连续近似A/D， 如图1中所示，具有比较器106、连续近似寄存器以及控制逻辑电路104、DAC 102和加法电路108。为了执行转换，DAC 102以例如为10000000( 二进制)的码设置到满量程的一半。 比较器106对DAC 102的输出与输入电压Vi之间的差异进行比较，以确定数字输出字的最高有效位(MSB)。如果DAC 102的输出大于Vi,则DAC将在下一比较周期中被设置为四分之一量程(即，01000000)。但另一方面，如果DAC 102的输出小于Vi,则DAC在下一转换中被设置为四分之三量程(即，11000000)。在下一转换中，DAC 102的输出与输入电压Vi之间的差异被再次进行比较，以确定下一DAC值。DAC 102的输出在每个连续的周期中逐渐地逼近输入电压\。在八个比较周期之后，基于对DAC 102的输入而确定出数字输出码。图2示例说明了连续近似A/D的常规开关电容器实施200。开关电容器连续近似 A/D转换器具有比较器204，以及寄存器和开关控制逻辑电路202。DAC是使用二进制加权电容器阵列210和开关208来实施的。电容器阵列210还被用作采样电容器。在工作的第一阶段，输入Vi经由开关208与电容器阵列210的下极板相连，而电容器阵列210的上极板则经由开关206接地。开关206在随后打开，电容器阵列210的下极板保持与Vi连接，这样来做出第一比较。电容器组210的下极板在随后根据前次比较的结果与Vref+或Vref-相连。在每个转换周期之后，每个连续电容器组连续地与Vref+或Vref-相连，直到完成二进制搜索并得到输出码。因为电荷在电容器阵列210中保存，所以误差不会在每个转换周期之后积累。然而，为了高分辨率，如果比较器204较慢或者较不精确，那么可能牺牲A/D线性度和精确度。开关电容器连续近似A/D转换器200的实际实施因此可能使用功率非常高的比较器。
技术实现思路
在本技术的一个方面，提供一种用于执行模数(A/D)转换的电路，其特征在于，所述电路包括放大器，其包括输入和输出；电容器阵列，其包括各自具有第一末端和第二末端的电容器，其中多个所述电容器的相应的第一末端各自与选择电路相连，该选择电路被配置用以将所述多个电容器中每一个的相应的第一末端个别地连接到系统输入电压、所述放大器的输出，或者多个参考电压中的一个，并且所述多个电容器中的每一个的第二末端与所述放大器的输入相连；A/D转换器，其与所述放大器的输出相连；控制单元，其被配置用以 在采样步骤中，通过控制所述选择电路将所述电容器阵列中的每个电容器的第一末端连接到所述系统输入电压，而使所述电路对所述系统输入电压进行采样，在所述采样步骤之后，使所述A/D转换器在第一转换步骤中执行第一 A/D转换，以产生第一转换结果，在所述第一转换步骤之后，使所述选择电路在第一再分布步骤中，基于所述第一转换结果，选择性地将所述多个电容器的第一组中的每一个电容器的相应的第一末端连接到所述多个参考电压中的一个，并且将不在所述第一组中的所述多个电容器的相应的第一末端连接到所述放大器的输出，在所述第一再分布步骤之后，使所述A/D转换器在第二转换步骤中执行第二 A/D 转换，以产生第二转换结果；以及输出电路，其被配置用以执行所述第一和第二转换结果的加权求和，以产生系统输出值。在上述电路的一个实施例中，所述控制单元还被配置用以在所述第二转换步骤之后，使所述选择电路在第二再分布步骤中，基于所述第二转换结果，选择性地将所述多个电容器的第二组中的每一个电容器的相应的第一末端连接到所述多个参考电压中的一个，并且将不在所述第一组或第二组中的所述多个电容器的相应的第一末端连接到所述放大器的输出，并且在所述第二再分布步骤之后，使A/D转换器在第二转换步骤中执行第三A/D转换， 以产生第三转换结果；并且所述输出电路还被配置用以执行第一、第二和第三转换结果的加权求和，以产生系统输出值。在上述电路的一个实施例中，所述控制单元还被配置用以在所述第二再分布步骤中增大所述放大器的开环增益。在上述电路的一个实施例中，所述控制单元还被配置用以在所述第一再分布步骤中增大所述放大器的开环增益。在上述电路的一个实施例中，所述放大器包括增益选择输入，其与所述控制单元的输出相连。在上述电路的一个实施例中，所述A/D转换器包括多个比较器。在上述电路的一个实施例中，所述电容器阵列包括差分电容器阵列；所述放大器包括差分放大器；并且所述A/D转换器包括多个差分比较器。在上述电路的一个实施例中，所述A/D转换器包括3. 5位A/D转换器。6 在上述电路的一个实施例中，所述3. 5位A/D转换器的输出被量化为15个等级。 在上述电路的一个实施例中，所述电路被配置用以执行冗余算法，以纠正转换误差。在上述电路的一个实施例中，所述电容器阵列包括二进制加权阵列。在本技术的另一个方面，提供一种用于执行模数(A/D)转换的半导体电路， 其特征在于，所述电路包括放大器，其包括输入、输出；电容器阵列，其包括各自具有第一末端和第二末端的电容器，其中多个所述电容器的相应的第一末端各自与选择电路相连，该选择电路被配置用以将所述多个电容器中每一个的相应的第一末端个别地连接到系统输入电压、所述放大器的输出，或者多个参考电压中的一个，并且所述多个电容器中的每一个的第二末端与所述放大器的输入相连；第一 A/D转换器，其与所述系统输入相连；第二 A/D转换器，其与所述放大器的输出相连；控制单元，其被配置用以控制所述半导体电路以使用所述第一 A/D转换器来执行第一 A/D转换，以产生第一转换结果； 在采样步骤中，通过控制所述选择电路将所述电容器阵列中的每个电容器的第一末端连接到所述系统输入电压，而对所述系统输入电压进行采样，在所述采样步骤之后，通过在第一再分布步骤中对所述选择电路进行控制，而基于所述第一转换结果，选择性地将所述多个电容器的第一组中的每一个电容器的相应的第一末端连接到所述多个参考电压中的一个，并且将不在所述第一组中的所述多个电容器的每一个的相应的第一末端连接到所述放大器的输出，在所述第一再分布步骤之后，在第二转换步骤中通过使用所述第二 A/D转换器来执行第二 A/D转换，以产生第二转换结果；在所述第二转换步骤之后，通过在第二再分布步骤中对所述选择电路进行控制， 而基于所述第二转换结果，选择性地将所述多个电容器的第二组中的每一个电容器的相应的第一末端连接到所述多个参考电压中的一个，并且将不在所述第一组或第二组中的所述多个电容器的相应的第一末端连接到所述放大器的输出，并且在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于执行模数（Ａ／Ｄ）转换的电路，其特征在于，所述电路包括：放大器，其包括输入和输出；电容器阵列，其包括各自具有第一末端和第二末端的电容器，其中多个所述电容器的相应的第一末端各自与选择电路相连，该选择电路被配置用以将所述多个电容器中每一个的相应的第一末端个别地连接到系统输入电压、所述放大器的输出，或者多个参考电压中的一个，并且所述多个电容器中的每一个的第二末端与所述放大器的输入相连；Ａ／Ｄ转换器，其与所述放大器的输出相连；控制单元，其被配置用以：在采样步骤中，通过控制所述选择电路将所述电容器阵列中的每个电容器的第一末端连接到所述系统输入电压，而使所述电路对所述系统输入电压进行采样，在所述采样步骤之后，使所述Ａ／Ｄ转换器在第一转换步骤中执行第一Ａ／Ｄ转换，以产生第一转换结果，在所述第一转换步骤之后，使所述选择电路在第一再分布步骤中，基于所述第一转换结果，选择性地将所述多个电容器的第一组中的每一个电容器的相应的第一末端连接到所述多个参考电压中的一个，并且将不在所述第一组中的所述多个电容器的相应的第一末端连接到所述放大器的输出，在所述第一再分布步骤之后，使所述Ａ／Ｄ转换器在第二转换步骤中执行第二Ａ／Ｄ转换，以产生第二转换结果；以及输出电路，其被配置用以执行所述第一和第二转换结果的加权求和，以产生系统输出值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建华，张宇星，
申请(专利权)人：意法半导体研发上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31