[发明专利]模数转换器

说明书

背景技术

1．相关申请

本发明要求2009年11月19日提交的第61/262,737号临时专利申请的优先权，其全部内容合并入本文中。

2.技术领域

本教导涉及模拟电路。具体的，本教导涉及模数转换器（ADC，analog-to-digital converter）。

3.技术背景讨论

模数转换器（ADC）使用于广泛的应用范围，包括但不限于，传感器接口、工业应用、消费者应用以及通信。已经开发出针对模数（A/D）转换的各种电路和技术，所述各种电路和技术以各种应用和它们在速度、分辨率、噪声、功耗及其他性能相关参数方面上的变化需求为目标。

连续逼近（Successive approximation）是使用于A/D转换的公知顺序法，其中模拟信号值可以在电容性数模转换器结构（CDAC）上采样，并且顺序连续逼近过程用来产生模拟信号值的数字表示。连续逼近A/D转换过程的每个步骤可以确定数字表示的一个位（bit），例如，连续逼近A/D转换过程可以采取16步来产生16位分辨率的数字表示。因而，连续逼近ADC的最大转换率限度可以是相对较小的，例如，每秒一兆采样（1MSPS）。

顺序余量放大是用于使用在流水线（pipelined）型ADC中的A/D转换的公知方法。图1(a)（现有技术）显示了流水线型ADC 100，流水线型ADC 100包括三个余量（residue）放大电路级101、102以及103，它们通常称为MDAC级。第一MDAC级101接收和采样模拟输入信号值a1(k)，并且提供第一数字代码d1以及模拟值a2，模拟值a2是a1(k)相对于d1和参考电压VREF的经放大余量。图1(b)表示示出了MDAC 101的示例性实施例，其包括采样和保持（S/H）级101-1、闪烁型ADC 101-2、数模转换器101-3（DAC）101-3以及放大器电路101-4。采样和保持级101-1采样模拟输入信号a1并且提供采样的模拟输入信号值a1(k)。闪烁型ADC 101-2对a1(k)进行估算(evaluate)并且提供表示a1(k)的数字代码d1。例如，d1可以是a1(k)的两位表示。DAC 101-3接收数字代码d1并且提供电压d1*VREF。放大器电路101-4接收a1(k)和d1*VREF并且提供经放大的余量电压a2=A*(a1(k)-d1*VREF)。余量放大因子A例如可以是A=4。来自MDAC 101的输出信号d1、a2相对于输入信号a1延迟一个时钟周期。该延迟没有明确地表示在图2(a)和2(b)中，图2(a)和2(b)显示（部分地）在ADC 100的满量程（从0伏到VREF）内d1和a2相对于a1的标称关系。MDAC级102和103可以是与第一MDAC级101相同的。图2(c)-2(f)显示这些级相对于a1的输入和输出信号。数字组合器电路104组合由MDAC电路101、102和103产生的第一、第二以及第三数字代码d1、d2、d3以提供采样的模拟输入信号值a1(k)的数字表示d(k)。注意d(k)相对于a1延迟三个时钟周期。2个时钟周期延迟电路105用来将d1与d3对齐，并且1个时钟周期延迟电路106用来将d2与d3对齐。由MDAC电路101、102和103实施的余量放大因子被数字组合器电路104考虑在内，并且d(k)=d1+d2/4+d3/16的数值可以表示比率a1(k)/VREF。

流水线型ADC可以包括比ADC 100更多或更少的MDAC级。此外，每个单个MDAC级可以解析出不同数量的位。例如，4级流水线型ADC可以利用4个MDAC级解析出6+4+2+2位，以提供模拟输入信号值的14位数字表示。流水线型ADC的每级可以执行整个A/D转换过程（特定模拟信号值的）的一步，但是所有级可以同时操作（每个级在不同的模拟信号值上操作）。流水线型ADC可以设计为以比顺序逼近型ADC的转换率更高的转换率操作，部分是因为每级仅可以执行整个A/D转换过程的的小部分，并且部分是因为流水线型转换过程可以包括比顺序逼近转换过程更少的步骤。