逐次逼近寄存器模数转换器及模数转换方法技术

一种逐次逼近寄存器模数转换器及模数转换方法。所述逐次逼近寄存器模数转换器用于将模拟输入信号转换成数字输出信号，包含数模转换器、比较器、以及逐次逼近寄存器逻辑。数模转换器具有用来接收模拟输入信号的输入端，以及用来根据模拟输入信号、最高有效位电容值以及小于最高有效位电容值的多个有效位电容值而提供中间模拟信号的输出端；比较器用来根据中间模拟信号而提供比较结果；逐次逼近寄存器逻辑用来根据比较结果而提供数字输出信号。以上所述的逐次逼近寄存器模数转换器及转换方法能够改善模数转换的线性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于ー种模数转换器(analog to digital converter, ADC),且特别有关于ー种逐次逼近(successive approximation)寄存器模数转换器及模数转换方法。
技术介绍
目前，模数转换器广泛地使用在各种应用中，例如医学系统、音频系统、测试和测量设备、通信系统以及影像和视频系统等。常见的模数转换器的结构包含快速(flash)模数转换器、流水线(pipeline)模数转换器以及逐次逼近寄存器(successive approximationregister, SAR)模数转换器。虽然快速模数转换器与流水线模数转换器的处理速度比逐次逼近寄存器模数转换器快，然而快速模数转换器与流水线模数转换器的耗电量相当大，因而不适用于使用有限电源供应的系统，例如便携式设备。 逐次逼近寄存器模数转换器(SAR ADC)的类型包含使用电阻式数模转换器(digital to analog converter,DAC)的电阻串SAR ADC、使用电容式数模转换器的电容阵列SAR ADC以及使用混合式数模转换器(例如电阻-电容数模转换器，C+R DAC)的电阻-电容混合SAR ADC0 一般而言，相较于电阻串SARADC，电容阵列SAR ADC具有较佳的线性。此夕卜，电阻-电容混合SAR ADC通常用于减少实际布局中冗长电阻串或是大面积电容阵列所导致的布局面积。然而，由于半导体エ艺的限制，大的电容值是必要的，于是会牺牲面积以及増加耗电量。对SAR ADC而言，由于电容式数模转换器或是混合式数模转换器中电容的不匹配，会使得中间码(middle-code)的转变(transition)成为造成非线性的主要原因。因此,需要能在不增加SARADC的电容值的情况下，改善线性。
技术实现思路
有鉴于此，特提供以下技术方案本专利技术的实施方式提供ー种逐次逼近寄存器模数转换器，用于将模拟输入信号转换成数字输出信号，包含数模转换器、比较器、以及逐次逼近寄存器逻辑。数模转换器具有用来接收模拟输入信号的输入端、用来根据模拟输入信号、最高有效位电容值以及小于最高有效位电容值的多个有效位电容值而提供中间模拟信号的输出端，以及数模转换器包含第一切換式电容阵列与第二切換式电容阵列。第一切換式电容阵列耦接于数模转换器的输入端以及输出端，用来根据选择信号选择性地提供最高有效位电容值或是多个有效位电容值，其中多个有效位电容值的总和等于最高有效位电容值；以及第二切換式电容阵列耦接于数模转换器的输入端以及输出端，用来当第一切換式电容阵列提供最高有效位电容值时提供多个有效位电容值，以及当第一切換式电容阵列提供多个有效位电容值时提供最高有效位电容值。比较器用来根据中间模拟信号而提供比较結果。逐次逼近寄存器逻辑用来根据比较结果而提供数字输出信号。本专利技术的实施方式另提供ー种模数转换方法，适用于逐次逼近寄存器模数转换器，其中逐次逼近寄存器模数转换器具有数模转换器以及逐次逼近寄存器逻辑，所述模数转换方法包含根据选择信号，通过数模转换器的第一切換式电容阵列来选择性地提供最高有效位电容值或是小于最高有效位电容值的多个有效位电容值；当多个有效位电容值是由第一切換式电容阵列所提供时，通过数模转换器的第二切換式电容阵列来提供最高有效位电容值；当最高有效位电容值是由第一切換式电容阵列所提供时，通过数模转换器的第ニ切换式电容阵列来提供多个有效位电容值；根据模拟输入信号、最高有效位电容值以及多个有效位电容值，得到中间模拟信号；根据中间模拟信号，提供比较結果；以及根据比较结果，通过逐次逼近寄存器逻辑来提供数字输出信号。以上所述的能够在不増加电容值的前提下改善模数转换的线性。附图说明 图IA是根据本专利技术实施例的底板采样逐次逼近寄存器模数转换器的示意图；图IB是根据本专利技术实施例的顶板采样逐次逼近寄存器模数转换器的示意图；图2A是根据本专利技术实施例的ニ进制加权M位电容式数模转换器的示意图，适用于图IB的顶板采样逐次逼近寄存器模数转换器；图2B是根据本专利技术实施例的則立电容式数模转换器的示意图，适用于图IA的底板采样逐次逼近寄存器模数转换器；图3是根据本专利技术实施例的3位电容式数模转换器的示意图；图4A是第K个采样周期期间的数模转换电路的等效电路的示意图；图4B是第K+1个采样周期期间的数模转换电路的等效电路的示意图；图5是图3中切换式电容阵列的电容交换操作的示意图。具体实施例方式在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属
的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准贝1J。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为ー开放式的用语，故应解释成「包含但不限定干」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。为了让本专利技术的该和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下实施例图IA是根据本专利技术实施例的底板采样(bottom-plate sampling)逐次逼近寄存器模数转换器(SAR ADC) 100A的示意图。逐次逼近寄存器模数转换器100A可在全部可能的量化电平(quantization level)之间来透过ニ进制搜寻■程序产生数字输出信号SD()Ut,其中数字输出信号SD()Ut表不模拟输入信号SAin的强度(在ー个米样时间的情况下)。逐次逼近寄存器模数转换器100A包含采样与保持电路110、数模转换器(DAC) 120、比较器130以及逐次逼近寄存器逻辑140。采样与保持电路110对模拟输入信号SAin进行采样，而得到已采样的模拟信号SSH。数模转换器120根据已采样的模拟信号Ssh、參考信号SMf、选择信号Sa以及多个控制信号CNT1-CNTn来产生中间模拟信号SIA。在一个实施例中，数模转换器120更可根据多个參考信号(例如Sraf+与Sref-)以及共同信号(common signal,例如Vcm)而产生中间模拟信号SIA。比较器130根据中间模拟信号Sia而提供比较结果CMP。逐次逼近寄存器逻辑140根据比较结果CMP而提供数字输出信号SD()Ut。此外，逐次逼近寄存器逻辑140更可根据比较结果CMP来提供控制信号CNT1-CNTn至数模转换器120。在此实施例中，逐次逼近寄存器逻辑140会提供选择信号Sa至数模转换器120，以执行电容交換操作，其中电容交換操作的详细实施方式将描述于下文。在此实施例中，数模转换器120为电容式数模转换器或是混合式数模转换器(C+R DAC)。在逐次逼近寄存器模数转换器100A中，数字输出信号Sllwt的每一位，从最高有效位(most significant bit, MSB)开始，是由逐次逼近寄存器逻辑140在采样与保持电路110的一个采样周期的期间所決定的。例如，为了决定数字输出信号Sltout的最高有效位，逐次逼近寄存器逻辑140会将最高有效位控制信号CNT1设为ー特定逻辑值(例如“ 1”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逐次逼近寄存器模数转换器，用于将模拟输入信号转换成数字输出信号，包含：数模转换器，具有用来接收该模拟输入信号的输入端、用来根据该模拟输入信号、最高有效位电容值以及小于该最高有效位电容值的多个有效位电容值而提供中间模拟信号的输出端，以及该数模转换器包含：第一切换式电容阵列，耦接于该数模转换器的该输入端以及该输出端，用来根据选择信号选择性地提供该最高有效位电容值或是该多个有效位电容值，其中该多个有效位电容值的总和等于该最高有效位电容值；以及第二切换式电容阵列，耦接于该数模转换器的该输入端以及该输出端，用来当该第一切换式电容阵列提供该最高有效位电容值时，提供该多个有效位电容值，以及当该第一切换式电容阵列提供该多个有效位电容值时，提供该最高有效位电容值；比较器，用来根据该中间模拟信号而提供比较结果；以及逐次逼近寄存器逻辑，用来根据该比较结果而提供该数字输出信号。

【技术特征摘要】
2011.06.24 US 61/500,911;2011.07.05 US 61/504,5411.一种逐次逼近寄存器模数转换器，用于将模拟输入信号转换成数字输出信号，包含: 数模转换器，具有用来接收该模拟输入信号的输入端、用来根据该模拟输入信号、最高有效位电容值以及小于该最高有效位电容值的多个有效位电容值而提供中间模拟信号的输出端，以及该数模转换器包含 第一切换式电容阵列，耦接于该数模转换器的该输入端以及该输出端，用来根据选择信号选择性地提供该最高有效位电容值或是该多个有效位电容值，其中该多个有效位电容值的总和等于该最闻有效位电容值；以及 第二切换式电容阵列，耦接于该数模转换器的该输入端以及该输出端，用来当该第一切换式电容阵列提供该最高有效位电容值时，提供该多个有效位电容值，以及当该第一切换式电容阵列提供该多个有效位电容值时，提供该最高有效位电容值； 比较器，用来根据该中间模拟信号而提供比较结果；以及 逐次逼近寄存器逻辑，用来根据该比较结果而提供该数字输出信号。2.如权利要求I所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该第一切换式电容阵列与该第二切换式电容阵列的每一个都包含多个二进制加权电容，以及该逐次逼近寄存器逻辑更提供该选择信号至该第一切换式电容阵列与该第二切换式电容阵列，以便控制该第一切换式电容阵列与该第二切换式电容阵列交替地或是随机地提供该最高有效位电容值。3.如权利要求I所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该逐次逼近寄存器逻辑更分别提供多个控制信号至该第一切换式电容阵列与该第二切换式电容阵列，其中该多个控制信号包含最高有效位控制信号。4.如权利要求3所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该第一切换式电容阵列与该第二切换式电容阵列的每一个都包含多个分支，其中该多个分支的每一个包含 电容，耦接于该数模转换器的该输入端以及该输出端； 开关，耦接于该电容；以及 复用器，用来根据该选择信号而选择性地提供该最高有效位控制信号或是其他该多个控制信号中的一个来控制该开关，使得该开关选择性地提供第一参考信号或是第二参考信号至该电容。5.如权利要求4所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该数模转换器为N位的数模转换器，以及该多个有效位电容值的数量为N个。6.如权利要求5所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该多个控制信号的数量为(N+1)个，以及该多个分支的数量为N个。7.如权利要求5所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该电容的每一个都是用来提供该N个有效位电容值的一个别的电容值。8.如权利要求5所述的逐次逼近寄存器模数转换器，其特征在于该N个有效位电容值的每一个都...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴孟轩，钟勇辉，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：