[发明专利]连续逼近式模数转化器及其操作方法

说明书

本案披露了一种连续逼近式模数转化器及其操作方法。该连续逼近式模数转化器用来将一模拟输入信号转换为一数字码并且包含一切换电容式数模转化器，且该切换电容式数模转化器包含多个电容。该操作方法包含：在一取样阶段根据一数据切换该些电容中的至少一目标电容的端电压；在该取样阶段取样该模拟输入信号；在该取样阶段之后切换该至少一目标电容的端电压；比较该切换电容式数模转化器的输出以得到多个比较结果，其中该些比较结果构成系该数字码；以及根据该些比较结果切换部分该些电容的端电压。

技术领域

本案是关于连续逼近式(successive approximation register,SAR)模数转化器(analog to digital converter,ADC)，尤其是关于采用切换电容式(switch-capacitor)数模转化器(digital-to-analog converter,DAC)的连续逼近式模数转化器。

背景技术

在以下的说明中，将电容耦接比较器的一端称为上板，非耦接比较器的一端称为下板。如此的定义只是为了方便说明起见，不必然与实际电路中的“上”及“下”有关。

连续逼近式模数转化器通常包含比较器及切换电容式数模转化器，图1显示比较器105及现有的切换电容式DAC 110的内部电路。切换电容式DAC 110包含两个电容阵列，每一电容阵列包含n个电容(C1～Cn或C1'～Cn')及n个开关(SW1～SWn或SW1'～SWn')(n为正整数)，开关SWk(或SWk')根据控制信号GK(或#Gk)切换电容Ck(或Ck')下板的端电压(k为整数且1≦k≦n)。电容C1及C1'对应最高有效位元，而电容Cn及Cn'对应最低有效位元，因此电容值由电容C1及C1'往电容Cn及Cn'递减(例如以2的幂次方递减)。成对的电容(即电容Ck与Ck')具有实质上相同的电容值。控制信号#Gk为控制信号Gk的反相信号，换言之，当开关SWk切换至参考电压Vref1时，开关SWk'切换至参考电压Vref2；当开关SWk切换至参考电压Vref2时，开关SWk'切换至参考电压Vref1。图1显示模拟输入信号Vi为差动信号(由信号Vip及Vin组成)，且开关SWip及开关SWin用来取样模拟输入信号Vi。

在连续逼近式模数转化器进行比较及切换的过程中，参考电压Vref1或参考电压Vref2上的扰动会在比较器105的正输入端及负输入端造成误差，而且此误差量与开关(SW1～SWn及SW1'～SWn')的切换状态有关，即与连续逼近式模数转化器所输出的数字码有关。关于误差的成因及误差量的计算可参考中国专利申请号201510797229.7，此误差会影响连续逼近式模数转化器的表现(例如造成过大的差分非线性特性(differentialnonlinearity,DNL))。再者，因为开关SWk及SWk'通常由反相器实施，而反相器的P型金氧半场效电晶体(P-type MOSFET，或简称为PMOS)及N型金氧半场效电晶体(N-type MOSFET，或简称为NMOS)的等效阻抗通常不匹配，所以比较器105的正输入端及负输入端所看到的阻抗值与连续逼近式模数转化器所输出的数字码有关。阻抗的不匹配造成连续逼近式模数转化器的误差或信号噪声失真比(signal-to-noise and distortion ratio,SNDR)变差。更多关于阻抗匹配的讨论请参考中国专利申请号201710790848.2。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本案的一目的在于提供一种连续逼近式模数转化器及其操作方法，以提高连续逼近式模数转化器的表现及准确度。