專利名稱：按照逐次逼近法原理運(yùn)行的具有冗余權(quán)重的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于按照逐次逼近法的原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明還涉及包括對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制網(wǎng) 絡(luò)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及涉及按照逐次逼近法原理的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換 的對(duì)應(yīng)的方法.
背景技術(shù)：
逐次逼近法的功能原理表示一種用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的重要的 操作方法。在該方法中，所要求的數(shù)字值在迭代搜索過(guò)程中被確定. 為此目的，通過(guò)一個(gè)比較器把要被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓與模擬閾值電 壓進(jìn)行比較.該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入字由一個(gè)連接于比較器
之后的逼近寄存器生成，該寄存器也稱作SAR (逐次逼近寄存器).按 照在比較器輸出端上的信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)地改變數(shù)字輸入字，可以使該數(shù) 字輸入字逐次地逼近所要求的數(shù)字值.
為實(shí)現(xiàn)在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，例如，可以 使用二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，其中，在所有情況下具有特定權(quán)重值的權(quán)重被分配 給輸入字的每一個(gè)比特，按照各自的比特值該權(quán)重可以被切換.二進(jìn) 制網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重是二進(jìn)制加權(quán)的，即其權(quán)重值以2的冪彼此相關(guān).這種 二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)例如通過(guò)二進(jìn)制加權(quán)的電流源、R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)或二進(jìn)制加 權(quán)的電容器實(shí)現(xiàn)。
圖1表示按照逐次逼近法的原理的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施 例的簡(jiǎn)化框圖，該轉(zhuǎn)換器使用數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò).因?yàn)樵?此通過(guò)電容器實(shí)現(xiàn)權(quán)重，所以該方法也可以被稱作電荷再分配法。圖 1所示的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)分辨率為N=3比特的數(shù)字輸出字 DQut。通過(guò)三個(gè)電容器C3、 C2和C1，實(shí)現(xiàn)該二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，其中， 在所有情況下電容器C3、 C2和Cl按照所示順序從MSB (最高有效比 特)開(kāi)始，被分配給所要求的輸出字D。ut的一個(gè)比特.由于二進(jìn)制加 權(quán)，下面的公式應(yīng)用于電容值Ci(ie [1， ......，3]): Ci-Cj . 2(ij) (方程l)
如果LSB(最低有效位)的電容器Cl的電容值被規(guī)范化為一個(gè)單位 的容量，則為剩余的電容器C2和C3獲得圖1中所輸入的電容值。
附加的電容器cr被用于補(bǔ)償增益誤差，因?yàn)檩斎腚姾杀淮鎯?chǔ)于8 個(gè)電容單元而不是沒(méi)有cr的7個(gè)電容單元的一個(gè)總電容中。在所有 情況下電容器C3、 C2、 ci以及cr連接于一個(gè)與比較器C0MP的正極
輸入端連接的公共電荷節(jié)點(diǎn)K.
在取樣階段(也稱作順序階段)，節(jié)點(diǎn)連接于地(此處未顯示)， 而在所有情況下電容器C3、 C2、 Cl以及cr的底部端子分別經(jīng)由單獨(dú) 的開(kāi)關(guān)Sl到S3以及Sl'連接于輸入電壓ViD.這導(dǎo)致用取決于輸入電
壓V^的電荷對(duì)節(jié)點(diǎn)K的充電。
在隨后的轉(zhuǎn)換階段之初，對(duì)地的蜂接(此處未顯示)被打開(kāi)，而
在所有情況下電容器C3、 C2、 Cl以及C1'的底部端子分別經(jīng)由開(kāi)關(guān)Sl
到S3以及sr連接于地.因?yàn)樵谠撨^(guò)程期間節(jié)點(diǎn)K處的電荷維持不變，
所以節(jié)點(diǎn)K的電位跳變?yōu)?Vi"
在此之后，電容器C3、 C2和Cl經(jīng)由開(kāi)關(guān)Sl到S3順序連接于參 考電壓Vref. 二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)固有的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)Sl到S3由與 比較器C0MP的輸出端上所連接的SAR所控制。在本裝置中，SAR的數(shù) 字控制信號(hào)D。tn對(duì)應(yīng)于輸出字D^ (除了用于開(kāi)關(guān)位置Vh的切換信 息外)。
在所有情況下，通過(guò)在每一次電荷再分配后對(duì)節(jié)點(diǎn)K的電位與地 電位的比較，可以決定要發(fā)現(xiàn)的數(shù)字字D。w的從MSB開(kāi)始到LSB的一
個(gè)比特.
同樣可以想到，為了減少切換能量把一個(gè)權(quán)重的電容拆分為一些 單個(gè)的電容.
代替使用如上所述的用于數(shù)字字的二進(jìn)制搜索策略，使用具有冗 余的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的非二進(jìn)制方法也是可能的。雖然由于冗余性 這些需要更多的時(shí)鐘周期，但其可以被更迅速地進(jìn)行時(shí)鐘控制以致這 樣的非二進(jìn)制搜索策略(例如使用1.85而不是2的底數(shù))仍然能夠 更快速地產(chǎn)生結(jié)杲。
與二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)相比，非二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)有其不利之處使用非二進(jìn)制
網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)權(quán)重原則上呈現(xiàn)較差的匹配，并且權(quán)重的任何自我校準(zhǔn)都 是復(fù)雜的.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，規(guī)定一種用于按照逐次逼近法原理運(yùn)行的模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，其可以用與非二進(jìn)制網(wǎng) 絡(luò)相似的速度進(jìn)行時(shí)鐘控制以及仍然應(yīng)用二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單電路技 術(shù)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是，規(guī)定對(duì)應(yīng)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和用于模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的對(duì)應(yīng)的方法.
形成本發(fā)明的基礎(chǔ)的目的可以通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求1、 7和10的特 征實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明用于按照逐次逼近法原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，包括N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重和另外的至少一 個(gè)冗余二進(jìn)制權(quán)重。在本裝置中，每一個(gè)權(quán)重，包括冗余權(quán)重在內(nèi)， 在所有情況下對(duì)應(yīng)于構(gòu)成該逼近法的一部分的冗余二進(jìn)制代碼的一個(gè) 位置。術(shù)語(yǔ)二進(jìn)制代碼表示具有兩種不同符號(hào)(例如1或0)的序列 的代碼。冗余二進(jìn)制代碼因此不是一個(gè)簡(jiǎn)單二進(jìn)制代碼，其中各個(gè)單 獨(dú)位置對(duì)應(yīng)于以2為底數(shù)的冪。
根據(jù)本發(fā)明的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)存在于如下事實(shí)中通 過(guò)應(yīng)用冗余權(quán)重，可以提高運(yùn)行時(shí)鐘速率，因?yàn)榭赡茉谵D(zhuǎn)換過(guò)程期間 通過(guò)冗余權(quán)重補(bǔ)償由于所增加的時(shí)鐘速率引起的錯(cuò)誤決定.同時(shí)，與 上述提及的可選的非二進(jìn)制方法相反，使用二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)提供簡(jiǎn)單的電 路配置，而不會(huì)必需預(yù)期匹配問(wèn)題或自我校準(zhǔn)期間的問(wèn)題。
在此指出，為按照逐次逼近法原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用 二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)不是強(qiáng)制性的，即使其為本發(fā)明的主要應(yīng)用.同樣可以想 到使用該網(wǎng)絡(luò)作為任何數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的 一部分.
冗余權(quán)重的權(quán)重值，即它的比特的位置重要性(significance), 典型地對(duì)應(yīng)于N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重中的第M最重要的權(quán)重(M6 [N，……，l])的權(quán)重值，這使得能夠?qū)?lái)自于從最高有效比特到第M 最高有效比特中的錯(cuò)誤判定進(jìn)行補(bǔ)償.自然，在本發(fā)明的上下文中可 能提供一些具有不同權(quán)重值的冗余權(quán)重，這些權(quán)重值在所有情況下與 N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重的不同權(quán)重值對(duì)應(yīng)，而不是提供一個(gè)單獨(dú)的冗余權(quán)重.
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，權(quán)重被構(gòu)造為電容性的，如上文所述，
但其它實(shí)現(xiàn)形式的權(quán)重諸如，例如二進(jìn)制加權(quán)的電流源，也可以被用 于本發(fā)明的上下文中。在此通過(guò)拆分的電容器實(shí)現(xiàn)權(quán)重是有利的。使 用拆分的電容器以及其結(jié)果的有利性將在


隨后的文字中進(jìn)行 闡述.
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在要由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的輸
入信號(hào)的采樣期間，當(dāng)使用電容性的權(quán)重時(shí)，從最重要的權(quán)重到第M 最重要的權(quán)重以及冗余權(quán)重的這些權(quán)重被導(dǎo)電性地連接于輸入信號(hào). 這導(dǎo)致由取決于榆入電壓的電荷對(duì)電容進(jìn)行充電，該電荷被典型地存 儲(chǔ)于2W個(gè)電容單元中(例如存儲(chǔ)于圖1中具有N=3個(gè)比特的8個(gè)電容 單元中)，LSB的電容值對(duì)應(yīng)于一個(gè)電容單元.為此目的，N個(gè)權(quán)重的 所有電容以及附加的電容(見(jiàn)圖l)通常被連接到輸入電壓.相反，借 助于根據(jù)本發(fā)明的冗余權(quán)重，從最重要的權(quán)重到第M最重要的權(quán)重以
及冗余權(quán)重的所有電容被有利地連接到輸入電壓，以致電荷按照這種 方式被存儲(chǔ)于2W個(gè)電容單元中.在這種場(chǎng)合中，不需要在每種情況下 把第(M-l)最重要的權(quán)重及向下到最低重要的權(quán)重和輸入電壓連接 到輸入電壓的開(kāi)關(guān)位置。此外，為防止增益誤差的附加電容器也因而 作廢。
上面描述了根據(jù)本發(fā)明按照逐次逼近法的原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換器，其包括根據(jù)本發(fā)明的用于數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，以 及一個(gè)用于把冗余二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制輸出代碼的代碼轉(zhuǎn)換器.
根據(jù)本發(fā)明按照逐次逼近法的原理的輸入信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 方法，被安排為兩個(gè)步碟
1. 通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，輸入信號(hào)以冗余二進(jìn)制代碼 的形式被逐次地逼近.
2. 二進(jìn)制代碼被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制輸出代碼.
這些方法步驟不需要被強(qiáng)制地按照順序處理，而是也可以并行地 運(yùn)行。
本發(fā)明的另外有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行闡述.

在隨后的內(nèi)容中，參考附圖，通過(guò)例證性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 更加詳細(xì)地說(shuō)明，在附圖中
圖1表示根據(jù)電荷再分配法的傳統(tǒng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例證性的實(shí)施例，其作 為在采樣階段期間內(nèi)的根據(jù)本發(fā)明的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一部分；和
圖3表示圖2中所示的、朝向轉(zhuǎn)換階段的結(jié)尾進(jìn)行的例證性的實(shí) 施例。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)電荷再分配法的傳統(tǒng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路圖， 有關(guān)該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的配置和操作，參照本說(shuō)明書引言中的說(shuō)明.
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例證性的實(shí)施例，其作 為根據(jù)本發(fā)明的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一部分。用于8比特模擬/數(shù)字轉(zhuǎn) 換器(N-8)的網(wǎng)絡(luò)被選中作為范例.在該例證性的實(shí)施例中，提供N-8 的二進(jìn)制權(quán)重Gl到G8以及根據(jù)本發(fā)明附加的冗余權(quán)重G5'.在本裝 置中，權(quán)重G1對(duì)應(yīng)于LSB而權(quán)重G8對(duì)應(yīng)于MSB,
該二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)通過(guò)二進(jìn)制加權(quán)的電容器Cla/b到C8a/b以及 C5a'/b'加以實(shí)現(xiàn)，規(guī)范化的電容值規(guī)定各權(quán)重的權(quán)重值.作為另外一 種可選方案，例如也可以想到電阻性方法.而且，在本例證性的實(shí)施 例中該網(wǎng)絡(luò)的電容器被作為拆分的電容器加以實(shí)現(xiàn)，即每一個(gè)權(quán)重包 括二個(gè)相等大小的電容器Cia/b。使用拆分的電容器不是強(qiáng)制性的， 開(kāi)關(guān)動(dòng)作與在非拆分的電容器情況下略有不同，這一點(diǎn)將在下文中展 現(xiàn)。
由于二進(jìn)制加權(quán)，下面的方程應(yīng)用于N-8的二進(jìn)制權(quán)重的電容值 Cia/b(i € [1，……，8〗)
<formula>formula see original document page 9</formula> (方程2 )
如果使LSB的權(quán)重的電容器Cla和Clb的電容值規(guī)范化為1個(gè)電 容單位，則為剩余的電容器C2a/b到C8a/b荻得圖2中所輸入的電容 值.在本裝置中，冗余權(quán)重G5'的電容值對(duì)應(yīng)于權(quán)重G5 (即第M最重 要的權(quán)重，M-4)的電容值。
最后一個(gè)權(quán)重Gl'，以虛線表示(Cla7b'-Cla/b)，是唯一可選 的，并且如圖1中的最后一個(gè)權(quán)重那樣，通過(guò)將輸入電荷存儲(chǔ)于 N=28=256個(gè)電容單元中用來(lái)防止增益誤差，電容器Cla'和Clb'的電容 值對(duì)應(yīng)于具有N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重中最低權(quán)重因子的權(quán)重Gl的電容器Cla
和Clb的電容值.在一定的情況下，權(quán)重Gl'可以被省略而仍能避免 增益誤差，這一點(diǎn)將在下面闡述.
對(duì)于各個(gè)單獨(dú)的權(quán)重Gl到G8、 G5'以及可選的Gl'，分別提供開(kāi) 關(guān)Sla/b到S8a/b、S5a'/b'以及Sla'/b'，它們把單獨(dú)權(quán)重的電容器Cia/b 及C5a7b'與取決于開(kāi)關(guān)位置的輸入電壓Vw或參考電壓V,ef+(例如VDD) 以及V f_ (例如地)連接在一起.自然，代替所示的有三個(gè)切換選項(xiàng) 的開(kāi)關(guān)Sla/b到S8a/b、 S5a'/b'以及Sla'/b'， 一些簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)也可以 按照確保相同切換功能的方式彼此相互連接.
在所有情況下困2中所示的電容器在其頂部端子上與對(duì)應(yīng)于圖1 的節(jié)點(diǎn)K的公共充電節(jié)點(diǎn)K'連接.節(jié)點(diǎn)K'與圖2中作為反相器實(shí)現(xiàn)的 比較器COMP'的輸入連接.經(jīng)由開(kāi)關(guān)S采取閉合開(kāi)關(guān)S的方式可以旁 路反相器C0MP'，使得在該情況下反相器COMP'的輸出接近于高電位和 低電位之間的中心.代替反相器也可以使用差動(dòng)放大器一一如塌1中 ——該差動(dòng)放大器的負(fù)輸入與節(jié)點(diǎn)K'一致。反相器COMP'的輸出連接 于逼近計(jì)算寄存器SAR'，其經(jīng)由數(shù)字信號(hào)D^/控制二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)的開(kāi) 關(guān)以及以二進(jìn)制代碼表示輸出所需要的數(shù)字字D。ut'。
在第一個(gè)時(shí)鐘階段(采樣階段)，取決于輸入電壓VJ的電荷被存 儲(chǔ)于N-28-256個(gè)電容單元的總電容中，為此目的，如圖2中所示開(kāi)關(guān) S閉合。而且在沒(méi)有冗余權(quán)重的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)中，權(quán)重Gl到G8的所有 開(kāi)關(guān)Sla/b到S8a/b以及權(quán)重Gl'的開(kāi)關(guān)Sla'/b'如圖2中所示與Vin' 連接。連接于電壓Vi/的電容器的總數(shù)對(duì)應(yīng)于256個(gè)電容單元.當(dāng)使 用冗余權(quán)重(本例中為G5')時(shí)這也可以實(shí)現(xiàn)，其中，為確保2N=256 個(gè)電容單元的總的充電電容量，冗余權(quán)重G5'的電容器G57b'被排除在 外并且未連接于電壓Vin'。在該情況下，冗余權(quán)重G5'的電容器"a'和 C5b'經(jīng)由開(kāi)關(guān)S5a'和S5b'分別與V^+以及Vref—連接.
作為另外一種可選方案，在使用冗余權(quán)重時(shí)，通過(guò)把輸入電壓VJ 應(yīng)用于從MSB的權(quán)重G8的所有電容器到冗余權(quán)重G5'的電容器(即電 容器C8a/b到C5a'/b')，以及通過(guò)對(duì)最低重要的權(quán)重Gl到G4的電容 器Cla/b到C4a/b分別進(jìn)行充電達(dá)到V^+以及Vref_，可以以一種簡(jiǎn)單 的方式確保2N=256個(gè)電容單元的總的充電電容量.在該情況下，為最 低重要的權(quán)重Gl到G4的開(kāi)關(guān)Sla/b到S4a/b的開(kāi)關(guān)位置V^'可以被 省略。此外，在該情況下可以保留標(biāo)為虛線的權(quán)重Gl'(除非嘗試使
用特殊的偏移設(shè)置)。
在隨后的討論中，標(biāo)為虛線的權(quán)重Gl'因此不再被考慮在內(nèi).圖2 表示通過(guò)權(quán)重G8到G5'的充電，其中，標(biāo)為虛線的權(quán)重Gl'未被考慮 在內(nèi).
從第二個(gè)時(shí)鐘階段，轉(zhuǎn)換階段開(kāi)始，在該階段中通過(guò)借助于電荷 再分配法的逐次逼近法發(fā)生數(shù)字值的檢索.當(dāng)開(kāi)關(guān)S打開(kāi)時(shí)，在節(jié)點(diǎn) K'的取決于輸入電壓Vin'的電荷被凍結(jié).而且，開(kāi)關(guān)Sla到S8a以及S5a' 和開(kāi)關(guān)Slb到S8b以及S5b'首先被分別設(shè)置為位置Vfef+以及Vref_，使 得在1^和Vref—之間的中心電壓，即(Vref++ Vref_) /2被額外地疊加
在節(jié)點(diǎn)K'的電位上.取決于對(duì)所存儲(chǔ)的輸入電壓和在V,ef+和Vref-之間 的中心電壓的比較，比較器COMP'的榆出因而切換到高位或低位.取
決于比較器C0MP'的判定，由MSB的權(quán)重C8開(kāi)始，或者電容器C8b連 接于Vr^，或者電容器C8a連接于Vwf_.在第二個(gè)時(shí)鐘步驟后，電容 器C8a/b 二者于是都處于相同電位V^+或V f_，其同時(shí)規(guī)定所要求的 數(shù)字字的MSB以及將整個(gè)電壓結(jié)構(gòu)向上(電容器C8a/b都處于Vief+) 或向下(電容器C8a/b都處于V,ef—)推動(dòng)。
在下一個(gè)時(shí)鐘步驟，權(quán)重G7的開(kāi)關(guān)位置以相同方式被規(guī)定，其 決定第二最重要的比特.在隨后的時(shí)鐘步驟中，權(quán)重G6和G5及相關(guān) 聯(lián)的位被逐次地指定，不考慮冗余權(quán)重，這也會(huì)類似地應(yīng)用于權(quán)重G4 到Gl以及與這些權(quán)重相關(guān)聯(lián)的比特，使得所要求的數(shù)字字的各個(gè)單 獨(dú)的比特在二進(jìn)制代碼表示中由Gl到G8的權(quán)重的開(kāi)關(guān)位置定義。在 如此的連續(xù)轉(zhuǎn)換中的不利因素是，錯(cuò)誤決定(例如MSB的)(特別是 由于所增加的時(shí)鐘速率所造成的)，在連續(xù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程期間不再能被 校正。
當(dāng)使用冗余權(quán)重(本例中的G5')時(shí)，權(quán)重的錯(cuò)誤決定可以用一 個(gè)權(quán)重值(即用大于或等于該冗余權(quán)重的權(quán)重值的一個(gè)電容值)加以 校正.這是因?yàn)?，在該情況下，包括該冗余權(quán)重的最低重要的權(quán)重的 總和比為轉(zhuǎn)換實(shí)際所要求的總和更大.
將冗余權(quán)重G5'考慮在內(nèi)，于是在建立權(quán)重G4到Gl之前決定權(quán) 重G5'的開(kāi)關(guān)位置，以及只有那時(shí)逐次地決定權(quán)重G4到Gl的開(kāi)關(guān)位 置。冗余權(quán)重G5'因此被包括在通常的轉(zhuǎn)換過(guò)程中。圖3表示圖2所 示的在轉(zhuǎn)換階段結(jié)尾的例證性的實(shí)施例.
在冗余轉(zhuǎn)換期間，在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器中首先內(nèi)部確定具有N+n 個(gè)位置(n-冗余權(quán)重的數(shù)量，本例中n=l)的冗余二進(jìn)制代碼的字， 而不是具有N個(gè)位置的二進(jìn)制代碼的字.按照此后所述的方式通過(guò)作 為逼近計(jì)算寄存器SAR'的一部分的轉(zhuǎn)換器U，該冗余二進(jìn)制代碼被轉(zhuǎn) 換為在二進(jìn)制代碼表示中所要求的輸出字D。u/.作為另外一種可選方 案，轉(zhuǎn)換器U也可以作為獨(dú)立于逼近計(jì)算寄存器SAR'的分開(kāi)的電路塊 實(shí)現(xiàn).
如果，例如輸入電壓Vi/略大于在V^f+和V,e卜之間的中心電壓并
且MSB已被錯(cuò)誤設(shè)置為0而不是1，則無(wú)冗余性的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致一個(gè)代碼 字"01110010".在冗余轉(zhuǎn)換的情況下，如圖2所示， 一個(gè)錯(cuò)誤的MSB 會(huì)產(chǎn)生，例如代碼字"0111 1 0010"，即冗余權(quán)重G5'的比特被設(shè)置 為1以作為冗余二進(jìn)制代碼的第五個(gè)比特.圖3表示為該代碼例子的 開(kāi)關(guān)位置和對(duì)應(yīng)控制信號(hào)Detll'。
在隨后的內(nèi)容中，表示在由轉(zhuǎn)換器U將冗余二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為二 進(jìn)制代碼表示中的輸出字D。ut'.在該上下文中，假定輸入電壓Vi。'被 應(yīng)用于從MSB的權(quán)重G8的所有電容器向上到冗余權(quán)重G5'的電容器(即 電容器C8a/b到C5a'/b')，并且最低重要的權(quán)重Gl到G4的電容器Cla/b 到C4a/b分別被充電達(dá)到V^+以及、e卜。
電荷再分配法基于下述事實(shí)在已用電壓Vh'對(duì)電荷節(jié)點(diǎn)K'充電 后，連接于公共電荷節(jié)點(diǎn)K'的電容器Cia/b和C5a'/b'的所有電容量-電壓的乘積的總和(即在電荷節(jié)點(diǎn)K'上的電荷Q)保持不變，即
<formula>formula see original document page 12</formula>=常數(shù) (方程3 )
在此Via/b和V5a'/b'分別描述各電容器Cia/b和C5a'/b'上的電 壓。如上所述，電容器C8a/b到C5a'/b'首先用輸入電壓Vi/充電，此 外，最低重要的權(quán)重Gl到G4的電容器Cla/b到C4a/b分別被充電達(dá)
到<formula>formula see original document page 12</formula>為簡(jiǎn)單化，在隨后
的內(nèi)容中假定應(yīng)用V f_=0V。因此最初使用下述公式
<formula>formula see original document page 12</formula>
(方程4) 在轉(zhuǎn)換過(guò)程后，應(yīng)用下述公式
^/),'(:/0/6.^/++/)5'.05。'/6'.1^+ =常數(shù) (方程5 )
在此的量Di和D5'在所有情況下描述二進(jìn)制代碼的對(duì)應(yīng)比特是否 被設(shè)置(Di-l)或未被設(shè)置(Di=0).在方程3中的電荷守恒方程的 基礎(chǔ)上，可以使方程4和方程5相等，導(dǎo)出如下公式
256&'+5^/+ = 2]/^.6^/&.^/++1)5''0^'/6'.^/+ (方程6 )
方程6可以被變換為如下形式
256^ = yZ)/.C/a/6+A5'.C5a'/6'-S (方程7 )
在方程7中左邊的表達(dá)式是一個(gè)小于或等于256的量，與輸入電 壓成比例，且在二進(jìn)制代碼表示中對(duì)應(yīng)于輸出字D。ut'.該量由該組權(quán) 重Gi和G5'的代碼值給定，減少8=1000|二進(jìn)制.取決于冗余二進(jìn)制代 碼，輸出字D。u/因此可以被表示為不具有與冗余權(quán)重G5'關(guān)聯(lián)的比特D5' 的二進(jìn)制代碼，這個(gè)比特的值按照冗余權(quán)重G5'的加權(quán)而被附加(即 +10000|二進(jìn)制或+00000|二進(jìn)制)以及按照最低重要的權(quán)重Gl到G4的充 電而減去一個(gè)偏移值。通過(guò)預(yù)分配最低重要的權(quán)重Gl到G4，偏移值 在此可以被任意地選擇.特別地，該值也可以被選擇為0。如上所提 及，該偏移被有利地選擇為2(n-m-"(本例中8=1000|二進(jìn)制)。
方程7同樣說(shuō)明，將輸入電壓Vi/充電達(dá)到一個(gè)規(guī)范化的表示2 的一個(gè)冪(本例中為256 )的總電容量是有用的.這防止輸出字D。ut' 不得不以復(fù)雜方式被重新計(jì)算或防止增益誤差不得不被接受。
以示例方式提及的冗余二進(jìn)制代碼"0111 1 0010"在轉(zhuǎn)換器U 中根據(jù)方程7被重新計(jì)算為以二進(jìn)制代碼表示的輸出字D。ut' "01111010"，如下所示0111 1 00101冗余-011100101 二進(jìn)制+10000| 二進(jìn)制-10001 二進(jìn)制 -OllllOlOl二進(jìn)制
因此，不管在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的二進(jìn)制代碼的MSB的以前的錯(cuò)誤決定， 輸出字D。。/的MSB被正確設(shè)置.
如果轉(zhuǎn)換過(guò)程已經(jīng)以設(shè)置正確的MSB開(kāi)始，則例如獲得冗余二進(jìn) 制代碼"1000 0 0010".根據(jù)方程7在二進(jìn)制代碼表示中該代碼被重 新計(jì)算為輸出字D。J "01111010"，如下所示
1000 0 00101冗余=100000101 二進(jìn)制+000001 二進(jìn)制-10001 二進(jìn)制 -OllllOlOl二進(jìn)制
前述的兩個(gè)冗余二進(jìn)制代碼"0111 1 0010"和"1000 0 0010"
在數(shù)值上是相等的，因?yàn)樵趦煞N情況下在二進(jìn)制代碼表示中獲得相同
的輸出字D。ut' "01111010",根據(jù)背景知識(shí)這是可以理解的兩個(gè)冗 余二進(jìn)制代碼對(duì)應(yīng)于相同的總電容量集合，即在冗余二進(jìn)制代碼"0111 1 0010"的情況下64+32+16+16+2-130和在冗余二進(jìn)制代碼"1000 0 0010"的情況下128+2=130,
類似地，冗余二進(jìn)制代碼"0111 1 0010"和"1000 0 0010"在 轉(zhuǎn)換器U中根據(jù)方程7被重新計(jì)算為二進(jìn)制代碼表示中的輸出字D。ut' "10000010"，如下所示 0111 1 1010|冗余-01111010|二進(jìn)制+10000|二進(jìn)制-1000|二進(jìn)制-10000010|二
進(jìn)制
1000 0 1010|冗余-10001010|二進(jìn)制+00000|二進(jìn)制-1000|二進(jìn)制=10000010|二
進(jìn)制
上面敘述過(guò)，取決于冗余二進(jìn)制代碼，輸出字D。ut'可以被表示為
不具有分配給該冗余權(quán)重的比特的二進(jìn)制代碼，該比特的值按照冗余
權(quán)重的加權(quán)而被附加以及偏移值2(N—M"(本例中為8)被減去。這也 可以由以下事實(shí)確保如果分配給該冗余權(quán)重的比特的值對(duì)應(yīng)于值1， 則值2(NM—"(本例中8-1000|二進(jìn)制)被加到?jīng)]有該比特的二進(jìn)制代碼 上，或者如果分配給該冗余權(quán)重的比特的值對(duì)應(yīng)于值0，則從沒(méi)有該 位的二進(jìn)制代碼中減去值2(N—M1),兩個(gè)事例間的差再次對(duì)應(yīng)于冗余權(quán) 重的權(quán)重值2(N—M)(本例中16=10000|二進(jìn)制)。 i 在此指出，代碼分配也可以被永久地存儲(chǔ)于查找表中。 在圖2和圖3中所示的例證性的實(shí)施例中，與圖1中所示的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器不同，拆分的電容器Cia/b和C5a7b'被用作權(quán)重.巧妙 的選擇為2(N—M—"的偏移值可以保證在該情況下不僅能夠把錯(cuò)誤決定朝 向更大的值校正，而且能夠?qū)ΨQ地把錯(cuò)誤決定向較小的值校正.分別 通過(guò)加上冗余權(quán)重的權(quán)重值2(N—w和減去偏移值2(N—M—"或通過(guò)減去偏移 值2(NM1)，向更大的或更小的值的校正得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明 的不具有拆分的電容器(即具有如圖1中的簡(jiǎn)單電容器)的二進(jìn)制網(wǎng) 絡(luò)時(shí)，通過(guò)預(yù)分配最低重要的權(quán)重，例如通過(guò)把第(M-l)最重要的 權(quán)重G4 (用一個(gè)簡(jiǎn)單電容器實(shí)現(xiàn))與Vw連接，同時(shí)把權(quán)重Gl到G3 (在所有情況下用一個(gè)簡(jiǎn)單電容器實(shí)現(xiàn))與地連接，以及將輸人電壓 Vin施加于權(quán)重G8到G5'(在所有情況下用一個(gè)簡(jiǎn)單電容器加以實(shí)現(xiàn))， 可以以相同的方式實(shí)現(xiàn)向更大的或更小的值的校正.
在此指出，本發(fā)明不以任何方式限定于上述圖2和圖3中的例證 性的實(shí)施例，特別是可以提供一些冗余的權(quán)重(特別是具有高分辨率 的轉(zhuǎn)換器)、未拆分的電容器、權(quán)重的非電容性實(shí)施例或者該網(wǎng)絡(luò)的 完全不同的實(shí)施例.
為了獲得具有差動(dòng)輸入信號(hào)的完全不同的實(shí)施例，即具有兩個(gè)反 相的單端輸入信號(hào)V^與Vin_，根據(jù)本發(fā)明的如圖2和圖3中所示的模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以按照如此方式擴(kuò)展提供如圖2和圖3中所示的 兩個(gè)電容器網(wǎng)絡(luò)，即一個(gè)用于單端電壓V^的網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)用于單端電 壓Vh—的網(wǎng)絡(luò)。與圖2和圖3不同，各電容器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電荷節(jié)點(diǎn)(圖 2和圖3中的節(jié)點(diǎn)K')在所有情況下分別與差動(dòng)放大器的正極和負(fù)極 輸入連接。
權(quán)利要求
1.用于按照逐次逼近法原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，包括-N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重(G1至G8)和-另外的至少一個(gè)冗余二進(jìn)制權(quán)重(G5′)，其中，在所有情況下每一個(gè)權(quán)重對(duì)應(yīng)于構(gòu)成該逼近法的一部分的冗余二進(jìn)制代碼的一個(gè)位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，其中-冗余權(quán)重(G5')的權(quán)重值對(duì)應(yīng)于N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重中的第M重要 的權(quán)重(G5)的權(quán)重值.
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，其中 -權(quán)重(G1到G8、 G5。被構(gòu)建為電容性的.
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，其中-通過(guò)拆分的電容器(Cla/b到C8a/b、 C5a7b')來(lái)構(gòu)建權(quán)重(Gl 到G8、 G5')'
5. 根據(jù)引用權(quán)利要求2的權(quán)利要求3或4中之一的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，其中_在對(duì)要由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)(Vin')的采樣期間， 來(lái)自于從最重要的權(quán)重(G8)到第M最重要的權(quán)重(G5)以及冗余權(quán) 重(G5')的這些權(quán)重被導(dǎo)電性地連接到輸入信號(hào)(Vin')。
6. 按照逐次逼近法原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括- 一個(gè)用于數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，包括二進(jìn)制權(quán)重(G1 到G8 )和- 另外的至少一個(gè)冗余權(quán)重(G5')，其中，在所有情況下 每一個(gè)權(quán)重對(duì)應(yīng)于構(gòu)成該逼近法的一部分的冗余二進(jìn)制代碼的一 個(gè)位置，和-用于二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制輸出代碼的代碼轉(zhuǎn)換器.
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中 -該冗余權(quán)重(G5')的權(quán)重值對(duì)應(yīng)于N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重的第M最重要的權(quán)重(G5)的權(quán)重值，和- 該代碼轉(zhuǎn)換器(U)被以如此方式安排，使得取決于二進(jìn) 制代碼，該二進(jìn)制輸出代碼可以被表示為 -不具有被分配給冗余權(quán)重(G5')的比特的二進(jìn)制代碼，其中， 按照第M最重要的權(quán)重(G5)的加權(quán)附加上該比特的值以及減去任何 一個(gè)偏移值.
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器， -其中，偏移值是2^".
9. 按照逐次逼近法的原理用于輸入信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的方 法，包括以下步驟-通過(guò)用于數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近輸入信號(hào)(Vin')， 其包括- N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重(Gl到G8)和—另外的至少一個(gè)冗余二進(jìn)制權(quán)重(G5')， 其中，在所有情況下每一個(gè)權(quán)重對(duì)應(yīng)于構(gòu)成該逼近法的一部分的 冗余二進(jìn)制代碼的一個(gè)位置；和-轉(zhuǎn)換(U) 二進(jìn)制代碼為二進(jìn)制輸出代碼.
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中—冗余權(quán)重(G5')的權(quán)重值對(duì)應(yīng)于N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重中的第M最重 要的權(quán)重(G5)的權(quán)重值并且 -該逼近步驟包括如下步驟- 以如此的方式采樣輸入信號(hào)(Vin')，使得來(lái)自于從最重 要的權(quán)重(G8)到第M最重要的權(quán)重(G5)以及對(duì)應(yīng)于該第M最 重要的權(quán)重的冗余權(quán)重(G5')的這些權(quán)重導(dǎo)電性地連接于輸入信號(hào)(vin')。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO的方法，其中-冗余權(quán)重(G5')的權(quán)重值對(duì)應(yīng)于N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重中的第M最重 要的權(quán)重(G5)的權(quán)重值并且-該轉(zhuǎn)換(U)的步驟包括如下步驟從二進(jìn)制代碼中確定輸出代碼，其中，取決于二進(jìn)制代碼，該二進(jìn)制輸出代碼可以被表示為- 該不具有被分配給冗余代碼(G5')的比特的二進(jìn)制代碼， 其中，按照該笫M最重要的權(quán)重(G5)的加權(quán)附加上該比特的值 以及減去任何一個(gè)偏移值。 12.根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中-偏移值是2(W—M—全文摘要
按照逐次逼近法的具有冗余權(quán)重的原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的具有冗余權(quán)重的、按照逐次逼近法的原理運(yùn)行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)，包括N個(gè)二進(jìn)制權(quán)重(G1到G8)和另外至少一個(gè)冗余二進(jìn)制權(quán)重(G5′)。在本發(fā)明中，每一個(gè)權(quán)重，包括該冗余權(quán)重在內(nèi)，在所有情況下對(duì)應(yīng)于構(gòu)成該逼近法的一部分的冗余二進(jìn)制代碼的一個(gè)位置。
文檔編號(hào)H03M1/38GK101098147SQ20071010969
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
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