具有逐次逼近模数转换器的电路制造技术

在逐次逼近模数转换过程中，选择出向模拟输入信号的数字表示收敛的相继的数字参考值的序列。根据相继的数字参考值产生模拟参考信号并将其与模拟输入信号比较。根据比较结果选择数字参考值。在数字参考值的选择中，每次根据来自多个在先递归循环的比较器结果的值来选择在数字参考值之间的相继的步长。该比较结果定义了相继缩窄的数字值范围的序列，所述范围包含模拟输入信号的数字表示。使用多个比较器结果来选择数字参考值中的步长使得可以减小关于比较结果是否已稳定的不确定性。这从而使得可以减小相继的范围的大小，从而加速了收敛。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有逐次逼近模数转换器的电路。
技术介绍
逐次逼近模数转换器(SA-ADC)设计来通过逐次递归循环确定 模拟输入信号值的数字表示。在每一次递归循环中，采用模拟输入信 号与参考值的比较来縮窄包括模拟输入信号值的数字表示的数字值 范围。在传统的SA-ADC中，模拟信号值每次都与当前范围的中间值 比较。'根据比较的结果，将范围縮窄到当前范围的处于该中间值之上 或之下的那一半。对于以这种方式选择的范围，逐次地重复这种形式 的縮窄。以这样的传统SA-ADC进行的模数转换非常慢。这是因为与 中间值的比较是由数模转换器(DAC)和比较器实现的，在可以选择 下一范围之前，其需要稳定到最后量化的步长的一半以内。EP406973描述了一种改进SA-ADC速度的方法。该方法使用相互 重叠的半范围。从当前范围的三个半范围中进行选择，而不是从在中 间值之上和之下的两个半范围中选择。该选择从半范围、 、 中进行，其中R是当前范围的整个大小，在括 号中的值表示相对于该范围下限的该范围的上限和下限。根据指示出 模拟信号值必定处在某个范围中的比较来选择这些范围中的一个。该方法的优点源于这一事实需要比传统方法小的精度来执行 比较。需要更少的稳定时间来达到该精度。结果，可以比传统方法更 快地来执行上述比较。为了从三个范围中进行选择，将模拟信号值与 两个阈值比较，这两个阈值分别在当前范围的中间值与四分之一之 间、以及中间值与四分之三之间，比如当前范围的3/8和5/8。 一旦 DAC和比较器已稳定到当前范围的1/8之内，就可以选择这些半范围 的一个。对以这种方式得到的逐个范围重复这种形式的縮窄。通过将5比较结果相加来形成模拟信号值的数字表示。然而，这种SA-ADC方法仍然慢。可以通过在每个递归循环中同时进行与两个阈值的比较来提高速度，但是这增加了电路面积，因为 它需要两个比较器。而且，这种方式不会减小功耗，功耗主要取决于 必须执行的比较的次数，而不管是在不同的比较器中同时进行还是在 同一比较器中轮流地进行。
技术实现思路
其中，本专利技术的一个目的是提高逐次逼近模数转换器的速度和/ 或减小功耗。提供了如第一方面所述的电路。在其中执行逐次逼近模数转换， 其中在相继的数字参考值的控制下产生比较器的参考信号。使得数字 参考值序列收敛于模拟输入信号的数字表示。为了加快收敛，每次根 据来自多个在先递归循环的比较器输出信号的值来选择数字参考值 之间的相继的步长。如果所有相继的步长都以这种方式选择，就可以 实现最佳收敛，不过当至少两个相继步长以这种方式选择时，已经实 现了改进。在一个实施例中，将使用来自紧接此次之前的两个递归循 环的比较器输出信号所得出的信息来选择步长。因此，与传统逐次逼近模数转换相对比，更多的比较器输出信 号值而不仅是最近一次的比较器输出信号值会影响步长。这使得可以 选择这样的数字参考值，其以更少的步数收敛于代表模拟输入信号的 值。因为比较器输出信号在递归循环的结尾仍然没有完全稳定，所 以存在一个可能的模拟输入信号值的带，使不确定的比较器输出信号 值增加。在传统逐次逼近模数转换器中，使递归循环的持续时间足够 长从而该带处在最终量化精度以下，但在重叠方法中使用了更短时 间，这增大了带的大小。该带的大小增大的结果是收敛所需的步数增 力口，这是因为不确定性带越大则包含模拟输入信号的范围被縮窄得越慢。通过使用更多的比较器输出信号值来选择数字参考值的相继的步长，可以实现在不增加递归循环持续时间的情况下减小不确定值的 带，从而可以一并减小收敛所需的步的数量。在一个示例中，假设比 较器的模拟参考信号以指数规律稳定。在这个情况中，当已知了从模 拟参考信号稳定下来的那端向其最终值的方向时，可以减小不确定性 带。这取决于相继的步是否在相同的方向。使用该信息可以减小不确 定性带，相应地可以一并减小对范围进行减小的縮窄因子。在一个实施例中，控制电路配置来在相继的每个递归循环中选 择逐次縮窄的数字值范围，每个范围包含代表了来自信号输入端的模 拟输入信号值的数字值。控制电路通过一个处于1/2与1之间的縮窄 因子来逐次缩窄范围。因此每次比较导致进一步的收敛。可以对不同 的递归循环采用相同或不同的因子。用于每个递归循环的数字参考值 与用于前一递归循环的数字参考值被选择为处在相对于该递归循环 范围的中点的相对侧上。因此确保了可以选择模拟输入信号必然所处 的至少一个范围。在一个实施例中，当两个在先递归循环的比较器输出信号具有 相同的值或具有不同的值时，每一步的大小分别等于1减去缩窄因子 之后的平方或者縮窄因子的平方，直至达到最大为一个舍入误差。本技术可以应用于具有一位或多位的比较器的模数转换。对于 多位比较器，在每个递归循环中可以更大地縮窄可能的模拟输入信号 值的范围。附图说明通过使用以下附图描述的示例实施例，这些和其它目的和优点 将变得明显。图1示出模数转换电路；图2a和图2b示出数字参考值；图3—图5示出模数转换电路。具体实施例方式图1示出具有信号输入端10、参考电压发生器12、比较器14和控制电路16的模数转换电路。比较器14具有第一和第二输入端， 它们分别耦接到信号输入端10和参考电压发生器12的参考电压输出 端。比较器14具有耦接到控制电路16的比较器输出端。控制电路 16具有耦接到参考电压发生器12的控制输入端的第一输出端。可以 使用任何类型的数模转换电路来实现参考电压发生器12。此外，控 制电路16具有时钟信号输入端C和形成模数转换电路输出端的第二 输出端。可替换地，第一输出端可以用作第二输出端。在工作中，将输入信号施加到信号输入端10。优选地，提供采 样与保持电路(未示出)，其具有为信号输入端10提供输入信号的 输出端。比较器14将输入信号与来自参考电压发生器12的参考信号 比较。控制电路16接收从比较得到的比较器信号。在由时钟信号输入端C上的时钟信号所控制的逐次循环中，控 制电路16使用比较器输出信号以选择逐次参考值(阈值)，所述参 考值用于与模拟输入信号值比较。控制电路16根据所选参考值向参 考电压发生器12提供一个数字参考值。参考电压发生器12起到数模 转换器的作用。其对数字参考值产生响应，将比较器14的第二输入 端处的模拟信号驱动到与数字参考值对应的模拟参考信号电平。逐次逼近模数转换采用了基于测量的对逐次变窄的范围(已知 模拟输入信号位于其中)进行的选择。这种形式的模数转换的速度是 选择每个范围的测量所需的逐个范围的数量以及所需时间的函数。选 择范围的测量涉及从控制电路16输出到参考电压发生器12的一系列 数字参考值的输出，以定义应将模拟输入信号与之比较的参考信号。概念上，根据当前所选范围来选择数字参考值。实际上，这导 致数字参考值的序列T(n)，其收敛于在被标记为n(n依次等于0， 1， 2等等)的逐次递归循环中的模拟输入信号的数字表示。当提高数字参 考值序列T(n)的收敛速度时，模数转换速度提高而功耗减小。通过 精心选择数字参考值T(n)，可以使收敛速度最优化。即，可以改善 每次比较时范围大小的减小。控制电路16通过根据多个在先比较器输出信号D(n)选择数字 参考值T(n)中的步长，来改善数字参考值序列T(n)的收敛。传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括逐次逼近模数转换器的电路，包括：　信号输入端（１０），用于接收模拟输入信号；　参考信号发生器（１２），具有控制输入端和模拟参考信号输出端；　比较器（１４），其具有分别耦接到所述信号输入端和所述模拟参考信号输出端的第 一比较器输入端和第二比较器输入端，以及用于提供比较器输出信号的比较器输出端；　控制电路（１６），具有耦接到比较器输出端的输入端和耦接到参考电压发生器（１２）的控制输入端的控制输出端，所述控制电路配置来在逐次递归循环中在参考信号发生器（ １２）的控制输入端处指示数字参考值序列，所述逐次递归循环具有处在相继的数字参考值之间的步长，所述控制电路（１６）每次根据来自多个在先递归循环的比较器输出信号的值来选择相继的每个步长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙M洛斯玛，马尔滕韦尔特里格特，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]