模数转换器和控制方法技术

模数转换器包括数模转换器、比较器和寄存器。数模转换器被配置为输出参考电压和模拟信号的电压之间的差分电压。比较器被配置为输出与由数模转换器输出的差分电压对应的比较信号。寄存器被配置为使数模转换器生成N对差分电压(N≥1)、第(N+1)对差分电压，并且被配置为输出与在(N+1)个比较信号中具有最小电压的比较信号对应的数字信号。

Analog to digital converter and control method

The analog to digital converter includes a digital to analog converter, a comparator and a register. The digital to analog converter is configured to output differential voltage between the reference voltage and the voltage of the analog signal. The comparator is configured to output a comparison signal corresponding to a differential voltage output by a digital to analog converter. The register is configured so that the DAC to generate N differential voltage (N = 1), the (N+1) on the differential voltage and configured to output digital signal (N+1) and in comparison with the minimum voltage signal corresponding to a signal in the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模数转换器和控制方法优先权本申请是于2015年12月21日提交的第14/977,598号美国专利申请的国际申请，要求于2015年6月17日提交的第62/180,837号美国临时申请的优先权和权益，所有申请通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及模数转换器和控制方法。背景逐次逼近模数转换器(ADC)利用内部数模转换器(DAC)生成不同的参考电压，并且将要转换的模拟信号的电压与参考电压进行比较，以便生成与要转换的模拟信号的电压对应的数字信号。逐次逼近ADC的示例具有与内部DAC中的无源组件的数量对应的分辨率，即，对于2N个无源组件(其中N是自然数)，具有N位分辨率。为了提高这样的逐次逼近ADC的分辨率，需要在内部DAC中提供更多数量的无源组件。然而，增加DAC中的无源组件的数量增加了制造成本。此外，由于模数转换期间时间常数的增加，转换速度降低并且功率消耗增加。概述因此，提供更有效的模数转换器及其控制方法将是有帮助的。根据本公开的一个方面的模数转换器包括：数模转换器，其被配置为输出参考电压和模拟信号的电压之间的差分电压；比较器，其被配置为输出与由数模转换器输出的差分电压对应的比较信号；以及寄存器，其被配置为使数模转换器生成N对差分电压(其中N是大于或等于一的整数)，被配置为通过使数模转换器的正极侧和负极侧中的一个输出第(N+1)差分电压并且使正极侧和负极侧中的另一个输出等于第N差分电压的差分电压作为第(N+1)差分电压来使数模转换器生成第(N+1)对差分电压，并被配置为输出与在(N+1)个比较信号中具有最小电压的最小比较信号对应的数字信号。注意，如本公开中所使用的，“寄存器”指的是具有用于控制转换器的存储元件的电路。在以上方面中，数模转换器可以是包括一对转换器的差分数模转换器，每个转换器包括(N+1)个无源组件、将参考电压和模拟信号的电压输入到无源组件中并且生成参考电压和模拟信号的电压之间的N个差分电压。在以上方面中，寄存器可以使该对转换器中的一个转换器中的一个无源组件连接到参考电压并输出第(N+1)差分电压。以上方面还可包括解码器，其被配置为基于从寄存器获得的信号，将数字信号输入到数模转换器中。在以上方面中，该对转换器中的无源组件可以是电容器、电阻器或电容器和电阻器的组合。在以上方面中，该对转换器中的无源组件可利用二元系统或分段系统来配置。在以上方面中，模拟信号可以是差分信号或单端信号。在以上方面中，模数转换器可包括多个比较器。在以上方面中，具有不同电压电平的两个参考电压可经由开关连接到比较器中的正极侧和负极侧中的一个上的输入端子。在以上方面中，寄存器可在使数模转换器输出第(N+1)差分电压时通过控制开关来切换连接到输入端子的参考电压。根据本公开的一个方面的控制方法是在包括数模转换器、比较器和寄存器的模数转换器中使用的控制方法，该控制方法包括：数模转换器输出参考电压和模拟信号的电压之间的差分电压；比较器输出与由数模转换器输出的差分电压对应的比较信号；寄存器使数模转换器生成N对差分电压，其中N是大于或等于一的整数；寄存器通过使数模转换器的正极侧和负极侧中的一个输出第(N+1)差分电压并使正极侧和负极侧中的另一个输出等于第N差分电压的差分电压作为第(N+1)差分电压来使数模转换器生成第(N+1)对差分电压；以及寄存器输出与在(N+1)个比较信号中具有最小电压的最小比较信号对应的数字信号。在以上方面中，数模转换器可以包括一对转换器，每个转换器包括(N+1)个无源组件，并且以上方面还可包括转换器，每个转换器将参考电压和模拟信号的电压输入到无源组件中并生成参考电压和模拟信号的电压之间的N个差分电压。以上方面还可包括寄存器，其使该对转换器中的一个转换器中的一个无源组件连接到参考电压并输出第(N+1)差分电压。在以上方面中，模数转换器可包括解码器，并且控制方法还可包括解码器基于从寄存器获得的信号将数字信号输入到数模转换器中。在以上方面中，该对转换器中的无源组件可以是电容器、电阻器或电容器和电阻器的组合。在以上方面中，该对转换器中的无源组件可利用二元系统或分段系统来配置。在以上方面中，模拟信号可以是差分信号或单端信号。在以上方面中，模数转换器可包括多个比较器。在以上方面中，具有不同电压电平的两个参考电压可经由开关连接到比较器中的正极侧和负极侧中的一个上的输入端子。以上方面还可包括寄存器在使数模转换器输出第(N+1)差分电压时通过控制开关来切换连接到输入端子的参考电压。根据以下实施例的模数转换器和控制方法通过使用更少的无源组件以提高准确度，同时降低制造成本、增加转换速度并降低功率消耗而更有效。附图简述在附图中：图1是图示根据实施例1的4位逐次逼近ADC的示例的功能框图；图2是图示设有4位DAC的差分4位DAC的示例的功能框图；图3图示由图2的差分4位DAC输出的模拟电压；图4图示由图1的差分4位DAC输出的正模拟输出电压和负模拟输出电压；图5是图示由图1的差分4位DAC执行的示例控制方法的流程图；图6图示图2的差分4位DAC的电路结构的示例；图7图示图1的差分4位DAC的电路结构的示例；图8A和图8B图示使用设有使用12位DAC配置的差分13位DAC的13位逐次逼近ADC执行的实验的结果；图9是图示逐次逼近ADC的示例的功能框图；图10图示图9的差分2位DAC的电路结构的示例；图11图示输入到图9的差分2位DAC中的信号；图12图示图9的逐次逼近ADC的数字输出的示例；图13是图示根据实施例2的3位逐次逼近ADC的示例的功能框图；图14是图示图13中的差分3位DAC的示例的功能框图；图15图示输入到图13的差分3位DAC中的信号；图16图示图13的逐次逼近ADC的数字输出的示例；图17是图示逐次逼近ADC的示例的功能框图；图18图示图17的差分3位DAC的电路结构的示例；图19是图示根据实施例3的4位逐次逼近ADC的示例的功能框图；图20图示图19的差分4位DAC的电路结构的示例；图21图示输入到图19的1位电容式DAC中的信号；图22图示输入到图19的3位电阻式DAC的信号并从其输出的信号；图23图示在输入单端信号的情况下图19的逐次逼近ADC的数字输出的示例；图24图示在输入差分信号的情况下图19的逐次逼近ADC的数字输出的示例；图25图示根据本公开的设置在闪速(flash)ADC中的差分比较器电路的电路结构的示例；图26图示在图25中示出的差分比较器电路中的每个开关的控制状态的示例；以及图27图示3位闪速ADC的数字输出的示例。详细描述下面参考附图描述了所公开的实施例。实施例1图1是图示根据所公开的实施例中的一个的逐次逼近ADC的示例的功能框图。该实施例的逐次逼近ADC是具有四位分辨率的4位逐次逼近ADC。4位逐次逼近ADC10包括解码器11、差分4位DAC12、比较器13和逐次逼近寄存器(SAR)14。在SAR14的控制下，4位逐次逼近ADC10利用差分4位DAC12和比较器13来生成要转换的输入模拟电压与4位分辨率参考电压之间的差分电压，并测试差分电压是否被最小化，从而生成并输出与模拟电压对应的数字信号。此时，差分4位DAC12和比较器13通过采样阶段和具有至少两次试验的试验阶段。在该实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模数转换器，包括：数模转换器，所述数模转换器被配置为输出参考电压和模拟信号的电压之间的差分电压；比较器，所述比较器被配置为输出与由所述数模转换器输出的所述差分电压对应的比较信号；以及寄存器，所述寄存器被配置为使所述数模转换器生成N对差分电压，其中N是大于或等于一的整数，以通过使所述数模转换器的正极侧和负极侧中的一个输出第(N+1)差分电压并且使所述正极侧和所述负极侧中的另一个输出等于第N差分电压的差分电压作为第(N+1)差分电压来使所述数模转换器生成第(N+1)对差分电压，并输出与(N+1)个所述比较信号中的具有最小电压的最小比较信号对应的数字信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.17 US 62/180,837;2015.12.21 US 14/977,5981.一种模数转换器，包括：数模转换器，所述数模转换器被配置为输出参考电压和模拟信号的电压之间的差分电压；比较器，所述比较器被配置为输出与由所述数模转换器输出的所述差分电压对应的比较信号；以及寄存器，所述寄存器被配置为使所述数模转换器生成N对差分电压，其中N是大于或等于一的整数，以通过使所述数模转换器的正极侧和负极侧中的一个输出第(N+1)差分电压并且使所述正极侧和所述负极侧中的另一个输出等于第N差分电压的差分电压作为第(N+1)差分电压来使所述数模转换器生成第(N+1)对差分电压，并输出与(N+1)个所述比较信号中的具有最小电压的最小比较信号对应的数字信号。2.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述数模转换器是差分数模转换器，所述差分数模转换器包括一对转换器，每个转换器包括(N+1)个无源组件，所述参考电压和所述模拟信号的电压被输入到所述无源组件中，并且N个差分电压在所述参考电压和所述模拟信号的电压之间生成。3.如权利要求2所述的模数转换器，其中，所述寄存器使所述一对转换器中的一个转换器中的一个无源组件连接到所述参考电压并输出第(N+1)差分电压。4.如权利要求1所述的模数转换器，还包括解码器，所述解码器被配置为基于从所述寄存器获得的信号，将数字信号输入到所述数模转换器中。5.如权利要求2所述的模数转换器，其中，所述一对转换器中的所述无源组件是电容器、电阻器或电容器和电阻器的组合。6.如权利要求2所述的模数转换器，其中，所述一对转换器中的所述无源组件利用二元系统或分段系统来配置。7.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述模拟信号是差分信号或单端信号。8.如权利要求1所述的模数转换器，包括包含所述比较器的多个比较器。9.如权利要求8所述的模数转换器，其中，具有不同电压电平的两个参考电压经由开关连接到所述多个比较器中的正极侧和负极侧中的一个上的输入端子。10.如权利要求9所述的模数转换器，其中，所述寄存器在使所述数模转换器输出第(N+...

【专利技术属性】
技术研发人员：木岛雅史，水田悟，谷井努，松波弘之，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US