專利名稱：具有增強的高頻性能特性的流水線式模數(shù)轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路設備，更特別地，本發(fā)明涉及模數(shù)轉換器。
背景技術：
一種模數(shù)轉換設備將模擬信號轉換成數(shù)字信號，以及一種流水線式模數(shù)轉換設備由多個相互連接的這樣的模數(shù)轉換設備所組成。圖1是傳統(tǒng)的流水線式模數(shù)轉換設備101的方框圖。參照圖1，該傳統(tǒng)的流水線式模數(shù)轉換設備101包括第一到第n子模數(shù)轉換器111a到111n、第一到第n倍增數(shù)模轉換器(MDAC)121a到121n、以及取樣/保持放大器131。所有的第一到第n子模數(shù)轉換器111a到111n以及第一到第n MDAC 121a到121n都使用一個基準電壓Vref，其中第一到第n子模數(shù)轉換器111a到111n可以為快速模數(shù)轉換器。換句話說，第一到第n子模數(shù)轉換器111a到111n和第一到第n MDAC 121a到121n接收由基準電壓產(chǎn)生器(未示出)所提供的基準電壓Vref。
圖2說明了發(fā)送到圖1的流水線式模數(shù)轉換設備101的信號的波形圖以及該流水線式模數(shù)轉換設備101的一些元件的后續(xù)操作。在圖2中，S.S、S.H、R.S、S.C和S.A分別是信號取樣、信號保持、基準取樣、信號比較和信號放大的縮寫。參考圖2，當時鐘信號CK是處于高電平(tk1)時，第一子模數(shù)轉換器111a對從圖1的取樣/保持放大器131輸出的模擬信號A1進行取樣。此時，圖1的第一MDAC 121a取樣基準電壓Vref。當時鐘信號CK是處于高電平(tk1)時，第一子模數(shù)轉換器111a對基準電壓Vref進行取樣以及第一MDAC121a放大模擬信號A1。
當基準電壓Vref被施加到流水線式模數(shù)轉換設備101時，基準電壓Vref在每一個時鐘周期期間在一些波動之后被穩(wěn)定在恒定的電平。當流水線式模數(shù)轉換設備101的工作頻率為高時，執(zhí)行所有的操作并同時基準電壓Vref波動?；鶞孰妷篤ref的這樣的波動可以導致在需要精確的第一到第n MDAC 121a到121n中出現(xiàn)錯誤。為了防止如此的錯誤，可以降低流水線式模數(shù)轉換設備101的工作頻率。
為了在高工作頻率上使用沒有波動的基準電壓，可以使用大容量的基準電壓產(chǎn)生器，這導致了基準電壓產(chǎn)生器的尺寸的增加和高額的制造成本。基準電壓產(chǎn)生器可以通過在模數(shù)轉換設備101處的引腳連接到大的外部電容器上并且由基準電壓產(chǎn)生器產(chǎn)生的基準電壓Vref可以被提供到該電容器。但是，在這種情況中，額外需要專用的引腳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過減少基準電壓的波動來穩(wěn)定地運行的流水線式模數(shù)轉換設備。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種流水線式模數(shù)轉換設備，該流水線式模數(shù)轉換設備包括施加了第一基準電壓的第一節(jié)點和施加了第二基準電壓的第二節(jié)點。連接到第一節(jié)點的至少一個子模數(shù)轉換器接收模擬信號，通過使用第一基準電壓來轉換該模擬信號，以及輸出數(shù)字信號。連接到第二節(jié)點的至少一個倍增數(shù)模轉換器接收從對應的子模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號和輸入到該對應的子模數(shù)轉換器的模擬信號，通過使用第二基準電壓來將從對應的子模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號轉換成模擬信號，將所產(chǎn)生的模擬信號與輸入到該對應的子模數(shù)轉換器的模擬信號進行比較，以及放大并輸出在所述模擬信號之間的差。連接到第二節(jié)點的最后一個子模數(shù)轉換器接收從對應的倍增數(shù)模轉換器輸出的模擬信號，通過使用第二基準電壓來轉換該模擬信號，以及輸出數(shù)字信號。
所述至少一個子模數(shù)轉換器的第一子模數(shù)轉換器可以輸出從流水線式模數(shù)轉換設備輸出的數(shù)字信號的最高有效位以及最后一個子模數(shù)轉換器可以輸出從流水線式模數(shù)轉換設備輸出的數(shù)字信號的最低有效位。所述設備還可以包括糾正器，用于糾正由所述至少一個子模數(shù)轉換器所產(chǎn)生的數(shù)字信號。
所述至少一個倍增數(shù)模轉換器中的每一個都可以包括子數(shù)模轉換器，用于接收從對應的子模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號，將該數(shù)字信號轉換成模擬信號，以及輸出該模擬信號。比較器也被配置來接收從所述子數(shù)模轉換器輸出的模擬信號和輸入到該對應的子模數(shù)轉換器的模擬信號。所述比較器比較這些模擬信號，并且輸出這些模擬信號之間的差。放大器被提供來用于放大和輸出比較器的輸出。
所述設備還可以包括取樣/保持放大器，用于將模擬信號發(fā)送到所述至少一個子模數(shù)轉換器的第一子模數(shù)轉換器；以及所述至少一個倍增數(shù)模轉換器的第一倍增數(shù)模轉換器。至少一個時鐘信號可以被輸入到所述至少一個子模數(shù)轉換器和所述至少一個倍增數(shù)模轉換器。


圖1是傳統(tǒng)的流水線式模數(shù)轉換設備的方框圖；圖2說明了發(fā)送到圖1的流水線式模數(shù)轉換設備的信號的波形圖以及該流水線式模數(shù)轉換設備的一些元件的操作；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的流水線式模數(shù)轉換設備的方框圖；圖4是圖3中說明的第一MDAC的詳細的方框圖；圖5說明了發(fā)送到圖3的流水線式模數(shù)轉換設備的信號的波形圖以及該流水線式模數(shù)轉換設備的一些元件的操作；以及圖6是4比特流水線式模數(shù)轉換設備的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，在附圖中顯示了本發(fā)明的示范性實施例。但是，本發(fā)明可以以很多不同的形式來具體化而不應該被認為限定到這里所闡明的實施例上；相反，這些實施例被提供來使得本公開將是透徹的和全面的，并且將充分地將本發(fā)明的概念傳遞給本領域技術人員。附圖中相同的參考標號表示相同的元件。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的流水線式模數(shù)轉換設備301的方框圖。參照圖3，流水線式模數(shù)轉換設備301包括取樣/保持放大器331、第一基準電壓產(chǎn)生器341、第二基準電壓產(chǎn)生器342、第一和第二節(jié)點351和352、第一到第n子模數(shù)轉換器311a到311n、第一到第(n-1)倍增數(shù)模轉換器(MDAC)321a到321n-1、以及數(shù)字糾正器361。
取樣/保持放大器331以有規(guī)則的間隔重復地取樣和保持從外部源輸入的模擬信號并且輸出模擬信號AN1。第一基準電壓產(chǎn)生器341產(chǎn)生第一基準電壓Vref1，而第二基準電壓產(chǎn)生器342產(chǎn)生第二基準電壓Vref2。第一基準電壓Vref1和第二基準電壓Vref2可以被設置在相等或不同的幅度上。但是，第二基準電壓產(chǎn)生器342可以比第一基準電壓產(chǎn)生器341更加精確。
第一和第二節(jié)點351和352分別連接到第一和第二基準電壓產(chǎn)生器341和342。第一和第二節(jié)點351和352被需要來從外部將第一和第二基準電壓產(chǎn)生器341和342連接到流水線式模數(shù)轉換設備301。當?shù)谝缓偷诙鶞孰妷寒a(chǎn)生器341和342被安裝在流水線式模數(shù)轉換設備301之內(nèi)時，就不需要第一和第二節(jié)點351和352。
第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器311a到311n-1連接到第一節(jié)點351并且接收由第一基準電壓產(chǎn)生器341所產(chǎn)生的第一基準電壓Vref1。第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器311a到311n-1分別接收第一到第(n-1)模擬信號AN1到ANn-1，通過使用第一基準電壓Vref1來轉換第一到第(n-1)模擬信號AN1到ANn-1，以及輸出第一到第(n-1)數(shù)字信號DN1到DNn-1。
第n子數(shù)模轉換器311n接收從第(n-1)MDAC 321n-1輸出的第n模擬信號ANn，通過使用第二基準電壓Vref2來轉換第n模擬信號ANn，以及輸出第n數(shù)字信號DNn。第一子模數(shù)轉換器311a接收從取樣/保持放大器331輸出的第一模擬信號AN1。第二到第n子模數(shù)轉換器311b到311n接收從第一到第(n-1)MDAC 321a到321n-1輸出的第二到第n模擬信號AN2到ANn。所有的第一到第n子模數(shù)轉換器311a到311n可以是快速模數(shù)轉換器。
第一到第(n-1)MDAC 321a到321n-1連接到第二節(jié)點352并且接收由第二基準電壓產(chǎn)生器342所產(chǎn)生的第二基準電壓Vref2。第一到第(n-1)MDAC321a到321n-1接收從第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器311a到311n-1輸出的數(shù)字信號、以及第一到第(n-1)模擬信號DN1到DNn-1。
第一到第(n-1)MDAC 321a到321n-1分別將從第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器311a到311n-1輸出的數(shù)字信號轉換成第二到第n模擬信號AN2到ANn，比較第二到第n模擬信號AN2到ANn和第一到第(n-1)模擬信號AN1到ANn-1，以及放大和輸出在所比較的模擬信號之間的差。
此時，第一MDAC 321a接收從取樣/保持放大器331輸出的第一模擬信號AN1。稍后將參照圖4詳細地描述第一到第(n-1)MDAC 321a到321n-1的配置。
數(shù)字糾正器361糾正從第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器輸出的第一到第(n-1)數(shù)字信號DN1到DNn-1。換句話說，由于錯誤可以被包含在從第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器輸出的第一到第(n-1)數(shù)字信號DN1到DNn-1中，所以數(shù)字糾正器361糾正這樣的錯誤。但是，數(shù)字糾正器361沒有糾正從第n子模數(shù)轉換器311n輸出的第n數(shù)字信號。因此，第n子模數(shù)轉換器311n被精確地設計來防止錯誤。
圖4是圖3中說明的第一MDAC 321a的詳細的方框圖。參照圖4，第一MDAC 321a包括第一子數(shù)模轉換器411、比較器421和放大器431。第一子數(shù)模轉換器411接收從圖3的第一子模數(shù)轉換器311a輸出的第一數(shù)字信號DN1，將第一數(shù)字信號DN1轉換成第一模擬信號ANA1，以及輸出該第一模擬信號ANA1。比較器421接收從第一子數(shù)模轉換器411輸出的第一模擬信號ANA1和輸入到圖1的第一子模數(shù)轉換器311a的第一模擬信號AN1，將第一模擬信號ANA1和第一模擬信號AN1進行比較，以及輸出它們之間的差。放大器431放大從比較器421輸出的信號并且輸出第二模擬信號AN2來作為第一MDAC 321a的輸出信號。第二到第(n-1)MDAC 321b到321n-1的配置相同于第一MDAC 321a的配置。
圖5說明了發(fā)送到圖3的流水線式模數(shù)轉換設備301的信號的波形圖以及該流水線式模數(shù)轉換設備301的一些元件的后續(xù)操作。在圖5中，S.S、S.H、R.S、S.C和S.A分別是信號取樣、信號保持、基準取樣、信號比較和信號放大的縮寫。參考圖3和5，時鐘信號CK1和CK2被發(fā)送到圖3的第一到第n子模數(shù)轉換器311a到311n以及第一到第(n-1)MDAC 321a到321n-1。
當時鐘信號CK2是處于高電平(tk2)時，圖3的第一子模數(shù)轉換器311a對從圖3的取樣/保持放大器331輸出的第一模擬信號A1進行取樣。此時，圖3的第一MDAC 321a取樣圖3的第一基準電壓Vref1。當時鐘信號CK2是處于高電平(tk2)時，第一子模數(shù)轉換器311a對第一基準電壓Vref1進行取樣以及圖3的第一MDAC 321a放大第一模擬信號A1。
在tk2期間，施加到圖3的第一MDAC321a的圖3的第二基準電壓Vref2被在沒有波動的情況下保持恒定。因此，圖3的第一MDAC321a能穩(wěn)定地執(zhí)行放大操作。同樣，第二到第(n-1)MDAC 321b到321n-1能使用圖3的恒定的第二基準電壓Vref2來穩(wěn)定地執(zhí)行放大操作。
由于施加到第一到第(n-1)MDAC 321a到321n-1的第二基準電壓Vref2不同于施加到第一到第(n-1)子模數(shù)轉換器311a到311n-1的第一基準電壓，所以圖3的流水線式模數(shù)轉換設備301能穩(wěn)定地執(zhí)行轉換操作。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的4比特流水線式模數(shù)轉換設備601的方框圖。參照圖6，4比特流水線式模數(shù)轉換設備601包括取樣/保持放大器631、第一基準電壓產(chǎn)生器641、第二基準電壓產(chǎn)生器642、第一和第二子模數(shù)轉換器611和612、MDAC621、以及數(shù)字糾正器661。
現(xiàn)在將參照圖6描述4比特流水線式模數(shù)轉換設備601的轉換操作。假定從取樣/保持放大器631輸出0.84[V]以及從取樣/保持放大器631輸出的模擬信號AP1的電壓電平是在0[V]和1[V]之間。
由第一子模數(shù)轉換器611將從取樣/保持放大器631輸出的0.84[V]轉換成二進制代碼。如下面的表1中所示。第一和第二子模數(shù)轉換器611和612將1伏特分類成四個0.25伏特階段。第一和第二子模數(shù)轉換器611和612對輸入的模擬信號AP1和AP2的電壓進行取樣并且確定模擬信號AP1和AP2的取樣電壓屬于哪一個。
表1

如表1中所示，由于0.84伏特是在0.75和1.0伏特之間，所以第一子模數(shù)轉換器611輸出“11”。
從第一子模數(shù)轉換器611輸出的二進制代碼“11”即數(shù)字信號被發(fā)送到在MDAC 621中所包括的子數(shù)模轉換器623中。子數(shù)模轉換器623將“11”轉換成模擬信號APP1。換句話說，由于“11”指示在0.75V和1V之間的電壓，所以子數(shù)模轉換器623輸出0.75V模擬信號APP1。
在MDAC 621中所包括的比較器625接收從取樣/保持放大器631輸出的模擬信號AP1和從子數(shù)模轉換器623輸出的模擬信號APP1并且輸出等于在模擬信號AP1和APP1之間的差的電壓。具體地說，從取樣/保持放大器631輸出的模擬信號AP1的電壓是0.84V以及從子數(shù)模轉換器623輸出的模擬信號APP1的電壓是0.75V。因此，在模擬信號AP1和APP1之間的差是0.09V。
在MDAC 621中所包括的放大器放大和輸出從比較器625輸出的0.09V模擬信號。放大器627將0.09V放大四倍并且輸出0.36V。
第二子模數(shù)轉換器612接收和轉換從MDAC 621輸出的0.36V并且輸出數(shù)字信號“01”。數(shù)字糾正器661糾正從第一子模數(shù)轉換器611輸出的數(shù)字信號DP1。4比特流水線式模數(shù)轉換設備601接收并轉換0.84伏特模擬信號成數(shù)字信號“1101”。
4比特流水線式模數(shù)轉換設備601可以包括三個MDAC和四個子模數(shù)轉換器。在這種情況中，每一個MDAC都產(chǎn)生數(shù)字信號。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的模數(shù)轉換設備從兩個基準電壓產(chǎn)生器接收不同的基準電壓。因此，模數(shù)轉換設備具有下面的優(yōu)點。
第一，MDAC穩(wěn)定地運行，這是因為不需要時間來接收沒有波動的穩(wěn)定基準電壓。
第二，由于MDAC穩(wěn)定地運行，所以能增加模數(shù)轉換設備的工作頻率。因此，該模數(shù)轉換設備能被其中需要高速運行的系統(tǒng)所使用。
第三，由子模數(shù)轉換器所產(chǎn)生的數(shù)字信號由數(shù)字糾正器所糾正。因此，子模數(shù)轉換器能接收由低精度基準電壓產(chǎn)生器所產(chǎn)生的基準電壓，以及需要精確的MDAC和最后的子模數(shù)轉換器能接收由高精度基準電壓產(chǎn)生器所產(chǎn)生的基準電壓。因此，增強了模數(shù)轉換設備的精確度。
第四，由于由施加了第一基準電壓的子模數(shù)轉換器所產(chǎn)生的數(shù)字信號由數(shù)字糾正器所糾正，所以在第一基準電壓和第二基準電壓之間的偏差沒有影響該模數(shù)轉換設備。
雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的示范性實施例具體顯示和描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員將明白，在不脫離所附權利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，這里可以做出形式上和細節(jié)上的各種變化。
本申請要求韓國專利申請第2004-116997號、申請日為2004年12月30日的優(yōu)先權，這里引用其公開內(nèi)容作為參考。
權利要求
1.一種流水線式數(shù)模轉換器，包括第一子模數(shù)轉換器，被配置來將第一模擬信號轉換成第一數(shù)字信號以及響應于第一基準電壓；以及倍增數(shù)模轉換器，響應于第一模擬信號、第一數(shù)字信號和與第一基準電壓無關地產(chǎn)生的第二基準電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的轉換器，還包括響應于第二基準電壓的第二子模數(shù)轉換器。
3.根據(jù)權利要求2所述的轉換器，其中，第二子模數(shù)轉換器是在所述流水線式數(shù)模轉換器中的最后一個子模數(shù)轉換器。
4.根據(jù)權利要求1所述的轉換器，其中，第一數(shù)字信號表示從所述流水線式數(shù)模轉換器輸出的多位數(shù)字信號的最高有效位。
5.根據(jù)權利要求3所述的轉換器，其中，第一數(shù)字信號表示從所述流水線式數(shù)模轉換器輸出的多位數(shù)字信號的最高有效位。
6.根據(jù)權利要求5所述的轉換器，其中，最后一個子模數(shù)轉換器被配置來產(chǎn)生數(shù)字信號來作為從所述流水線式數(shù)模轉換器輸出的多位數(shù)字信號的最低有效位。
7.根據(jù)權利要求6所述的轉換器，其中，利用電壓穩(wěn)定性的不同電平來產(chǎn)生第一和第二基準電壓。
8.根據(jù)權利要求7所述的轉換器，其中，以比第一基準電壓高的穩(wěn)定性電平來產(chǎn)生第二基準電壓。
9.根據(jù)權利要求8所述的轉換器，其中，第一基準電壓的幅度等于第二基準電壓的幅度。
10.一種流水線式模數(shù)轉換設備，包括施加了第一基準電壓的第一節(jié)點；施加了第二基準電壓的第二節(jié)點；連接到第一節(jié)點的至少一個子模數(shù)轉換器，用于接收模擬信號，通過使用第一基準電壓來轉換該模擬信號，以及輸出數(shù)字信號；連接到第二節(jié)點的至少一個倍增數(shù)模轉換器，用于接收從對應的子模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號和輸入到該對應的子模數(shù)轉換器的模擬信號，通過使用第二基準電壓來將從對應的子模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號轉換成模擬信號，將所產(chǎn)生的模擬信號與輸入到該對應的子模數(shù)轉換器的模擬信號進行比較，以及放大并輸出在模擬信號之間的差；以及連接到第二節(jié)點的最后一個子模數(shù)轉換器，用于接收從對應的倍增數(shù)模轉換器輸出的模擬信號，通過使用第二基準電壓來轉換該模擬信號，以及輸出數(shù)字信號。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，所述至少一個子模數(shù)轉換器的第一子模數(shù)轉換器輸出從流水線式模數(shù)轉換設備輸出的數(shù)字信號的最高有效位以及最后一個子模數(shù)轉換器輸出從流水線式模數(shù)轉換設備輸出的數(shù)字信號的最低有效位。
12.根據(jù)權利要求10所述的設備，還包括糾正器，用于糾正由所述至少一個子模數(shù)轉換器所產(chǎn)生的數(shù)字信號。
13.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，所述至少一個倍增數(shù)模轉換器中的每一個都包括子數(shù)模轉換器，用于接收從對應的子模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號，將該數(shù)字信號轉換成模擬信號，以及輸出該模擬信號；比較器，用于接收從所述子數(shù)模轉換器輸出的模擬信號和輸入到該對應的子模數(shù)轉換器的模擬信號，比較這些模擬信號，并且輸出這些模擬信號之間的差；以及放大器，用于放大和輸出比較器的輸出。
14.根據(jù)權利要求10所述的設備，還包括取樣/保持放大器，用于將模擬信號發(fā)送到所述至少一個子模數(shù)轉換器的第一子模數(shù)轉換器；以及所述至少一個倍增數(shù)模轉換器的第一倍增數(shù)模轉換器。
15.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，至少一個時鐘信號被輸入到所述至少一個子模數(shù)轉換器和所述至少一個倍增數(shù)模轉換器。
全文摘要
一種流水線式數(shù)模轉換器包括第一子模數(shù)轉換器和倍增數(shù)模轉換器。響應于第一基準電壓的第一子模數(shù)轉換器被配置來將第一模擬信號轉換成第一數(shù)字信號。倍增數(shù)模轉換器響應于第一模擬信號、第一數(shù)字信號和第二基準信號。與第一基準電壓無關地來產(chǎn)生第二基準電壓以便于增強流水線式數(shù)模轉換器的高頻性能特性。
文檔編號H03M1/34GK1797957SQ20051013751
公開日2006年7月5日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權日2004年12月30日
發(fā)明者李珍國 申請人:三星電子株式會社