專利名稱：調(diào)節(jié)輸入信號(hào)用于的多級(jí)流水線類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且尤其涉及可改善流水線型A-D轉(zhuǎn)換器性能的技術(shù)。
2.相關(guān)技術(shù)的說明在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，已經(jīng)利用采樣保持電路和放大器電路來組成多級(jí)流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下稱作“A-D轉(zhuǎn)換器”)(見用作參考的下列相關(guān)領(lǐng)域列表)。根據(jù)電路的各自特性，預(yù)先測(cè)定可輸出的電壓范圍。
相關(guān)領(lǐng)域列表(1)Japanese Patent Application Laid-Open No.Hei09-275342，pages9-16，F(xiàn)ig 1(2)Japanese Patent Application Laid-Open No.Hei09-69776，pages4-6，F(xiàn)ig 1上述電路的輸出電壓在理論上是與其輸入電壓成比例的。然而，本電路所測(cè)定的一個(gè)特征是測(cè)出超過或在有效輸出范圍外的輸出，故形成的輸出未必與其輸入成比例。因此，根據(jù)輸入電壓值，就經(jīng)常有一種可能性，即其轉(zhuǎn)換精度隨著傳送到下一級(jí)的非正確值而下降。
另一方面，總之對(duì)A-D轉(zhuǎn)換器，取得較低電壓的設(shè)計(jì)已是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。然而，設(shè)計(jì)具有較寬輸出范圍的電路卻與其相反。此外，隨著較低電壓設(shè)計(jì)裝置的增加，就更加需要具有較窄輸出范圍的電路。
發(fā)明概述考慮到前述情況，現(xiàn)作出本發(fā)明，其目的是提高A-D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例涉及信號(hào)轉(zhuǎn)換方法。這個(gè)方法包括測(cè)定輸入信號(hào)的范圍；依照測(cè)定設(shè)置參考信號(hào)水平，這樣輸入信號(hào)按照其轉(zhuǎn)換性能可處于滿意的范圍內(nèi)；保持通過使用參考信號(hào)信號(hào)輸入而獲得的信號(hào)值；在保持同時(shí)，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為的目標(biāo)信號(hào)；并且對(duì)在保持期間所保持的輸入信號(hào)中引起的暫時(shí)變化加以偏置。
該測(cè)定可測(cè)定輸入信號(hào)的電壓值是正的或負(fù)的，或者該輸入信號(hào)是否處于預(yù)定范圍內(nèi)?！稗D(zhuǎn)換性能”可為諸如在輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為需要格式時(shí)的精度和效率這樣的能力或容量。“滿意范圍”是，例如在組成轉(zhuǎn)換電路的元部件的輸入-輸出特性中獲取理想值或期望值的范圍?！皡⒖夹盘?hào)”是基于參考電壓而設(shè)置的信號(hào)例如，“參考信號(hào)”可由處理上述轉(zhuǎn)換時(shí)暫時(shí)獲取和保持輸入信號(hào)值的電路作為參考。
參考信號(hào)根據(jù)輸入信號(hào)的范圍設(shè)置為不同的值。當(dāng)參考信號(hào)設(shè)置為除了0V值之外的值時(shí)，由電路保持的值會(huì)發(fā)生暫時(shí)變化，并且表示不正確值。另一方面，由電路保持的值屬于在保持轉(zhuǎn)換性能滿意的范圍內(nèi)。該暫時(shí)變化通過在轉(zhuǎn)換處理中進(jìn)行另一種調(diào)節(jié)而被抵消或偏置。通過實(shí)施上述的方法，當(dāng)轉(zhuǎn)換性能被保持在需要狀態(tài)的同時(shí)，輸入信號(hào)可轉(zhuǎn)換為目標(biāo)信號(hào)。由于輸入信號(hào)的電壓值不超過或成為在預(yù)定范圍之外，所以在低電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換是可能的，這樣就減少了功耗。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。這個(gè)電路包括第一調(diào)節(jié)單元，其根據(jù)輸入信號(hào)的范圍設(shè)置參考信號(hào)電平，以使輸入信號(hào)值按照其轉(zhuǎn)換性能處于滿意的范圍內(nèi)；第二調(diào)節(jié)單元，其在將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)信號(hào)期間，運(yùn)用參考信號(hào)來偏置在輸入信號(hào)中所引起的暫時(shí)變化。
第一調(diào)節(jié)單元可包括采樣-保持電路，其根據(jù)參考信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采樣，并保持這信號(hào)，或者根據(jù)參考信號(hào)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的放大器電路。由于運(yùn)用電平調(diào)節(jié)的參考信號(hào)這些電路的輸出可以這種方式變化，即使它的輸出處于固定范圍內(nèi)。因此，輸出值與輸入值保持比例。作為通過第二調(diào)節(jié)單元抵消或偏置變化的方法有這樣一種方法，即對(duì)采樣-保持電路中的值加以修改，然后調(diào)節(jié)。
通過實(shí)施上述電路，在轉(zhuǎn)換性能保持在需要狀態(tài)的同時(shí)，輸入信號(hào)可轉(zhuǎn)換為目標(biāo)信號(hào)。由于輸入信號(hào)的電壓值不超過或未在固定范圍之外，故在低電壓下的轉(zhuǎn)換是可能的，這樣就減少了功耗。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，這個(gè)電路包括第一調(diào)節(jié)單元，其根據(jù)輸入模擬電壓的范圍設(shè)置參考信號(hào)電平，以使輸入模擬電壓值按照其轉(zhuǎn)換性能處于滿意的范圍內(nèi)；模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換單元，其將輸入模擬電壓的值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；以及第二調(diào)節(jié)單元，在A-D轉(zhuǎn)換過程中通過運(yùn)用參考信號(hào)來偏置在輸入模擬電壓值中引起的暫時(shí)變化。
A-D轉(zhuǎn)換單元由許多比較器、編碼器等等組成，以便將輸入模擬電壓值轉(zhuǎn)換為由預(yù)定位數(shù)所表示的數(shù)字值。這樣，狹義來說，這個(gè)A-D轉(zhuǎn)換單元就可解釋或認(rèn)為是模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換器?？赡芴峁┯卸嗉?jí)這樣的A-D轉(zhuǎn)換器單元，以便根據(jù)輸入模擬電壓在各個(gè)級(jí)從高部位開始，逐漸產(chǎn)生一位或多位的數(shù)字值。在這種情況下，如對(duì)每級(jí)將產(chǎn)生多少位的分配可基于設(shè)計(jì)概念來任意設(shè)置。第一調(diào)節(jié)單元和第二調(diào)節(jié)單元可設(shè)置在任一級(jí)上。
第一單元至少可包括的一個(gè)測(cè)定輸入模擬電壓的比較器和一個(gè)采樣-保持電路單元此單元以這種方式保持所取得的值，即根據(jù)這樣設(shè)定的參考信號(hào)，把暫時(shí)變化加于輸入模擬電壓值，這樣輸入模擬電壓值內(nèi)可處于滿意的范圍內(nèi)。第二調(diào)節(jié)單元可包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器單元，其將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值，并進(jìn)行調(diào)節(jié)以偏置其暫時(shí)變化；以及差分放大器電路，其從保持在采樣-保持單元的模擬電壓值中減去這樣轉(zhuǎn)換的模擬值，并且放大這樣獲取的信號(hào)。
若在由采樣-保持電路保持的值中存在無意的誤差，則A-D轉(zhuǎn)換的總精度將變差。這樣，在附加的人為變化在往后級(jí)上可偏置的條件下，人為的變化可預(yù)先附加到對(duì)采樣保持電路輸出引起信號(hào)誤差的輸入電壓中。結(jié)果，總誤差就減少了。與附加變化相同的變化會(huì)反映在D-A轉(zhuǎn)換電路的輸出值上，以便加以偏置。
通過實(shí)施上述的電路，A-D轉(zhuǎn)化性能可保持為所需的，并且可能在較低電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就進(jìn)一步減少了功耗。而且，我們可通過包括采樣-保持電路和D-A轉(zhuǎn)換電路的內(nèi)部設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)用于調(diào)節(jié)的電路，這樣以便必要的總結(jié)構(gòu)達(dá)到最小化。
而且，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例也涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。這個(gè)電路是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，該電路包括模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換單元，其獲取輸入模擬電壓值，然后將獲取的輸入模擬電壓值轉(zhuǎn)換為預(yù)定位數(shù)的數(shù)字值；以及采樣-保持單元，其獲取并保持經(jīng)調(diào)節(jié)的值，以使將由A-D轉(zhuǎn)換單元獲取的輸入模擬電壓按照其轉(zhuǎn)換性能處于滿意的范圍內(nèi)。
根據(jù)這個(gè)較佳實(shí)施例的這個(gè)電路與其它較佳實(shí)施例具有相同的地方在于以理想地保持采樣-保持電路的輸入-輸出關(guān)系的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。在另一方面，尤其對(duì)這個(gè)實(shí)施例特征；與其它實(shí)施例不同的方面是，由A-D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的值不同于那些由采樣-保持電路保持的值。即將輸入模擬值完整無缺地輸入到A-D轉(zhuǎn)換單元，并且輸入模擬值的經(jīng)調(diào)節(jié)的值輸入到采樣-保持電路。這樣，A-D轉(zhuǎn)換單元可轉(zhuǎn)換在采樣-保持單元保持之前可獲得的模擬值。而且，當(dāng)A-D轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字輸出被再次轉(zhuǎn)換為模擬值時(shí)，在那里對(duì)與采樣-保持單元進(jìn)行相似調(diào)節(jié)，這樣以使總轉(zhuǎn)換精度保持在所需的水平上。
將要輸入到采樣-保持單元的值可為通過再次將來自A-D轉(zhuǎn)換單元的輸出轉(zhuǎn)換為模擬值，并從源模擬值中減去這樣轉(zhuǎn)換的模擬值而獲取的值。在這種情況下，電壓值在輸入到采樣-保持單元之前變小到一定程度，這樣以使轉(zhuǎn)換性能很可能處于需要的范圍內(nèi)。通過實(shí)施這些結(jié)構(gòu)，A-D轉(zhuǎn)換性能可保持為所需要的，并且在較低電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)化是可能的，這樣就進(jìn)一步減少功耗。
要注意的是作為本實(shí)施例以及圍繞本實(shí)施例在方法，裝置，系統(tǒng)等等之間加以改變的上述結(jié)構(gòu)組件和表達(dá)式的任何任意組合都是有效的。
而且，本發(fā)明的這個(gè)概要不必說明所有的必要特性，這樣，以使本發(fā)明也可以是這些所說明的特性的下屬組合。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。
圖2示出采樣-保持電路輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。
圖3示出采樣-保持電路的結(jié)構(gòu)。
圖4示出第一調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)。
圖5示出輸入模擬電壓值和通過比較器的決定值之間的關(guān)系。
圖6示出當(dāng)輸入模擬電壓是正值時(shí)，采樣-保持電路的輸入和輸出電壓的關(guān)系。
圖7示出當(dāng)輸入模擬電壓是負(fù)值時(shí)，采樣-保持電路的輸入和輸出電壓的關(guān)系。
圖8示出包含在采樣-保持電路中的開關(guān)等結(jié)構(gòu)。
圖9示出第一A-D轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)。
圖10示出第一D-A轉(zhuǎn)換單元和第一放大器電路的結(jié)構(gòu)。
圖11示出判定信號(hào)(judgment signals)CPout和將由第二調(diào)節(jié)電路待產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號(hào)CDS的值之間的關(guān)系。
圖12示出當(dāng)輸入模擬電壓Vin是正值時(shí)，在第一D-A轉(zhuǎn)換單元處輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。
圖13當(dāng)輸入模擬電壓Vin是負(fù)值時(shí)，在第一D-A轉(zhuǎn)換單元處輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。
圖14示出第二調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。
圖16示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。
圖17示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明詳述現(xiàn)在將基于下面的實(shí)施例說明本發(fā)明，該實(shí)施例并不是要限制本發(fā)明的范圍，其只是作為本發(fā)明的例子。在該實(shí)施例中說明的所有特征和其組合對(duì)本發(fā)明而言并不是必不可少的。
第一實(shí)施例圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換電路100是流水線型A-D轉(zhuǎn)換電路，其包括第一轉(zhuǎn)換單元10、第二轉(zhuǎn)換單元30、第三轉(zhuǎn)換單元50和第四轉(zhuǎn)換單元70。這個(gè)電路在從第一轉(zhuǎn)換單元10到第四轉(zhuǎn)換單元70的4個(gè)級(jí)上分別以4位、2位、2位和2位的順序來處理總數(shù)為10位的A-D轉(zhuǎn)換。
在第一轉(zhuǎn)換單元10中，第一AD轉(zhuǎn)換單元20將輸入模擬電壓Vin轉(zhuǎn)換為4位數(shù)字值。該數(shù)字值須經(jīng)過四級(jí)結(jié)構(gòu)的第一門鎖電路24的4個(gè)時(shí)鐘延遲之后，輸入到數(shù)字輸出電路26。第一A-D轉(zhuǎn)換單元20的輸出通過第一D-A轉(zhuǎn)換單元22再次轉(zhuǎn)換為模擬值，然后被輸入到第一放大器電路18。
輸入模擬電壓Vin由采樣-保持電路16進(jìn)行采樣，并保持在其中，直到第一A-D轉(zhuǎn)換單元20和第一D-A轉(zhuǎn)換單元22的處理結(jié)束。第一放大器電路18放大通過從由采樣-保持電路16保持的值中減去由第一D-A轉(zhuǎn)換單元22輸出的值而獲取的差值。然后，該放大的值發(fā)送到為其下一級(jí)的第二轉(zhuǎn)換單元30。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本實(shí)施例，采樣-保持電路16的放大因素設(shè)置為2，并且第一放大器電路18的放大因素設(shè)置為1。
現(xiàn)在，即使在采樣-保持電路16的輸出電壓值理論上與輸入電壓值成比例的結(jié)構(gòu)中，若輸入在預(yù)定范圍外的電壓，則形成的輸出未必與那里的輸入成比例。例如，如圖2中所示，即使具有其放大因素理論上為1的采樣-保持電路，也可能有這樣的情況，即當(dāng)輸入電壓在從a到b的電壓值范圍外的電壓時(shí)，輸出不與輸入成比例。
若不與輸入成比例的輸出傳送到為其下一級(jí)的第二轉(zhuǎn)換單元30，則模數(shù)轉(zhuǎn)換電路100的轉(zhuǎn)換精度總體會(huì)下降。為了調(diào)節(jié)該精度，如圖1中所示的第一調(diào)節(jié)單元11進(jìn)行預(yù)先調(diào)節(jié)，這樣以使輸入模擬電壓Vin處于預(yù)定范圍內(nèi)。雖然如此，采樣保持電路16的輸出會(huì)示出值中的某些變化，但該變化由第二調(diào)節(jié)單元21加以偏置，此單元對(duì)D-A轉(zhuǎn)換值進(jìn)行類似的調(diào)節(jié)。
比較器12決定輸入模擬電壓Vin為正值或負(fù)值。當(dāng)輸入模擬電壓Vin是正的時(shí)，比較器12輸出“1”，而當(dāng)輸入模擬電壓Vin是負(fù)的時(shí)，比較器12輸出“0”。這個(gè)輸出發(fā)送到采樣-保持電路16和第一D-A轉(zhuǎn)換單元22?，F(xiàn)在，基于上述決定，采樣-保持電路16進(jìn)行輸入模擬電壓Vin的調(diào)節(jié)。第一D-A轉(zhuǎn)換單元22以如采樣-保持電路16所作的相同方式來調(diào)節(jié)等轉(zhuǎn)換的值。然后，由采樣-保持電路16和第一D-A轉(zhuǎn)換單元22所進(jìn)行的調(diào)節(jié)通過由第一放大器電路18的差分放大而偏置，這樣以便獲取如尚未調(diào)節(jié)時(shí)的相同的電壓值。這樣，在維持精度同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了A-D轉(zhuǎn)換。
在第二轉(zhuǎn)換單元30中，由第一放大器18放大的值被第二A-D轉(zhuǎn)換單元40轉(zhuǎn)換為2位數(shù)字值。該數(shù)字值需經(jīng)過三級(jí)結(jié)構(gòu)的第二門鎖電路44的三個(gè)時(shí)鐘延遲之后，輸入到數(shù)字輸出電路26。由第二A-D轉(zhuǎn)換單元40輸出的數(shù)字值為再次通過第二D-A轉(zhuǎn)換單元42被轉(zhuǎn)換模擬值，然后輸入到第三放大器電路38中。來自第一放大器電路18的輸出由第二放大器電路36進(jìn)一步放大。然后第三放大器電路38放大通過從來自第二放大器電路36的輸出中減去來自第二D-A轉(zhuǎn)換單元42的輸出而獲取的差值，并且將這樣放大的差值發(fā)送到為其下一級(jí)的第三轉(zhuǎn)換單元50。
在第三轉(zhuǎn)換單元50中，第三A-D轉(zhuǎn)換單元60將第三放大器電路38的輸出轉(zhuǎn)換為2位數(shù)字值。該數(shù)字值需經(jīng)過二級(jí)結(jié)構(gòu)的第三門鎖電路64的二個(gè)時(shí)鐘延遲之后，輸入到數(shù)字輸出電路26。第三A-D轉(zhuǎn)換單元60的輸出再次由第三D-A轉(zhuǎn)換單元62轉(zhuǎn)換為模擬值，然后輸入到第五放大器電路58。第四放大器電路56進(jìn)一步放大第三放大器電路38的輸出。然后，第五放大器電路58放大通過從來自第四放大器電路56的輸出中減去來自第三D-A轉(zhuǎn)換單元62的輸出而獲取的差值，并將這樣放大的差值發(fā)送到為其下一級(jí)的第四轉(zhuǎn)換單元70。
在第四轉(zhuǎn)換單元70中，第五放大器電路58的輸出通過第四A-D轉(zhuǎn)換單元72轉(zhuǎn)換為的2位數(shù)字值。該數(shù)字值需經(jīng)過一級(jí)結(jié)構(gòu)的第四門鎖電路84的一個(gè)時(shí)鐘延遲之后，被輸入到數(shù)字輸出電路26。數(shù)字輸出電路26接收第一A-D轉(zhuǎn)換單元20、第二A-D轉(zhuǎn)換單元40、第三A-D轉(zhuǎn)換單元60以及第四A-D轉(zhuǎn)換單元72的輸出，將它們綜合成10位數(shù)字值Dout，并輸出該值。來自不同級(jí)的A-D轉(zhuǎn)換單元的輸出通過由第一門鎖電路24、第二門鎖電路44、第三門鎖電路64和第四A-D轉(zhuǎn)換單元72等進(jìn)行的延遲而予以同步。
這里應(yīng)當(dāng)注意的是，采樣-保持電路16、第一A-D轉(zhuǎn)換單元20、第一D-A轉(zhuǎn)換單元22、第二A-D轉(zhuǎn)換單元40、第二D-A轉(zhuǎn)換單元42、第三A-D轉(zhuǎn)換單元60、第三D-A轉(zhuǎn)換單元62以及第四A-D轉(zhuǎn)換單元72等各個(gè)都參照第一和第二參考電壓VRT和VRB。
圖3示出了采樣-保持電路的結(jié)構(gòu)。第一調(diào)節(jié)電路17產(chǎn)生信號(hào)，調(diào)節(jié)將由采樣-保持電路16所接收的電壓值，調(diào)節(jié)的方式是使其處于預(yù)定的范圍內(nèi)。第一和第二電源線VDD和VSS的輸出以及從比較器12輸出的判定信號(hào)CPout輸入到第一調(diào)節(jié)電路17。使用這些信號(hào)，第一調(diào)節(jié)電路17產(chǎn)生，并輸出第一到第八調(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108。當(dāng)?shù)谝坏降诎苏{(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108為高電平時(shí)，第一到第八開關(guān)SWA101到SWA108分別接通傳導(dǎo)第一參考電壓VRT。當(dāng)?shù)谝坏降诎苏{(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108為低電平時(shí)，第九到第十六開關(guān)SWB101到SWB108分別接通，并傳導(dǎo)第二參考電壓VRB。根據(jù)第一到第八開關(guān)SWA101到SWA108和第九到第十六開關(guān)SWB101到SWB108中的哪一個(gè)接通，待參考的電壓在第一參考電壓VRT和第二參考電壓VRB之間切換。相應(yīng)于被參考電壓的電荷分別積聚在第一到第八電容器C101到C108中。
當(dāng)?shù)谝坏降诎苏{(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108為高電平時(shí)，第十七到第二十四開關(guān)SWA121到SWA128分別接通，并傳導(dǎo)第二參考電壓VRB。當(dāng)?shù)谝坏降诎苏{(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108為低電平時(shí)，第二十五到第三十二開關(guān)SWB121到SWB128分別接通，并傳導(dǎo)第一參考電壓VRT。根據(jù)第十七到第二十四開關(guān)SWA121到SWA128和第二十五到第三十二開關(guān)SWB121到SWB128中的哪一個(gè)接通，待參考的電壓在第二參考電壓VRB和第一參考電壓VRT之間切換。相應(yīng)于被參考電壓的電荷分別積聚在第九到第十六電容器C121到C128中。
第一到第八電容器C101到C108以及第九到第十六電容器C121到C128都具有相同的電容。在這里將考慮第三十二到第四十開關(guān)SWC101到SWC108和第四十一到第四十八開關(guān)SWC121到SWC128全為斷開的情況。根據(jù)電荷守恒定律，以差分方式從第一到第八電容器C101到C108的電容陣列輸入到第一運(yùn)算放大器19的正端電壓(positive-side voltage)Vref+用下面的方程式(1)表示Vref+=VRT-K(VRT-VRB)/8---(1)]]>根據(jù)電荷守恒定律，以差分方式從第九到第十六電容器C121到C128的電容陣列輸入到第一運(yùn)算放大器19的負(fù)端電壓(negative-side voltage)Vref-用下面的方程式(2)表示Vref-=VRB+K(VRT-VRB)/8---(2)]]>正端電壓Vref+和負(fù)端電壓Vref-以差分方式輸入到第一運(yùn)算放大器19中。它們之間的差值用下面的方程式(3)表示Vref+-Vref-=(VRT-VRB)-K(VRT-VRB)/4---(3)]]>這里，K是在第一到第八調(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108中的低電平信號(hào)的數(shù)量。接通第九到第十六開關(guān)SWB101到SWB108之外的K個(gè)開關(guān)，以傳導(dǎo)第二參考電壓VRB，而接通第一到第八開關(guān)SWA101到SWA108之外的(8-K)個(gè)開關(guān)，以傳導(dǎo)第一參考電壓VRT。同樣，而接通第二十五到第三十二開關(guān)SWB121到SWB128之外的K個(gè)開關(guān)，以傳導(dǎo)第一參考電壓VRT，而接通第十七到第二十四開關(guān)SWA121到SWA128之外的(8-K)個(gè)開關(guān)，以傳導(dǎo)第二參考電壓VRB。
當(dāng)接通第三十三到第四十開關(guān)SWC101到SWC108和第四十一到第四十八開關(guān)SWC121到SWC128時(shí)，輸入模擬電壓Vin分別加到第一到第八電容器C101到C108和第九到第十六電容器C121到C128的一端。結(jié)果，分別由下面方程式(4)和(5)給出正端電壓V+和負(fù)端電壓V-V+=Vin++Vref+---(4)]]>=Vin+-(VRT-K(VRT-VRB)/8)]]>V-=Vin--Vref----(5)]]>=Vin--(VRB+K(VRT-VRB)/8)]]>以差分方式輸入到第一運(yùn)算放大器19中的電壓V由下面方程式(6)表示ΔV=V+-V-]]>=Vin+-Vin--(Vref+-Vref-)---(6)]]>=Vin+-Vin--((VRT-VRB)-K(VRT-VRB)/4)]]>第一調(diào)節(jié)電路17通過調(diào)節(jié)信號(hào)設(shè)置表示所參考的電壓值Vref+-Vref-的值。按照慣例，(Vref+-Vref-)=0,]]>但是調(diào)節(jié)這個(gè)會(huì)使采樣-保持電路16的輸出產(chǎn)生波動(dòng)。
圖4示出了第一調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)。第一調(diào)節(jié)電路17產(chǎn)生并輸出第一到第八調(diào)節(jié)信號(hào)CDS101到CDS108。與第一電源線VDD相連的第一和第二調(diào)節(jié)信號(hào)CDS101和CDS102當(dāng)輸出時(shí)，總是高電平信號(hào)。與第二電源線VSS相連的第三和第四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS103和CDS104當(dāng)輸出時(shí)總是低電平信號(hào)。另一方面，作為第五到第八調(diào)節(jié)信號(hào)CDS105到CDS108，從比較器12所輸出的判定信號(hào)CPout原樣地輸出。
圖5示出了輸入模擬電壓值和比較器判定值之間的關(guān)系。當(dāng)輸入模擬電壓Vin是正值時(shí)，即比0大時(shí)，由比較器12所產(chǎn)生的判定信號(hào)CPout變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)，在圖4的第一調(diào)節(jié)電路17中，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)，即第三和第四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS103和CDS104變成低電平時(shí)，6個(gè)信號(hào)，即第一、第二、第五到第八調(diào)節(jié)信號(hào)CDS101、CDS102、CDS105到CDS108變成高電平。因此，K＝2并且V+-V-＝(VRT-VRB)/2。換言之，輸入模擬電壓Vin減去(VRT-VRB)/2的值保持在采樣-保持電路16中，然后由第一運(yùn)算放大器19放大兩倍。
另一方面，當(dāng)輸入模擬電壓Vin是負(fù)值時(shí)，即比0V小時(shí)，由比較器12產(chǎn)生的判定信號(hào)CPout變?yōu)榈碗娖健４藭r(shí)，在圖4的第一調(diào)節(jié)電路17中，當(dāng)6個(gè)信號(hào)，即第三到第八調(diào)節(jié)信號(hào)CDS103到CDS108變成低電平時(shí)，兩個(gè)信號(hào)，即第一和第二調(diào)節(jié)信號(hào)CDS101和CDS102變成高電平。因此，K＝6并且V+-V-＝(VRT-VRB)/2。換言之，輸入模擬電壓Vin減去(VRT-VRB)/2的值被保持在采樣-保持電路16中，然后由第一運(yùn)算放大器19放大兩倍。
圖6示出了當(dāng)輸入模擬電壓是正值時(shí)，采樣-保持電路的輸入和輸出電壓之間的關(guān)系。根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)輸入模擬電壓值比0V大時(shí)，采樣-保持電路16從輸入模擬電壓值Vin中減去(VRT-VRB)/2同時(shí)放大這個(gè)差值兩倍時(shí)。圖6中的左軸表示可輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路100中模擬電壓的范圍。中軸表示可輸入到采樣-保持電路16中電壓的范圍。右軸表示可從采樣-保持電路16輸出的電壓范圍。
例如，輸入模擬電壓Vin的最大值是第一參考電壓VRT和第二參考電壓VRB之間的差值，但若(VRT-VRB)/2與(VRT-VRB)之間的輸入值如簡(jiǎn)單地放大兩倍，則該輸入值將超越根據(jù)本實(shí)施例的采樣-保持電路16的可能的輸出范圍。因此，(VRT-VRB)/2從輸入模擬電壓Vin中減去，以確定輸入值處于(VRT-VRB)/2到(VRB-VRT)/2的范圍內(nèi)。當(dāng)在從(VRT-VRB)/2到(VRB-VRT)/2范圍內(nèi)的值放大兩倍時(shí)，也不超越采樣-保持電路16可能的電壓輸出范圍。
圖7示出了當(dāng)輸入模擬電壓是負(fù)值時(shí)，采樣-保持電路的輸入和輸出電壓的關(guān)系。當(dāng)輸入模擬電壓Vin比0V小時(shí)，采樣-保持電路16從輸入模擬電壓Vin值中減去(VRB-VRT)/2并同時(shí)放大該差值兩倍時(shí)。輸入模擬電壓Vin的最小值是第二參考電壓VRB與第一參考電壓VRT之間的差值，但若(VRB-VRT)/2與(VRB-VRT)之間的輸入值簡(jiǎn)單放大兩倍，則該輸入值將超越根據(jù)本實(shí)施例的采樣-保持電路16的可能的輸出范圍。因此，(VRB-VRT)/2從輸入模擬電壓Vin中減去，以確定輸入值處于(VRB-VRT)/2到(VRT-VRB)/2的范圍內(nèi)。當(dāng)在(VRB-VRT)/2到(VRT-VRB)/2范圍內(nèi)的值放大兩倍時(shí)，并不超越采樣-保持電路16電壓輸出的可能范圍。
圖8示出包含在采樣-保持電路中的開關(guān)和類似裝置的結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)信號(hào)CDS，不僅輸入到第一NOT-AND電路NAND10，并在第一NOT電路倒置后還輸入到第二NOT-AND電路NAND11。第一定時(shí)信號(hào)DAC輸入到第一和第二NOT-AND電路NAND10和NAND11。
在第一和第二晶體管Tr10和Tr11是圖3的第一到第八開關(guān)SWA101到SWA108的地方，第一參考電壓VRT作為第一輸入IN1加以連接。在第三和第四晶體管Tr12和Tr13是圖3的第九到第十六開關(guān)SWB101到SWB108的地方，第二參考電壓VRB作為第二輸入IN2加以連接。
在第一和第二晶體管Tr10和Tr11是圖3的第十七到第二十四開關(guān)SWA121到SWA128的地方，第二參考電壓VRB作為第一輸入IN1加以連接。在第三和第四晶體管Tr12和Tr13是圖3的第二十五到第三十二開關(guān)SWB121到SWB128的地方，第一參考電壓VRT作為第二輸入IN2加以連接。
當(dāng)調(diào)節(jié)信號(hào)CDS和定時(shí)信號(hào)DAC都被提到高電平時(shí)，第一NOT-AND電路NAND10輸出低電平信號(hào)，接通第一晶體管Tr10并通過第二NOT電路NOT11接通第二晶體管Tr11，這樣就提供第一參考電壓VRT，作為第一輸入IN1。
當(dāng)調(diào)節(jié)信號(hào)CDS變成低電平，而第一定時(shí)信號(hào)DAC變成高電平時(shí)，第二NOT-AND電路NAND11輸出低電平信號(hào)，其接通第三晶體管Tr12，并通過第三NOT電路NOT12接通第四晶體管Tr13，這樣就提供第二參考電壓VRB，作為第二輸入IN2。
第五和第六晶體管Tr14和Tr15分別是圖3的第三十三到第四十開關(guān)SWC101到SWC108以及第四十一到第四十八開關(guān)SWC121到SWC128。當(dāng)?shù)诙〞r(shí)信號(hào)SHP變成低電平，且第三定時(shí)信號(hào)SHN變成高電平時(shí)，第五和第六晶體管Tr14和Tr15接通，以供給輸入模擬電壓Vin。照這樣，根據(jù)調(diào)節(jié)信號(hào)CDS和第一到第三定時(shí)信號(hào)DAC、SHP和SHN，利用第一和第二參考電壓VRT和VRB的一個(gè)，和提供輸入模擬電壓Vin，就可測(cè)定輸出。這些電路合成一組，8組電路的正端和負(fù)端都包含在采樣一保持電路16中。
圖9示出了第一A-D轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)。在第一AD轉(zhuǎn)換單元20中，第一參考電壓VRT和第二參考電壓VRB由第一到第十六電阻R201到6216分開。該分開的電壓分別，由第一到第十六比較器CP201到CP216與輸入模擬電壓相比較。作為比較的結(jié)果，當(dāng)該電壓比輸入模擬電壓Vin小時(shí)，輸出高電平信號(hào)，而且當(dāng)該電壓比輸入模擬電壓Vin大時(shí)，輸出低電平信號(hào)。第一到第十六比較器CP201到CP216的輸出被輸入到編碼器23，并轉(zhuǎn)換成4位數(shù)字值，以便發(fā)送到第一門鎖電路24。第二到第十六比較器CP202到CP216的輸出發(fā)送到第一DA轉(zhuǎn)換單元22，作為第二到第十六AD信號(hào)Z2到Z16。
圖10示出了第一D-A轉(zhuǎn)換單元和第一放大器電路的結(jié)構(gòu)。在第一D-A轉(zhuǎn)換單元22中，第二調(diào)節(jié)電路27接收來自比較器12、第一和第二電源線VDD和VSS以及第二到第十六AD信號(hào)Z2到Z16的判定信號(hào)CPout的輸入，并且基于它們，產(chǎn)生并輸出第九到第二十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS216、CDS221以及CDS222。
當(dāng)?shù)诰诺降诙恼{(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS216為高電平時(shí)，第四十九到第六十四開關(guān)SWA201到SWA216分別接通，并且傳導(dǎo)第一參考電壓VRT。當(dāng)?shù)诰诺降诙恼{(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS216為低電平時(shí)，第六十五到第八十開關(guān)SWB201到SWB216分別接通，并且傳導(dǎo)第二參考電壓VRB。根據(jù)第四十九到第六十四開關(guān)SWA201到SWA216和第六十五到第八十開關(guān)SWB201到SWB216中的哪一個(gè)接通，待參考的電壓就在第一參考電壓VRT和第二參考電壓VRB之間切換。
當(dāng)?shù)谑坏降诙恼{(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到CDS216、CDS221和CDS222為高電平時(shí)，第八十一到第九十六開關(guān)SWA221到SWA236分別接通，并且這樣提供第二參考電壓VRB。當(dāng)?shù)谑坏降诙{(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到CDS216、CDS221和CDS222為低電平時(shí)，第九十七到第一百十二開關(guān)SWB221到SWB236分別接通，并且這樣提供第一參考電壓VRT。根據(jù)第八十一到第九十六開關(guān)SWA221到SWA236和第九十七到第一百十二開關(guān)SWB221到SWB236中的哪一個(gè)接通，待參考的電壓就在第二參考電壓VRB和第一參考電壓VRT之間切換。
第十七到第三十二電容器C201到C216和第三十三到第四十八電容器C221到C236都有相同的電容。這里考慮第一百十三到第一百二十八開關(guān)SWC201到SWC216和第一百二十九到第一百四十四開關(guān)SWC221到SWC236都是斷開的情況。根據(jù)電荷守恒定律，以差分方式從第十七到第三十二電容器C201到C216的電容陣列輸入到第二運(yùn)算放大器25的正端電壓Vref+由下面方程式(7)表示Vref+=VRT-K+(VRT-VRB)/16---(7)]]>這里K+是在第九到第二十四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS216中的低電平信號(hào)的數(shù)量。在第六十五到第八十開關(guān)SWB201到SWB216之外的K+個(gè)開關(guān)接通，以傳導(dǎo)第二參考電壓VRB，而在第四十九到第六十四開關(guān)SWA201到SWA216之外的16-K+個(gè)開關(guān)接通，以提供第一參考電壓VRT。
根據(jù)電荷守恒電率，以差分方式從第三十三到第四十八電容器C221到C236的電容陣列輸入到第二運(yùn)算放大器25的負(fù)端電壓Vref-由下面方程式(8)表示Vref-=VRB+K-(VRT-VRB)/16---(8)]]>正端電壓Vref+和負(fù)端電壓Vref-以差分方式輸入到第二運(yùn)算放大器25。它們之間的差值是(Vref+-Vref-)，這里K-是在第十一到第二十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到CDS216、CDS221和CDS222中的低電平信號(hào)的數(shù)量。在第九十七到一百十二開關(guān)SWB221到SWB236之外的K-個(gè)開關(guān)接通，以提供第一參考電壓VRT，而在第八十一開關(guān)到第九十六開關(guān)SWA221到SWA236之外的(16-K-)個(gè)開關(guān)接通，以提供第二參考電壓VRB。
當(dāng)?shù)谝话偈降谝话俣碎_關(guān)SWC201到SWC216和第一百二十九到第一百四十四開關(guān)SWC221到SWC236接通時(shí)，來自采樣-保持電路16的輸出電壓VSH分別加到第十七到第三十二電容器C201到C216和第三十三到第四十八電容器C221到C236的一端。作為結(jié)果，正端電壓Vref+和負(fù)端電壓Vref-分別由下面的方程式(9)和(10)給出V+=VSH+-Vref+]]>=VSH+-(VRT-K(VRT-VRB)/16)---(9)]]>V-=VSH--Vref-]]>=VSH--(VRB+K(VRT-VRB)/16)---(10)]]>以差分方式輸入到第二運(yùn)算放大器25中的電壓V由下面的方程式(11)表示ΔV=V+-V-]]>=VSH+-VSH--(Vref+-Vref-)---(11)]]>第二調(diào)節(jié)單元21通過調(diào)節(jié)信號(hào)設(shè)置表示被參考電壓值的(Vref+-Vref-)的值。按照慣例，(Vref+-Vref-)=0,]]>但調(diào)節(jié)這個(gè)使第一DA轉(zhuǎn)換單元22的輸出發(fā)生波動(dòng)。
圖11示出了判定信號(hào)CPout和將由第二調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號(hào)CDS值之間的關(guān)系。第九到第十調(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS202總與第一電源線VDD有相同的電勢(shì)，其與由比較器12產(chǎn)生的判定信號(hào)CPout值無關(guān)。第二十五到第二十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS221到CDS222總與第二電源線VSS有相同的電勢(shì)，其與那里產(chǎn)生的判定信號(hào)CPout值無關(guān)。
當(dāng)判定信號(hào)CPout＝0時(shí)，第十一調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到第二十四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS216的第十四(14)信號(hào)輸出分別是第二A-D信號(hào)Z2、第二A-D信號(hào)Z2、第三A-D信號(hào)Z3、第三A-D信號(hào)Z3、第四A-D信號(hào)Z4、第四A-D信號(hào)Z4、第五A-D信號(hào)Z5、第五A-D信號(hào)Z5、第六A-D信號(hào)Z6、第六A-D信號(hào)Z6、第七A-D信號(hào)Z7、第七A-D信號(hào)Z7、第八A-D信號(hào)Z8以及第八A-D信號(hào)Z8。
當(dāng)判定信號(hào)CPout＝1時(shí)，第十一調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到第二十四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS216的第十四(14)信號(hào)輸出分別是第十AD信號(hào)Z10、第十AD信號(hào)Z10、第十一AD信號(hào)Z11、第十一AD信號(hào)Z11、第十二AD信號(hào)Z12、第十二A-D信號(hào)Z12、第十三A-D信號(hào)Z13、第十三A-D信號(hào)Z13、第十四A-D信號(hào)Z14、第十四A-D信號(hào)Z14、第十五AD信號(hào)Z15、第十五AD信號(hào)Z15、第十六AD信號(hào)Z16以及第十六AD信號(hào)Z16。
圖12示出了當(dāng)輸入模擬電壓Vin是正值時(shí)，在第一D-A轉(zhuǎn)換單元處輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。輸入到第一D-A轉(zhuǎn)換單元22的值是數(shù)字值，并且在左軸刻度上指示數(shù)字值，輸入值從“1000”到“1111”。在右軸刻度上，由第一D-A轉(zhuǎn)換單元22進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后的值為A到H。即，第一D-A轉(zhuǎn)換單元22的輸出模擬值范圍相等于輸入數(shù)字值范圍放大的兩倍。而且，其范圍表示的值可如此調(diào)節(jié)，以使其適于第一放大器電路18的令人滿意輸出范圍。
例如，若輸入數(shù)字值為“1011”，判定信號(hào)CPout＝1，則第九到第十四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS208為高電平，并且第十五到第二十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS209到CDS216、CDS221和CDS222為低電平。這樣，K+＝8，且K-＝10。從上面的方程式(7)和(8)，(Vref+-Vref-)=(VRB-VRT)/8]]>=D]]>圖13示出了當(dāng)輸入模擬電壓Vin是負(fù)值時(shí)，在第一D-A轉(zhuǎn)換單元處的輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系。對(duì)在左軸刻度上所指示的數(shù)字值，從值“0111”到“0000”是由第一A-D轉(zhuǎn)換單元20輸出的數(shù)字值。在右軸刻度上，由第一D-A轉(zhuǎn)換單元22進(jìn)行的D-A轉(zhuǎn)換后的值為A到H。即第一D-A轉(zhuǎn)換單元22的輸出模擬值的范圍相等于輸入數(shù)字值范圍放大兩倍。而且，其范圍表示的值，可如此調(diào)節(jié)，以使其適于第一放大器電路18的令人滿意的輸出范圍。
例如，若輸入數(shù)字值是“0011”，判定信號(hào)CPout＝0，則第九到第十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS201到CDS208為高電平，并且第十七到第二十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS209到CDS216、CDS221和CDS222為低電平。這樣，K+＝8，且K-＝10。從上面的方程式(7)和(8)，(Vref+-Vref-)=(VRB-VRT)/8]]>=E]]>圖14示出了第二調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)。在第二調(diào)節(jié)電路27中，第九和第十調(diào)節(jié)信號(hào)CDS201和CDS202與第一電源線VDD相接，并始終被保持為高電平。第二十五到第二十六調(diào)節(jié)信號(hào)CDS221到CDS222與第二電源線VSS相接，并始終被保持為低電平?；谂卸ㄐ盘?hào)CPout和第二到第十六A-D信號(hào)Z2到Z16，產(chǎn)生第十一到第二十四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到第CDS216。圖14例示用于產(chǎn)生第十一調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203的詳細(xì)電路。
當(dāng)來自比較器12的判定信號(hào)CPout為高電平時(shí)，第九到第十晶體管Tr18到Tr19接通，并且第十A-D信號(hào)Z10作為第十一調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203輸出。當(dāng)來自那里的判定信號(hào)CPout為低電平時(shí)，第七和第八晶體管Tr16和Tr17接通，并且第二A-D信號(hào)Z2作為第十一調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203輸出。這樣，取決于判定信號(hào)CPout，來選擇第二A-D信號(hào)Z2或第十A-D信號(hào)Z10中的任何一個(gè)。還設(shè)有相同數(shù)量的選擇電路29，此電路由如第七至第十晶體管Tr16到Tr19以及第四和第五NOT電路NOT13和NOT14等這類元組件所組成，作為第十一到第二十四調(diào)節(jié)信號(hào)CDS203到CDS216。由各自電路所選擇的信號(hào)組合如圖11中所示。
第二實(shí)施例圖15示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個(gè)第二實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路200與第一實(shí)施例的不同于為了決定輸入到采樣-保持電路216中的模擬電壓是否在所需的范圍內(nèi)，提供兩個(gè)比較器。根據(jù)第一實(shí)施例，比較器12判定輸入模擬電壓Vin為正值或負(fù)值，但根據(jù)這個(gè)第二實(shí)施例，第一比較器212判定輸入模擬電壓Vin是否比所需的范圍的下限為低，并且第二比較器214判決輸入模擬電壓Vin是否比其上限為高。根據(jù)這個(gè)第二實(shí)施例，僅當(dāng)必要時(shí)，進(jìn)行參考信號(hào)的電平調(diào)節(jié)，而根據(jù)第一實(shí)施例，不管輸入模擬電壓Vin值如何，總要進(jìn)行參考信號(hào)的電平調(diào)節(jié)。
在第一調(diào)節(jié)單元211中，采樣-保持電路216將輸入模擬電壓Vin調(diào)節(jié)到如此狀態(tài)，即根據(jù)由第一比較器212和第二比較器214進(jìn)行的判定，此電壓處在所需的范圍內(nèi)。第一A-D轉(zhuǎn)換單元220將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并將其發(fā)送到第一門鎖電路24。該數(shù)字值由第二調(diào)節(jié)單元221以與第一調(diào)節(jié)單元211相同的方式來調(diào)節(jié)。第一D-A轉(zhuǎn)換單元222再次將該數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬值，并將其發(fā)送到第一放大器電路218。第一放大器電路218將由采樣-保持電路216保持的值與第一D-A轉(zhuǎn)換單元222輸出之間的差值進(jìn)行放大。此時(shí)，通過第一調(diào)節(jié)單元211的調(diào)節(jié)由第二調(diào)節(jié)單元221的調(diào)節(jié)來偏置。
也是在這個(gè)實(shí)施例中，在保持高精度的同時(shí)，能以流水線的方式執(zhí)行A-D轉(zhuǎn)換。而且，可在較低電壓下執(zhí)行A-D轉(zhuǎn)換，并且減少功耗，這是由于第一比較器212和第二比較器214做出判定，這樣以使輸入模擬電壓不超越所需的轉(zhuǎn)換性能范圍的上限和下限。雖然與第一實(shí)施例相比，這里多一個(gè)比較器，但是具有最少數(shù)量元部件的結(jié)構(gòu)，可確保精度。
第三實(shí)施例圖16示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個(gè)第三實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路300與第一和第二實(shí)施例的不同在于電壓值的調(diào)節(jié)和偏置是在第二轉(zhuǎn)換單元330中進(jìn)行。在第一轉(zhuǎn)換單元310中，第一A-D轉(zhuǎn)換單元320將輸入模擬電壓Vin轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并將其發(fā)送到第一門鎖電路24，而且該數(shù)字值由第一D-A轉(zhuǎn)換單元322再次轉(zhuǎn)換為模擬值。第一放大器電路316將輸入模擬電壓Vin放大，而且第二放大器電路318將第一放大器電路316的輸出和第一D-A轉(zhuǎn)換單元322輸出之間的差值進(jìn)行放大。
在第二轉(zhuǎn)換單元330中，第二AD轉(zhuǎn)換單元340將第二放大器電路318的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值并將其發(fā)送到第二門鎖電路44。該數(shù)字值由第二D-A轉(zhuǎn)換單元342再次轉(zhuǎn)換成模擬值。第一調(diào)節(jié)單元311在第二放大器電路318的輸出范圍內(nèi)做出判定，并基于該判定進(jìn)行調(diào)節(jié)。第二調(diào)節(jié)單元321以類似的方式對(duì)第二A-D轉(zhuǎn)換單元340的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三放大器電路338將采樣-保持電路336的輸出和第二D-A轉(zhuǎn)換單元342輸出之間的差值進(jìn)行放大。此時(shí)，通過第一調(diào)節(jié)單元311的調(diào)節(jié)由第二調(diào)節(jié)單元321的調(diào)節(jié)偏置了。
也是在這個(gè)第二實(shí)施例中，在保持高精度的同時(shí)，能以流水線的方式執(zhí)行A-D轉(zhuǎn)換。而且，可在較低電壓下執(zhí)行A-D轉(zhuǎn)換，并且可減少能量損耗。而且，由具有最小數(shù)量元件的結(jié)構(gòu)來維持精度。
第四實(shí)施例圖17示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個(gè)第四實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路400與第一到第三實(shí)施例的不同在于它是五級(jí)配置的流水線類型的A-D轉(zhuǎn)換電路。這個(gè)電路在從第一轉(zhuǎn)換單元110到第五轉(zhuǎn)換單元190的五級(jí)處，分別以1位、3位、2位、2位和2位的順序執(zhí)行全部10位A-D轉(zhuǎn)換。
在第一轉(zhuǎn)換單元110中，第一A-D轉(zhuǎn)換單元120將輸入模擬電壓Vin轉(zhuǎn)換為1位數(shù)字值，并將其發(fā)送到第一門鎖電路124中。該數(shù)字值在需經(jīng)過具有五級(jí)結(jié)構(gòu)的第一門鎖電路124的5個(gè)時(shí)鐘延遲后，輸入到數(shù)字輸出電路126。第一A-D轉(zhuǎn)換單元120的輸出第一D-A轉(zhuǎn)換單元122再次轉(zhuǎn)換成模擬值，然后輸入到第一放大器電路118。第一放大器電路118從輸入模擬電壓Vin中減去第一DA轉(zhuǎn)換單元122的輸出，并將該差值發(fā)送到，為其下一級(jí)的第二轉(zhuǎn)換單元130。通過第一轉(zhuǎn)換單元110的這一系列處理在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)完成。因此，不必對(duì)輸入模擬電壓Vin進(jìn)行采樣和保持，這樣以使第一轉(zhuǎn)換單元110的結(jié)構(gòu)不包含采樣-保持電路。
第二轉(zhuǎn)換單元130到第五轉(zhuǎn)換單元190具有幾乎與圖1的第二轉(zhuǎn)換單元30到第四轉(zhuǎn)換單元70相同的結(jié)構(gòu)。即使具有上述結(jié)構(gòu)和配置，第一轉(zhuǎn)換單元110減去了較大的電壓值，這樣以使通過減少而變得更小的電壓值在第二和后續(xù)的級(jí)處輸入到放大器電路。這就實(shí)現(xiàn)了維持轉(zhuǎn)換性能、在較低電壓下的工作以及減少功耗。
現(xiàn)已根據(jù)僅為示例性的實(shí)施例，說明了本發(fā)明。本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是對(duì)每個(gè)組件的組合和上述過程存在著其它不同的修改，并且這樣的修改是圍繞本發(fā)明范圍的。這樣的修改范例將在下文中說明。
在本實(shí)施例中，提供了一個(gè)或兩個(gè)比較器，用于測(cè)定輸入模擬電壓Vin的范圍。如修改的范例，可能提供3個(gè)或更多的比較器，以便在更寬的范圍內(nèi)判定輸入模擬電壓值。
能以任意方式設(shè)置上述實(shí)施例中的采樣-保持電路和差分放大器電路的放大因素，然后根據(jù)設(shè)置的放大因素來決定第一調(diào)節(jié)電路127和第二調(diào)節(jié)電路27的結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)通過示例性的實(shí)施例方式說明本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員在不背離由附加權(quán)利要求書的本發(fā)明范圍的前提下，可進(jìn)一步進(jìn)行許多改變和替代。
權(quán)利要求
1.信號(hào)轉(zhuǎn)換方法，包括測(cè)定輸入信號(hào)的范圍；根據(jù)所述測(cè)定設(shè)置參考信號(hào)電平，以使所述輸入信號(hào)按照其轉(zhuǎn)換性能處在滿意的范圍內(nèi)；保持通過使用參考信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)所取得的信號(hào)值；在上述保持的同時(shí)，將所述輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)信號(hào)；以及偏置在上述保持的所保持的輸入信號(hào)中引起的暫時(shí)變化。
2.如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于所述測(cè)定決定所述輸入信號(hào)的電壓值為正的或?yàn)樨?fù)的。
3.如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于所述測(cè)定決定所述輸入信號(hào)是否處在預(yù)定范圍內(nèi)。
4.信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，包括第一調(diào)節(jié)單元，其根據(jù)輸入信號(hào)的范圍設(shè)置參考信號(hào)電平，以使所述輸入信號(hào)的值按照其轉(zhuǎn)換性能處在滿意的范圍內(nèi)；第二調(diào)節(jié)單元，其在將所述輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)信號(hào)的過程中，運(yùn)用參考信號(hào)偏置在所述輸入信號(hào)中引起的暫時(shí)變化。
5.模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括第一調(diào)節(jié)單元，其根據(jù)輸入模擬電壓的范圍設(shè)置參考信號(hào)電平，以使所述輸入模擬電壓的值按照其轉(zhuǎn)換性能處在滿意的范圍內(nèi)；模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換單元，其將所述輸入模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；以及第二調(diào)節(jié)單元，其在A-D轉(zhuǎn)換過程中，通過運(yùn)用參考信號(hào)偏置在所述輸入模擬電壓值中引起的暫時(shí)變化。
6.如權(quán)利要求書5所述的電路，其特征在于所述第一調(diào)節(jié)單元包括測(cè)定所述輸入模擬電壓范圍的比較器，以及以這樣的方式保持所獲取的值的采樣-保持單元，其方式是根據(jù)所述這樣設(shè)置的參考信號(hào)，把暫時(shí)變化被附加到所述輸入模擬電壓值上，以使所述輸入模擬電壓值處于所述滿意的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求書6所述的電路，其特征在于所述A-D轉(zhuǎn)換單元將所述輸入模擬電壓值轉(zhuǎn)換為由預(yù)定位數(shù)所表示的數(shù)字值，并且所述第二調(diào)節(jié)單元包括數(shù)模(D-A)轉(zhuǎn)換單元，其將所述數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值，并進(jìn)行調(diào)節(jié)來偏置其暫時(shí)變化；以及減法器，其從保持于所述采樣-保持單元的模擬電壓值中減去所述這樣轉(zhuǎn)換的模擬值。
8.如權(quán)利要求書5所述的電路，其特征在于提供了多級(jí)轉(zhuǎn)換單元，在每一級(jí)上逐漸產(chǎn)生了從高次位開始的1位或多位數(shù)字值，并且轉(zhuǎn)換單元的所述許多級(jí)中的任何一級(jí)或多級(jí)均包括所述第一調(diào)節(jié)單元和所述第二調(diào)節(jié)單元。
9.如權(quán)利要求書6所述的電路，其特征在于提供多級(jí)轉(zhuǎn)換單元，在每一級(jí)上，逐漸產(chǎn)生從高部位開始的一位或多位數(shù)字值，并且轉(zhuǎn)換單元的所述許多級(jí)中的任何一級(jí)或多級(jí)均包括所述第一調(diào)節(jié)單元和所述第二調(diào)節(jié)單元。
10.如權(quán)利要求書7所述的電路，其特征在于提供多級(jí)轉(zhuǎn)換單元，在每一級(jí)上，逐漸產(chǎn)生了從高部位開始的一位或多位數(shù)字值，并且轉(zhuǎn)換單元的所述許多級(jí)中的任何一級(jí)或多級(jí)均包括所述第一調(diào)節(jié)單元和所述第二調(diào)節(jié)單元。
11.用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，所述電路包括模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換單元，其獲取輸入模擬電壓值，然后將所述獲取的輸入模擬電壓值轉(zhuǎn)換為預(yù)定位數(shù)的數(shù)字值；以及采樣-保持單元，其獲取并保持被這樣調(diào)整的值，以使將由所述A-D轉(zhuǎn)換單元獲取的輸入模擬電壓按照其轉(zhuǎn)換性能處于滿意的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求書4所述的電路，其特征在于所述第一調(diào)節(jié)單元在所述附加人為變化在往后級(jí)的位置處被偏置的情況下，將人為變化附加到可能導(dǎo)致采樣-保持電路輸出引起誤差的輸入電壓上。
13.如權(quán)利要求書5所述的電路，其特征在于所述第一調(diào)節(jié)單元在所述附加人為變化在往后級(jí)的位置處被偏置的情況下，將人為變化附加到其可能導(dǎo)致采樣-保持電路輸出引起誤差的輸入電壓上。
14.如權(quán)利要求書11所述的電路，其特征在于所述輸入模擬值如原樣輸入到所述A-D轉(zhuǎn)換單元，并且所述輸入模擬值的調(diào)節(jié)值輸入到所述采樣-保持單元。
15.如權(quán)利要求書11所述的電路，其特征在于將被輸入到所述采樣-保持單元的值是通過將來自所述A-D轉(zhuǎn)換單元的輸出再次轉(zhuǎn)換為模擬值，并從所述源模擬值中減去所述這樣轉(zhuǎn)換的模擬值而獲取的值。
全文摘要
在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的第一轉(zhuǎn)換單元中，第一模數(shù)(A－D)轉(zhuǎn)換單元將輸入電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并且第一數(shù)模(D－A)轉(zhuǎn)換單元將數(shù)字值再次轉(zhuǎn)換為模擬值。比較器測(cè)定輸入電壓的范圍，并且采樣－保持電路保持根據(jù)這個(gè)結(jié)果調(diào)節(jié)的值。第一D－A轉(zhuǎn)換單元對(duì)該數(shù)字值進(jìn)行類似的調(diào)節(jié)。保持于第一放大器電路處的值和第一D－A轉(zhuǎn)換單元輸出值之間的差值加以放大，以便提供到下一級(jí)。
文檔編號(hào)H03M1/16GK1497854SQ20031010152
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月3日
發(fā)明者小林重人 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社