專利名稱：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，更具體地說，涉及一種低功耗、高轉(zhuǎn)換精度和高速操作的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
有各種形式的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。作為高速操作型，通常使用一種閃速(flash)型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
閃速型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器把上限電壓VT和下限電壓VB之間的一個輸入電壓Vi轉(zhuǎn)換成N位(bit)數(shù)字信號并使用一個參考電壓輸出電路，該電路包含M個串聯(lián)的分割電阻R1至RM把上限電壓VT和下限電壓VB之間的電壓范圍分割成M＝2N份。
(M-1)個電壓分割點連接到(M-1)個比較器C1至CM-1的一側(cè)端子(例如負輸入端子)上。比較器C1至CM-1的其他端子(例如正輸入端子)連接到公共端。輸入電壓Vi加到該公共端子上。
就是說，當輸入電壓Vi大于VB+(VT-VB)/M并小于VB+2(VT-VB)/M時，只有安排在下限電壓VB一側(cè)的比較器C1被反轉(zhuǎn)。其他比較器C2至CM-1保持它們的未反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
一般地說，當輸入電壓Vi大于VB+(VT-VB)·(m-1)/M并小于VB+(VT-VB)·m/M時，在下限電壓VB一側(cè)的比較器C1至Cm-1被反轉(zhuǎn)，而其余的比較器Cm至CM-1保持它們的未反轉(zhuǎn)狀態(tài)(m＝1，2，...M)。
再有，比較器C1至CM-1的輸出連接到編碼器EN。(M-1)個比較器的輸出是編碼為N位數(shù)字信號的輸出。
閃速型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的部件被安裝在一個集成電路中，但M個分割電阻的電阻值以及(M-1)個比較器的偏移值變化，因此轉(zhuǎn)換精度降低是不可避免的。
圖2解釋一個比較器的操作特性。橫軸代表加到正輸入端的輸入電壓Vi與加到負輸入端的被分割電壓之間的差值電壓，而縱軸代表比較器的輸出。
所生產(chǎn)的比較器被設(shè)計成在0V差值電壓的情況下輸出時反轉(zhuǎn)，但有時反轉(zhuǎn)電壓偏離0V，這是由于在制造集成電路時出現(xiàn)的變化。這一偏差被稱作“偏移”。
為了防止由于偏移值的變化造成的轉(zhuǎn)換精度降低，提出了一種技術(shù)在比較器C1至CM-1的每一個當中構(gòu)成多個(例如3個)比較器，并在檢測或校準過程中選擇給出最小偏移的比較器用于轉(zhuǎn)換。
即使構(gòu)成多個比較器，也不能保證會有偏移為0V的比較器。所以存在對改善轉(zhuǎn)換精度的限制。
所以，為改善轉(zhuǎn)換精度，提出把M個分割電阻R1至MM當中的每一個分割成多個電阻，并在檢測或校準過程中選擇向比較器提供參考電壓的分割位置，以使那個比較器的偏移達到最小(見日本未審查專利出版物(KoKai)10-65542號。)圖3顯示應(yīng)用上述技術(shù)的一個相關(guān)技術(shù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。分割電阻R1和RM各被分割成兩個電阻，而分割電阻R2至RM-1各被分割成3個電阻。再有，3個鄰接電阻通過一個開關(guān)連接到比較器C1至CM-1每一個的一個端子。
另一方面，包括上限電壓VT和下限電壓VB在內(nèi)的M+1個參考電壓通過開關(guān)反饋到輸入電壓端子。再有，編碼器的輸出被引向開關(guān)控制電路SC。開關(guān)控制電路SC控制分割電阻和比較器之間安排的開關(guān)以及把分割電阻反饋到輸入電壓端子的開關(guān)的操作。
再有，在校準模式下，該電路把被分割的電壓之一反饋到輸入電壓端子并選擇用于連接到比較器的分割電阻從而使相應(yīng)的比較器在預(yù)先確定的標準參考電壓處反轉(zhuǎn)。
在上述結(jié)構(gòu)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中發(fā)生下列問題(1)必須對每個比較器選擇連接點，于是當模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)增加時，為選擇連接點需要費時間。
再有，必須考慮從切換這些開關(guān)之時到比較器輸出穩(wěn)定之時的時間，所以為選擇連接點所用的時間變得更長。
(2)如果為了降低模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗而降低供電電源電壓，則有時不能確定連接點。
就是說，當降低電壓時，上限電壓VT和下限電壓VB之間的電壓差值變小，于是輸入電壓的動態(tài)范圍也變小。與此相對，比較器的偏移是由集成電路的產(chǎn)生方法確定的，于是偏移相對變大。
然而，在上述結(jié)構(gòu)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，由于連接點要從標準連接點為中心的有限范圍內(nèi)確定(在這一實施例中，是標準連接分割點以及兩個在此標準連接分割點之上和之下的分割點)，當偏移大時，有時即使改變連接點也不能校正這些偏移。
例如，如果上限電壓VT和下限電壓VB之間的電壓差是Vd，而數(shù)字輸出的位數(shù)是N，則對應(yīng)于最低有效位(LSB)的電壓是Vd/2N。
當在集成電路中形成比較器時，偏移可能會變?yōu)?0mV高。然而，在上述結(jié)構(gòu)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，偏移的可調(diào)節(jié)范圍是1LSB，即40mV，于是供電電壓必須大于40·2NmV。
例如，當N＝6時，供電電壓必須得高于40.64＝2560mV＝2.56V。不能做出供電電壓為1V的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
(3)再有，由于上述結(jié)構(gòu)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)編碼器EN對比較器輸出進行編碼的結(jié)果來控制連接和分割點，所以不可能檢測出比較器操作順序的擾亂(scrambling)。
就是說，在一個相關(guān)技術(shù)的閃速型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，比較器要隨著輸入電壓的變化順序地反轉(zhuǎn)，但有時由于偏移的存在使反轉(zhuǎn)序列被擾亂。例如，當輸入電壓逐漸上升時，比較器應(yīng)按Cm-1→Cm→Cm+1的順序反轉(zhuǎn)，但當比較器Cm的偏移大時，有時比較器Cm將不反轉(zhuǎn)，而其他比較器將按Cm-1→Cm+1的順序反轉(zhuǎn)。
然而，在上述結(jié)構(gòu)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，由于比較器的輸出被編碼，而連接和分割點被切換，所以有時不可能正確地識別反轉(zhuǎn)順序中的擾亂。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換器用于把模擬電壓轉(zhuǎn)換成N位數(shù)字信號，該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器包含(2N-1)個比較裝置；參考電壓輸出裝置，用于把上限電壓和下限電壓的電壓差分割成至少(2N)份并輸出包括所述上限電壓和下限電壓在內(nèi)的至少(2N+1)個參考電壓；校準電壓輸出裝置，用于在校準模式下向所述(2N-1)個比較裝置的一側(cè)輸入端子輸出斜坡狀電壓；校準裝置，用于在校準模式下，當所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓達到設(shè)計中所設(shè)(2N-1)個參考反轉(zhuǎn)電壓的每一個時，從所述參考電壓輸出裝置輸出的至少(2N+1)個參考電壓中選擇一個電壓提供給一個預(yù)先確定的比較裝置的其他輸入端，該電壓可使該比較裝置反轉(zhuǎn)；以及參考電壓供給裝置，用于向上述(2N-1)個比較裝置其他端子供給由所述校準裝置選擇的參考電壓。
在本發(fā)明中，由于向比較裝置供給斜坡狀校準電壓，所選擇的參考電壓使得校準裝置的偏移小于一個預(yù)先確定的閾值。
優(yōu)選的作法是，所述校準裝置包含一個參考電壓選擇裝置，用于從所述參考電壓輸出裝置輸出的至少(2N+1)個參考電壓中選出一個預(yù)先確定的電壓并把它加到所述(2N-1)個比較裝置的其他端子；校準電壓范圍檢測裝置，用于檢測所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓是否處在從所述下限電壓到所述上限電壓的一個預(yù)先確定的范圍內(nèi)；反轉(zhuǎn)時間計算裝置，用于在所述校準電壓范圍檢測裝置檢測到所述(2N-1)個比較裝置的反轉(zhuǎn)，而同時所述校準電壓檢測裝置的輸出電壓處在所述預(yù)定范圍內(nèi)的時候，計算從所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓變?yōu)榇笥谒鱿孪揠妷褐畷r到所述(2N-1)個比較裝置的輸出反轉(zhuǎn)之時的時間(反轉(zhuǎn)時間)；轉(zhuǎn)換裝置，用于在所述校準電壓范圍檢測裝置檢測到所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓已經(jīng)變得大于所述上限電壓之后，把所述反轉(zhuǎn)時間計算裝置計算出的反轉(zhuǎn)時間轉(zhuǎn)換成反轉(zhuǎn)電壓；以及參考電壓再選擇裝置，用于在所述轉(zhuǎn)換裝置計算出的反轉(zhuǎn)電壓和由所述參考電壓選擇裝置選定并加到所述(2N-1)個比較裝置的其他端子上的參考電壓二者之差為預(yù)先確定的閾值電壓或更大時，從所述參考電壓輸出裝置的至少(2N+1)個參考電壓中重新選出一個電壓加到所述(2N-1)個比較裝置的其他端子。
在本發(fā)明中，在以一個預(yù)先確定的參考電壓加到比較裝置的其他端子的狀態(tài)下，加上斜坡狀校準電壓，計算比較裝置的反轉(zhuǎn)時間，并根據(jù)計算結(jié)果重新選擇要加到比較裝置其他端子上的參考電壓。
更優(yōu)選的作法是，所述參考電壓輸出裝置輸出一個電壓，該電壓是把所述上限電壓和所述下限電壓之間的電壓差按預(yù)先確定的至少為(2N)的因子進行分割得到的。
在本發(fā)明中，參考電壓輸出裝置的輸出電壓的設(shè)定使得模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性成為預(yù)先確定的特性。
另一種作法是，所述參考電壓輸出裝置把所述最高參考電壓和所述最低參考電壓的電壓差均等地分成至少(2N)份。
在本發(fā)明中，參考電壓輸出裝置的輸出電壓的設(shè)定使得模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性成為線性的。
更優(yōu)選的作法是，在集成電路中所述校準電壓范圍檢測裝置的構(gòu)成在物理尺度上大于所述(2N-1)個比較裝置的物理尺度。
在本發(fā)明中，用于校準電壓范圍檢測裝置的比較器大于比較裝置的那些比較器。
另一種作法是，所述校準電壓范圍檢測裝置包含多個二級比較裝置形成于一個集成電路中，這些二級比較裝置的物理尺度與所述(2N-1)個比較裝置的物理尺度相同并接收相同的輸入信號作為輸入，還包含“多數(shù)決定”值計算裝置，用于計算該多個二級比較裝置輸出的“多數(shù)決定”值。
在本發(fā)明中，校準電壓范圍檢測裝置由多個比較器的“多數(shù)決定”值確定，這些比較器與比較裝置的比較器的大小相同。
最佳實施例描述下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的最佳實施例。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本構(gòu)成。該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器具有上限電壓比較器TC，下限電壓比較器BC，(M-1)個比較器C1、C2、...Cm-1，此時模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)是N，而且M＝2N，提供給相應(yīng)比較器的開關(guān)電路S1、S2、...SM-1，參考電壓輸出電路R，掃描發(fā)生器(sweepgenerator)SG，控制器CO，計時器TM，編碼器EN以及模式開關(guān)MS。
首先，模式開關(guān)MS具有在電壓測量模式和校準模式之間變化的功能。它在外部施加的輸入電壓Vi和從掃描發(fā)生器SG輸出的校準電壓VR之間切換要加到(M-1)個比較器C1、C2、...CM-1的一側(cè)輸入端子的電壓。
就是說，模式開關(guān)MS的公共端連到(M-1)個比較器C1、C2、...CM-1的一側(cè)輸入端以及上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的一側(cè)輸入端。
當要從模式開關(guān)MS的公共端輸出的電壓變?yōu)楦哂谏舷揠妷寒a(chǎn)生電路(未畫出)產(chǎn)生的上限電壓VT時，上限電壓比較器TC反轉(zhuǎn)其輸出。請注意，上限電壓轉(zhuǎn)換器TC是在校準模式下由控制器CO啟動的。
當模式開關(guān)MS公共端輸出的電壓變成高于下限電壓產(chǎn)生電路(未畫出)產(chǎn)生的下限電壓VB時，下限電壓比較器BC反轉(zhuǎn)其輸出。請注意，下限電壓轉(zhuǎn)換器BC是在校準模式下由控制器CO啟動的。
比較器C1、C2、...CM-1的其他端子通過相應(yīng)的開關(guān)電路S1、S2、...SM-1與參考電壓輸出電路R相連。
上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的輸出以及比較器C1、C2、...CM-1的輸出與計時器TM相連。
比較器C1、C2、...CM-1的輸出與編碼器EN相連。
圖5是參考電壓輸出電路R的詳細電路圖。K(K≥M)個參考電阻R1、R2、...Rk串聯(lián)在上限電壓VT和下限電壓VB之間。再有，(K-1)個分割點的電壓以及上限電壓VT和下限電壓VB總共(K+1)個電壓作為參考電壓加到開關(guān)電路S1、S2、...SM-1。
圖6是對應(yīng)于比較器C1、C2、...CM-1提供的開關(guān)電路S1、S2、...SM-1當中的一個開關(guān)電路Sm的詳細電路圖。對于每個開關(guān)電路Sm并聯(lián)安排(K+1)個開關(guān)SW1、SW2、...SWk+1。開關(guān)SW1、SW2、...SWk+1的一側(cè)端子共同與比較器C1、C2、...CM-1的其他輸入端相連。
再有，開關(guān)SW1、SW2、...SWk+1的其他輸入端與(K+1)個參考電壓相連。再有，在校準模式下由控制器CO控制開關(guān)SW1、SW2、...SWk+1的操作。
編碼器EN把(M-1)個比較器C1、C2、...CM-1的輸出編碼成N位信號，并把該信號作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號輸出。
當下限電壓比較器BC的輸出反轉(zhuǎn)時計時器TM開始計時，然后它計算(M-1)個比較器C1、C2、...CM-1的輸出反轉(zhuǎn)的時間，并在上限電壓比較器TC的輸出反轉(zhuǎn)時結(jié)束計時。請注意，計時器TM使用來自時鐘脈沖產(chǎn)生電路(未畫出)的時鐘信號CLK計時。
再有，在校準模式下的操作由控制器CO控制。
圖7是由控制器CO執(zhí)行的校準模式控制例程的流程圖。在步驟70，執(zhí)行校準電路形成例程，在步驟72執(zhí)行比較器反轉(zhuǎn)時間計算例程，在步驟74執(zhí)行連接和分割點確定例程。
圖8是在校準模式控制例程的步驟70執(zhí)行的校準電路形成例程的詳細流程圖。首先，在步驟700，模式開關(guān)MS被改變?yōu)樾誓Ｊ轿恢谩?br> 接下來，在步驟701，上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC被啟動，然后在步驟702，開關(guān)電路S1、S2、...Sk+1的標準開關(guān)被置為“通(CON)”。
這里，開關(guān)電路Sk(K＝1，2，...K+1)的“標準開關(guān)”是指比較器Cm(m＝1，2，...M-1)中相對于比較器Cm的另一端子不存在偏移時向比較器Cm的另一端子供給一參考電壓以使比較器Cm的輸出反轉(zhuǎn)所用的開關(guān)。特別是，當K＝M時，與比較器Cm對應(yīng)的開關(guān)電路Sm的開關(guān)SWm+1成為標準開關(guān)。
圖9是在校準模式控制例程的步驟72執(zhí)行的比較器反轉(zhuǎn)時間計算例程的流程圖。在步驟720，啟動產(chǎn)生校準電壓VR，它是由掃描發(fā)生器SG產(chǎn)生的斜坡形變化的電壓。
在步驟721，等待直至上限電壓比較器TC、下限電壓比較器BC以及比較器Cm的任何一個反轉(zhuǎn)時為止。
當在步驟721檢測到任何比較器的輸出反轉(zhuǎn)時，在步驟722存儲從最高低電壓比較器BC的輸出反轉(zhuǎn)之時到比較器Cm的輸出反轉(zhuǎn)之時的時間tm。
在步驟723，檢測是否上限電壓比較器TC的輸出已經(jīng)反轉(zhuǎn)而且掃描發(fā)生器SG的輸出電壓VR已變得高于上限電壓VT。重復(fù)步驟721直至是這樣時為止。
當在步驟723確認上限電壓比較器TC、下限電壓比較器BC以及比較器Cm已經(jīng)全部反轉(zhuǎn)時，在步驟724停止由掃描發(fā)生器SG產(chǎn)生校準電壓VR，于是該例程結(jié)束。
請注意，上述中假定掃描發(fā)生器SG的輸出電壓以斜坡狀從低電壓到高電壓改變，但掃描發(fā)生器SG的輸出電壓也可以從高電壓到低電壓變化。在這種情況中，步驟721和723的處理得要反序。


圖10是在校準模式控制例程的步驟74執(zhí)行的參考電壓再選擇例程的流程圖。在步驟740，至比較器Cm的輸出反轉(zhuǎn)的時間tm被按下式轉(zhuǎn)換成反轉(zhuǎn)電壓Vcm，在這一電壓處，比較器Cm的輸出反轉(zhuǎn)Vcm＝(VT-VB)tm/tB+VB這里，tB是從掃描發(fā)生器SG輸出的校準電壓VR變得高于下限電壓VB之時到它變?yōu)樯舷揠妷篤T之時的時間。
接下來，在步驟741，按下式轉(zhuǎn)換出比較器Cm的偏移電壓ΔVmΔVm＝Vrm-Vcm這里，Vrm是標準參考電壓，當比較器Cm無偏移時，在這一電壓其比較器Cm輸出應(yīng)被反轉(zhuǎn)。
在步驟742，判斷偏移電壓ΔVm的絕對值是否變得大于預(yù)先確定的閾值δ。
當在步驟742的判斷為“是”時，即當偏移電壓ΔVm的絕對值已變得大于預(yù)先確定的閾值δ時，在步驟743重新選擇參考電壓。
就是說，確定要接通的代替標準開關(guān)SWm+1的開關(guān)SWj，以把偏移電壓ΔVm校正到閾值δ范圍之內(nèi)。
“j”由下式確定j＝(m+1)+[ΔVm/ΔV]這里，ΔV是當把連接和分割點位置向上限電壓比較器一側(cè)移動一個點時的標準電壓改變量，而[X]是一個運算符，用于計算不超過X的最大整數(shù)。例如，如果X是“2.3”，則[X]＝2，如果X是“-1.7”，則[X]＝-2。
當在步驟743的處理結(jié)束且當步驟742的判斷為“否”時，即當偏移電壓ΔVm的絕對值小于預(yù)先確定的閾值δ時，該例程進入步驟744，在那里判斷是否已對所有比較器重新選擇了參考電壓。
當在步驟744的判斷為“否”時，即當尚未對所有比較器確定連接和分割點位置時，重復(fù)步驟740至743的處理。反之，當在步驟744的判斷為“是”時，即當對所有比較器已經(jīng)確定了連接和分割點位置時，這一例程結(jié)束。
這里，在校準模式下確定的比較器的連接和分割點位置被存儲在比較器CO中包括的存儲器中。注意，存儲器通常是RAM，但它也可以是熔絲ROM。
就是說，在RAM的情況中，當斷開電源時，所存儲的內(nèi)容最終丟失，所以在每次電源接通時必須進行校準，但其優(yōu)點是校準有可能附合于電源接通時的周圍環(huán)境。在熔絲ROM的情況中，如果在發(fā)貨時進行了校準便不需要其后進行校準，這便是它所產(chǎn)生的優(yōu)點。
就是說，根據(jù)本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，只要由掃描發(fā)生器產(chǎn)生校準電壓VR一次，便可能確定連接和分割點位置使所有比較器的偏移小于閾值，而且縮短了標定時間。
再有，根據(jù)本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，可能對每個比較器Cm從(K+1)個參考電壓中選出一個使偏移最小的參考電壓，于是，即使降低供電電壓并使比較器Cm的偏移變得較大，也能把偏移調(diào)節(jié)成小于閾值。
再有，根據(jù)按本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，反轉(zhuǎn)電壓不是像相關(guān)技術(shù)中那樣基于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出(即編碼器輸出)確定的。反轉(zhuǎn)電壓的確定是基于計時器TM計算出的比較器Cm的反轉(zhuǎn)時間，于是，即使當把有大偏移的比較器和有小偏移的比較器混合在一起時，也可能對每個比較器Cm把偏移校正到小于閾值。
請注意，如從上文的解釋中看清楚的那樣，由于比較器Cm的反轉(zhuǎn)時間tm的計算是基于上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的反轉(zhuǎn)計時，所以需要上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC精確地在上限電壓VT和下限電壓VB處反轉(zhuǎn)它們的輸出，就是說，上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的偏移需要小。
上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC二者與比較器Cm裝在同一集成電路中，但至少采取下述兩項措施之一對減小上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的偏移是有好處的(1)使上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的物理尺寸大于比較器Cm。這是因為如果使集成電路中的物理尺寸大，則放在比較器輸入端的互補晶體管的尺寸也變大，從而使晶體管中的變化變得較小。
(2)使上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC的物理尺寸與比較器Cm的物理尺寸相同。上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC以多個比較器并聯(lián)而構(gòu)成“多數(shù)決定”電路。通過把多個比較器輸出的“多數(shù)決定”操作結(jié)果作為輸出，可使偏移變小。
上文中的解釋是對K＝M的具體情況做出的。在這種情況中，安排在(M-1)個比較器內(nèi)部中心位置的比較器能在一個寬的范圍上調(diào)節(jié)偏移，但在鄰近上限電壓比較器TC的比較器處，有一個可變的分割位置處在上限電壓比較器TC一側(cè)，而在鄰近下限電壓比較器BC的比較器處，有一個可變的分割位置處在下限電壓比較器BC一側(cè)。就是說，在正側(cè)和負側(cè)的可選擇的分割點減小為更接近于上限電壓比較器TC和下限電壓比較器BC。
為解決這一問題，通過使K＞M并在鄰近上限電壓總線(bus)的比較器和上限電壓比較器TC之間以及鄰近下限電壓總線的比較器和下限電壓比較器BC之間安排多個電阻，有可能增加可選擇的參考電壓的個數(shù)。
例如，有可能使K＝M+4并在上限電壓總線和鄰近上限電壓比較器TC的比較器之間以及在下限電壓總線和下限電壓比較器BC之間各增加1個電阻。鄰近上限電壓比較器TC的比較器能向上限電壓比較器TC一側(cè)增添2個可選擇的分割點，而鄰近下限電壓比較器BC的比較器能向下限電壓比較器BC一側(cè)增添2個可選擇的分割點。
在上述解釋中，假定模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是與輸入電壓Vi成正比關(guān)系輸出數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，而串聯(lián)電阻R的電阻值都是相同的。在調(diào)整偏移之前的分割點都設(shè)成相等間隔。
在本發(fā)明中，通過在調(diào)整偏移之前把分割點設(shè)置成不等間隔，有可能以與輸入電壓Vi成預(yù)先確定的函數(shù)關(guān)系輸出數(shù)字信號。
概括本發(fā)明的效果，根據(jù)本發(fā)明的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，不僅有可能通過由掃描發(fā)生器輸出單個斜坡狀電壓來完成校準，而且即使當使用低供電電壓時也有可能通過放大參考電壓的選擇范圍來校正比較裝置的偏移。
盡管通過參考為演示目的而選擇的最佳實施例描述了本發(fā)明，顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員能對其進行大量修改而不離開本發(fā)明的基本概念和范圍。
權(quán)利要求
1.用于把模擬電壓轉(zhuǎn)換成N位數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，包含(2N-1)個比較裝置；參考電壓輸出裝置，用于把上限電壓和下限電壓的電壓差分割成至少(2N)份并輸出包括所述上限電壓和下限電壓在內(nèi)的至少(2N+1)個參考電壓；校準電壓輸出裝置，用于在校準模式下向所述(2N-1)個比較裝置的一側(cè)輸入端子輸出斜坡狀電壓；校準裝置，用于在校準模式下，當所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓達到設(shè)計中所設(shè)(2N-1)個參考反轉(zhuǎn)電壓的每一個時，從所述參考電壓輸出裝置輸出的至少(2N+1)個參考電壓中選擇一個電壓提供給一個預(yù)先確定的比較裝置的另一輸入端，該電壓能夠使該比較裝置反轉(zhuǎn)；以及參考電壓供給裝置，用于向上述(2N-1)個比較裝置提供由所述校準裝置選擇的參考電壓。
2.如權(quán)利要求1中提出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，這里所述校準裝置包含參考電壓選擇裝置，用于從所述參考電壓輸出裝置輸出的至少(2N+1)個參考電壓中選出一個預(yù)先確定的電壓并把它加到所述(2N-1)個比較裝置的其他端子；校準電壓范圍檢測裝置，用于檢測所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓是否處在從所述下限電壓到所述上限電壓的一個預(yù)先確定的范圍內(nèi)；反轉(zhuǎn)時間計算裝置，用于在所述校準電壓范圍檢測裝置檢測到所述(2N-1)個比較裝置的反轉(zhuǎn)，而同時所述校準電壓檢測裝置的輸出電壓處在所述預(yù)定范圍內(nèi)的時候，計算從所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓變?yōu)榇笥谒鱿孪揠妷褐畷r到所述(2N-1)個比較裝置的輸出反轉(zhuǎn)之時的時間(反轉(zhuǎn)時間)；轉(zhuǎn)換裝置，用于在所述校準電壓范圍檢測裝置檢測到所述校準電壓輸出裝置的輸出電壓已經(jīng)變得大于所述上限電壓之后，把所述反轉(zhuǎn)時間計算裝置計算出的反轉(zhuǎn)時間轉(zhuǎn)換成反轉(zhuǎn)電壓；以及參考電壓再選擇裝置，用于在所述轉(zhuǎn)換裝置計算出的反轉(zhuǎn)電壓和由所述參考電壓選擇裝置選定并加到所述(2N-1)個比較裝置的其他端子上的參考電壓二者之差大于預(yù)先確定的閾值電壓時，從所述參考電壓輸出裝置的至少(2N+1)個參考電壓中重新選出一個電壓加到所述(2N-1)個比較裝置的其他端子。
3.如權(quán)利要求1或2中提出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，這里所述參考電壓輸出裝置輸出一個電壓，該電壓是對所述上限電壓和所述下限電壓之間的電壓差按預(yù)先確定的至少為(2N)的因子進行分割得到的。
4.如權(quán)利要求1或2中提出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，這里所述參考電壓輸出裝置把所述最高參考電壓和所述最低參考電壓的電壓差均等地分成至少(2N)份。
5.如權(quán)利要求2中提出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，這里在集成電路中所述校準電壓范圍檢測裝置的物理尺度大于所述(2N-1)個比較裝置的物理尺度。
6.如權(quán)利要求2中提出的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，這里所述校準電壓范圍檢測裝置包含形成于一個集成電路中的多個二級比較裝置，這些二級比較裝置的物理尺度與所述(2N-1)個比較裝置的物理尺度相同并接收相同的輸入信號作為輸入；以及“多數(shù)決定”值計算裝置，用于計算該多個二級比較裝置輸出的“多數(shù)決定”值。
全文摘要
一個低功耗、高轉(zhuǎn)換精度和高速操作的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，即一個閃速型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有上限電壓比較器TC、最低電壓比較器BC、開關(guān)電路S
文檔編號H03M1/36GK1447527SQ0215955
公開日2003年10月8日 申請日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者橋本安行, 岡田博之 申請人:株式會社半導(dǎo)體理工學(xué)研究中心