專利名稱:似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
本發(fā)明涉及一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換方法，更明確地說，是指多級(jí)的平行式轉(zhuǎn)換器，它使用第一個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)來決定輸入電壓的粗略范圍，而后續(xù)的轉(zhuǎn)換級(jí)再解出模擬輸入信號(hào)至更精確的增量。本發(fā)明可適用于視頻及數(shù)字信號(hào)處理的領(lǐng)域。
模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字處理和傳輸?shù)膽?yīng)用需要將模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字的表示方式。一般已知的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類為一平行比較器式或快閃式轉(zhuǎn)換器。它以比較多個(gè)參考電壓與輸入電壓的關(guān)系，將結(jié)果由編碼邏輯輸出，在每次轉(zhuǎn)換中，數(shù)字碼代表最接近輸入電壓的參考電壓，而逐漸逼近式比較器的轉(zhuǎn)換器則利用一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器以嘗試錯(cuò)誤逼近輸入方法來產(chǎn)生數(shù)字輸出碼。
圖1A為快閃式轉(zhuǎn)換器，其輸出碼通常是二進(jìn)制碼，由編碼邏輯30所建立，提供n比特分辨率來表示輸入信號(hào)。這種架構(gòu)通常需要2n個(gè)參考電壓10以及2n個(gè)比較器20。當(dāng)這種形式的比較器分辨率越高時(shí)(輸出的比特?cái)?shù)目增加)，設(shè)計(jì)就會(huì)變得極為復(fù)雜。
圖1B為逐漸逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬輸入信號(hào)Vin輸入至取樣與保持線路50，而取樣的輸入信號(hào)55為比較器60的輸入。數(shù)據(jù)編碼器70設(shè)定輸出字組90a…90d的最大有效比特90d為邏輯1，而其他的比特90a，90b，90c為邏輯0。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器80的輸出信號(hào)85，代表數(shù)/模轉(zhuǎn)換器80的電壓范圍中間點(diǎn)電壓。如果數(shù)/模轉(zhuǎn)換器80的輸出電壓85大于取樣的模擬信號(hào)55，則比較器60的輸出變成邏輯0，而時(shí)鐘信號(hào)不會(huì)被與門65所阻隔。數(shù)據(jù)編碼器70則設(shè)定最大有效比特90d為邏輯0，下一個(gè)最大有效比特90c為邏輯1。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器80的輸出85的輸出電壓為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器80電壓范圍的1/4。比較器60再比較數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出85與取樣的模擬輸入信號(hào)55。如果數(shù)/模轉(zhuǎn)換器80的輸出電壓85小于取樣的模擬輸入信號(hào)，比較器60將產(chǎn)生輸出邏輯1。與門65將使時(shí)鐘信號(hào)無法通過，而下一個(gè)最大有效比特90c將維持為邏輯1，而下一個(gè)最小有效比特則設(shè)為邏輯1。
這種嘗試并設(shè)定輸出比特90a，...，90d的過程將進(jìn)行直到所有的比特都已經(jīng)決定，能代表取樣的輸入信號(hào)大小。只有當(dāng)過程完成時(shí)，輸出比特90a，...，90d才需要被輸出線路檢查。逐漸逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器需要不同的取樣與保持線路，而一個(gè)復(fù)雜的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性提高。
為了要簡(jiǎn)化快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，已知有兩種技術(shù)可以運(yùn)用。這兩種多級(jí)轉(zhuǎn)換的技術(shù)都可以用來完成模/數(shù)的轉(zhuǎn)換。在第一種技術(shù)里，如美國(guó)專利No.5302869(Hosotani等人)，美國(guó)專利NO.5389929(Nayebi等人)，美國(guó)專利NO.5353027(Vorenkamp等人)，美國(guó)專利NO.5369309(Bacrania等人)，美國(guó)專利No.5387914(Mangelsdof)所示，第一級(jí)為快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的粗略分辨率；而具有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的第二級(jí)則調(diào)整電壓比較器的參考電壓來完成分辨率更佳的轉(zhuǎn)換。這兩種轉(zhuǎn)換的結(jié)果再被編碼成數(shù)字輸出字節(jié)，來代表模擬輸入電壓的大小。在第二種技術(shù)里，如美國(guó)專利NO.5291198(Dingwall等人)，美國(guó)專利NO.5223836(Komatsu)，美國(guó)專利NO.5400029(Kobayashi)，美國(guó)專利NO.4733217(Dingwall)，美國(guó)專利No.5349354(Ho等人)所示，這種使用多個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)的技術(shù)，是利用決定邏輯根據(jù)前一次比較級(jí)的結(jié)果，將參考電壓適當(dāng)?shù)那袚Q到每一級(jí)。
以第二種多級(jí)轉(zhuǎn)換的技術(shù)為例。請(qǐng)參考圖2，它是美國(guó)專利No.4903028(FuKashima)的電路圖，它先產(chǎn)生一組電壓源，由V RB(最低值)逐漸增加至V RET(最高值)，以建立電壓輸入(Vin)的轉(zhuǎn)換范圍。一組粗略范圍比較器2連接至輸入電壓以及一組參考電壓在分開的區(qū)間所建立的Vin的1a，1b粗略范圍。粗略分域比較器5的輸出為控制邏輯與開關(guān)單元3的輸入，它可以將一組細(xì)微分域比較器4連接至適當(dāng)?shù)膮⒖茧妷旱姆钟蚍秶?。這組參考電壓1a被分成更細(xì)微的增量，以建立轉(zhuǎn)換Vin成為數(shù)字輸出D0，D1，D2...，Dn的最大分辨率。當(dāng)Vin變化時(shí)，輸出碼的值或粗略分域比較器5的輸出碼也跟著改變，而且控制邏輯與開關(guān)單元3也移動(dòng)細(xì)微分域比較器4至下一個(gè)分域范圍(從1a至1b)。
由于元件選擇及過程漂移的容限不同，粗略分域比較器2的輸出碼5可能是錯(cuò)誤的。為了檢查這個(gè)錯(cuò)誤，就需要額外的細(xì)微分域比較器4a及4b，它們將視Vin的大小分別擺在分域1a或1b的旁邊。額外的細(xì)微分域比較器4a及4b的輸出碼為錯(cuò)誤校正碼7，而這組粗略分域碼則由輸出編碼邏輯8來決定輸入電壓Vin的數(shù)字輸出代表碼D0，D1，D2，...Dn。
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有一個(gè)很重要的元件為電壓比較器，它是該領(lǐng)域中的已知技術(shù)，它包含一個(gè)運(yùn)算放大器(operational amplifier)，有一輸入端接到參考電壓源，而另一輸入端接到模擬電壓源，如果模擬電壓信號(hào)大于參考電壓源，則輸出可以假定為第一邏輯狀態(tài)。然而如果模擬電壓信號(hào)小于參考電壓源，則輸出將假定為第二邏輯狀態(tài)。
另外一種形式的比較器可參考與本申請(qǐng)案相同為申請(qǐng)人的另一中國(guó)臺(tái)灣專利申請(qǐng)案，其申請(qǐng)案號(hào)為八四一0六一七二，使用多個(gè)比較器來形成一個(gè)雙分式比較器來比較模擬電壓信號(hào)及參考電壓。
本發(fā)明的一項(xiàng)目的為減少實(shí)際實(shí)施平行式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的大小及復(fù)雜度；本發(fā)明的另一目的是省去逐漸逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器及取樣與保持線路；此外本發(fā)明的又一目的為增進(jìn)平行式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓產(chǎn)生器所需要的穩(wěn)定時(shí)間(settling time)。
為了達(dá)成這些目的，似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有一個(gè)粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換模擬電壓信號(hào)成粗略分辨率數(shù)字碼，以及第一個(gè)、第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬/電壓信號(hào)分析出更細(xì)微分辨率的數(shù)字碼；一個(gè)粗略參考電壓產(chǎn)生器建立第一組參考電壓連接至粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；一個(gè)細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器建立第二組參考電壓，連接至第一個(gè)和第二個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
與粗略參考電壓產(chǎn)生器連接的為粗略參考電壓開關(guān)裝置，它可以選擇這組粗略參考電壓的其中一個(gè)電壓連接至第一及第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。粗略參考電壓所連接的位置視粗略數(shù)字碼的值來決定。
一個(gè)輸出編碼裝置，轉(zhuǎn)換粗略數(shù)字碼及第一個(gè)和第二個(gè)細(xì)微數(shù)字碼成為輸出數(shù)字碼，來代表模擬輸入電壓的大小。
細(xì)微數(shù)字碼在第一個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間產(chǎn)生于第一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，而在第二個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間產(chǎn)生于第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。第一個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間及第二個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間是交互進(jìn)行的，以將連續(xù)的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為連續(xù)的數(shù)字輸出碼。
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1a為已知技術(shù)中的平行式或快閃式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖1b為已知技術(shù)中的逐漸逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖2為已知技術(shù)中的兩階式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能方塊圖。
圖3為本發(fā)明的似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能方塊圖。
圖4a或4b為本發(fā)明的電壓比較器的功能方塊圖。
圖5a-5b為本發(fā)明的電壓比較器的電路圖，顯示模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程的操作條件。
圖6為本發(fā)明的時(shí)序圖，顯示模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法的時(shí)間步驟。
圖7為本發(fā)明細(xì)微數(shù)字碼的分辨率圖。
圖3示出，模擬輸入電壓(Vin)150加至粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器400及細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401和402。Vin 150在第一次時(shí)間增量被取樣并保持在粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器400及細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401和402中。取樣的Vin 150在第二次時(shí)間增量時(shí)，在粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中，與電阻分壓網(wǎng)路產(chǎn)生的電壓比較。這個(gè)分壓網(wǎng)路為粗略參考電壓產(chǎn)生器100。電阻分壓網(wǎng)路連接于兩個(gè)參考電壓源Vrb 120及Vrt 130之間。Vin150與粗略參考電壓產(chǎn)生器100的比較結(jié)果，形成一個(gè)溫度尺碼(溫度尺碼是一種二進(jìn)制碼，碼的形成是由連續(xù)的數(shù)字組成，當(dāng)碼增加時(shí)，連續(xù)1的數(shù)目也增加，例如0 0 0 0 值為最低的碼0 0 0 10 0 1 10 1 1 11 1 1 1 值為最高的碼。
這就是粗略數(shù)字碼475。
粗略數(shù)字碼475傳入開關(guān)選擇邏輯300，以選擇粗略參考電壓產(chǎn)生器100的參考電壓接到細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401及402。開關(guān)301，302，303及304將啟動(dòng)以連接適當(dāng)?shù)拇致詤⒖茧妷寒a(chǎn)生器100的參考電壓到細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401及402。
細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器200為另一個(gè)電阻分壓網(wǎng)路。它可以和粗略參考電壓產(chǎn)生器100中的電阻101并聯(lián)。每一個(gè)細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器200的參考電壓皆連接到細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401及402。
在第三及第四個(gè)時(shí)間增量時(shí)，模擬輸入信號(hào)150與所選擇的粗略參考電壓350及細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器200的電壓差來比較。而比較的結(jié)果形成一個(gè)溫度尺碼，就是細(xì)微數(shù)字碼425和450。
粗略數(shù)字碼475和細(xì)微數(shù)字碼425及450在輸出編碼器500中轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字碼510。輸出數(shù)字碼510為二進(jìn)位數(shù)字，有一由粗略數(shù)字碼475決定的最大有效比特，及一由細(xì)微數(shù)字碼425或450決定的最小有效比特。輸出數(shù)字碼510在第五和第六個(gè)時(shí)間增量產(chǎn)生并保持住。
一個(gè)轉(zhuǎn)換周期包含第一個(gè)到第六個(gè)時(shí)間增量，并且反復(fù)執(zhí)行以形成連續(xù)的數(shù)字輸出碼，來代表Vin 150的取樣的大小。在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期中，細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401產(chǎn)生細(xì)微數(shù)字碼425。在另一個(gè)轉(zhuǎn)換周期，細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器402產(chǎn)生細(xì)微數(shù)字碼450。這種交互使用細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401及402的方式，允許在下一次轉(zhuǎn)換周期開始取樣時(shí)，前一個(gè)轉(zhuǎn)換周期仍在進(jìn)行處理。這種作法可以讓取樣的進(jìn)行以兩倍于只有一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)的速度進(jìn)行。
每一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器401及402是由一組比較器單元410所組成。圖4a及4b各顯示這種比較器單元的電路圖。模擬輸入信號(hào)Vin連接至一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)600的第一個(gè)端點(diǎn)。電壓(Vr1)645，為所選擇的粗略參考電壓(圖3的350)連接至MOSFET開關(guān)640的第一個(gè)端點(diǎn)。電壓(Vr2)655為細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器(圖3的200)中的一點(diǎn)，連接至MOSFET開關(guān)650的第一個(gè)端點(diǎn)。臨界參考電壓635連接至MOSFET開關(guān)630的第一個(gè)端點(diǎn)。電容620連接于MOSFET開關(guān)600、640的第二個(gè)端點(diǎn)及MOSFET開關(guān)630的第二個(gè)端點(diǎn)之間。MOSFET開關(guān)670連接于MOSFET開關(guān)630的第二個(gè)端點(diǎn)及MOSFET開關(guān)650的第二個(gè)端點(diǎn)之間。電容660的第一個(gè)端點(diǎn)連接至MOSFET開關(guān)650及670的第二個(gè)端點(diǎn)。電容660的第二個(gè)端點(diǎn)連接至放大器730的輸入端。放大器730的輸出端為比較器電路輸出Vo4 715，為單一個(gè)比特，將可以形成細(xì)微數(shù)字碼(圖3的425及450)。
放大器730可以視應(yīng)用上的需要來實(shí)施。在圖4a中，放大器730的輸入端連接至MOSFET開關(guān)685的第一個(gè)端點(diǎn)，及放大器680的輸入端點(diǎn)。MOSFET開關(guān)685的第二個(gè)端點(diǎn)及放大器680的輸出端點(diǎn)連接至電容690的第一個(gè)端點(diǎn)。電容690的第二個(gè)端點(diǎn)連接至MOSFET開關(guān)695的第一個(gè)端點(diǎn)以及放大器700的輸入端點(diǎn)。MOSFET開關(guān)695的第二個(gè)端點(diǎn)及放大器700的輸出端點(diǎn)連接至閂取放大器(latching amplifier)710的輸入端。閂取放大器710的輸出端為放大器730的輸出。
圖4a顯示三個(gè)反相器680，700及710。每一級(jí)反相器都當(dāng)成放大器用，而級(jí)數(shù)可以依據(jù)應(yīng)用的需要改變。
圖4b放大器730的另一種設(shè)計(jì)方式。其中放大器730的輸入端為MOSFET開關(guān)750的第一個(gè)端點(diǎn)及運(yùn)算放大器740的負(fù)輸入端點(diǎn)。運(yùn)算放大器740的正輸入端點(diǎn)連接至參考電壓Vreference，如此可以將運(yùn)算放大器設(shè)定成電壓比較器。MOSFET開關(guān)750的第二個(gè)端點(diǎn)及運(yùn)算放大器740的輸出連接在一起，形成放大器730的輸出。
MOSFET開關(guān)600、630、640、650、670、685、695及750皆由時(shí)序控制信號(hào)720控制。
圖4中比較器的操作模式顯示于圖5a-5d。圖5a為第一個(gè)時(shí)間增量時(shí)，比較器開始對(duì)Vin 605取樣。MOSFET開關(guān)600、630、650、685和695導(dǎo)通，MOSFET開關(guān)640及670不導(dǎo)通?？缭陔娙?20的電壓為Vin-Vthref。跨在電容660上的電壓為Vr2-Vth2(其中Vth2為放大器680的自偏壓self-biasing)。放大器700也偏壓在自偏壓上。
圖5b為第二個(gè)時(shí)間增量時(shí)比較器的操作。MOSFET開關(guān)600不導(dǎo)通，使跨在電容620上的電壓保持常數(shù)，也就是維持住Vin 605的電壓。在進(jìn)行這項(xiàng)操作動(dòng)作時(shí)，開關(guān)630可以在導(dǎo)通或不導(dǎo)通狀態(tài)，因?yàn)樗粫?huì)影響保存在電容620的有效電壓。
圖5c為第三個(gè)時(shí)間增量時(shí)，比較器的操作。MOSFET開關(guān)640導(dǎo)通以連接Vr1 645至電容620的第一個(gè)端點(diǎn)A點(diǎn)。出現(xiàn)在B點(diǎn)(電容620的第二個(gè)端點(diǎn))現(xiàn)在變成Vthref+(Vr1-Vin)。Vr1 645的電壓值為所選擇的粗略參考電壓(圖3的350)。
第四個(gè)時(shí)間增量時(shí)，比較器的操作則顯示于圖5d。MOSFET開關(guān)640維持導(dǎo)通，而MOSFET開關(guān)600、630、650、685及695則不導(dǎo)通。導(dǎo)通的MOSFET開關(guān)670連接電容620的第二個(gè)端點(diǎn)至電容660的第一個(gè)端點(diǎn)。這個(gè)連接會(huì)在D點(diǎn)，也就是放大器680的輸入端產(chǎn)生電壓Vth2+(Vthref+(Vr1-Vin))-Vr2Vr2設(shè)定為等于Vthref+k*LSB(其中*LSB為所要比較的細(xì)微電壓)，使得上面的方程式變成Vth2+(Vr1-Vin-k*LSB)因?yàn)榉糯笃?80及700的輸入端設(shè)定于各自的偏壓位準(zhǔn)，只有電壓差值Vr1-Vin-k*LSB會(huì)被放大。如果Vin＜Vr1-k*LSB，閂取放大器710將在Vo4 715輸出邏輯為1；如果Vin＞Vr1-k*LSB，輸出邏輯為0。
圖6為時(shí)序圖以說明似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換的方式。在時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第一個(gè)時(shí)間增量，粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(2100)對(duì)模擬輸入信號(hào)取樣(2110)；細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(2200)對(duì)模擬輸入信號(hào)取樣(2210)。在時(shí)鐘信號(hào)2000的第二個(gè)時(shí)間增量，粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2100對(duì)取樣的模擬輸入信號(hào)與粗略參考電壓比較(2120)。當(dāng)適當(dāng)?shù)拇致詤⒖茧妷簩⑦x擇來連接第一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，取樣的模擬輸入電壓則保持在相同的時(shí)間(2200)。在時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第三個(gè)時(shí)間增量，適當(dāng)?shù)拇致詤⒖茧妷哼B接至第一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(2200)，如圖5c所示，將電壓偏置。取樣且經(jīng)過偏置的模擬輸入信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第四個(gè)時(shí)間增量進(jìn)行比較。在時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第五個(gè)時(shí)間增量時(shí)，粗略及細(xì)微比較的結(jié)果(2405)傳送至輸出編碼邏輯，轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)位碼1(2410)送至數(shù)據(jù)輸出(2400)。輸出數(shù)位碼1(2410)在時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第六個(gè)時(shí)間增量仍舊維持有效。第二個(gè)比較周期在時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第三個(gè)時(shí)間增量開始，由粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(2100)對(duì)模擬輸入信號(hào)取樣(2130)，而第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(2300)對(duì)模擬輸入信號(hào)取樣(2310)。第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的第二次粗略比較(2140)及第二次數(shù)據(jù)保持(2320)發(fā)生于時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第四個(gè)時(shí)間增量。第二次的取樣與偏置發(fā)生于時(shí)鐘信號(hào)(2000)至第五個(gè)時(shí)間增量。第二次轉(zhuǎn)換的粗略數(shù)字碼及細(xì)微數(shù)字碼將轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字碼2(2420)，在第七個(gè)時(shí)間增量輸出，并保持到時(shí)鐘信號(hào)(2000)的第八個(gè)時(shí)間增量。
圖7說明獲得最小有效字節(jié)編碼的方式。粗略參考電壓產(chǎn)生器(圖3的100)看做是Vrt(3000)到Vrb(3100)以增量Vr1(n)(3010)及Vr1(n-1)(3030)各為一個(gè)參考電壓的擴(kuò)展。細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(圖3的401及402)切割粗略增量為細(xì)微的增量(3040)。
如果模擬輸入信號(hào)(Vin)(3020)落在Vr1(n)(3010)及其(3010)及Vr1(n-1)(3030)之間，粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(圖3的400)將在以Vr1(n)為參考電位的比較器產(chǎn)生狀態(tài)“0”；而在以Vr1(n-1)為參考電位的比較器產(chǎn)生狀態(tài)“1”。開關(guān)選擇邏輯(圖3的300)將連接Vr1(n)至細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(圖3的401及402)。細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(圖3的401及402)將獲得電壓差Vr1(n)-Vin(3050)，并且偏置這個(gè)電壓至細(xì)微比較器的比較范圍(3150)。電壓的大小3170由Vthref(3160)開始算起。參考電壓Vr2(k)(3190)由細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器(圖3的200)獲得。輸出編碼器(圖3的500)將得到輸出碼(3180)。
權(quán)利要求
1.一種用以將連續(xù)的模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成為連續(xù)的數(shù)字輸出信號(hào)的似串列式模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，它包含a)一個(gè)粗略模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來轉(zhuǎn)換模擬輸入信號(hào)為粗略數(shù)字碼；b)一個(gè)粗略參考電壓產(chǎn)生器，用來產(chǎn)生第一組參考電壓；c)一個(gè)細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器，用來產(chǎn)生第二組參考電壓；d)第一個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，接受細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器的參考電壓，在第一個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一個(gè)細(xì)微數(shù)字碼；e)第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，接受細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器的參考電壓，在第二個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二個(gè)細(xì)微數(shù)字碼；f)一個(gè)開關(guān)選擇邏輯裝置，用來選擇第一組參考電壓中的一個(gè)電壓，連接至上述的第一及第二個(gè)細(xì)微模數(shù)轉(zhuǎn)換器；g)一種輸出編碼裝置，用來將粗略數(shù)字碼及第一個(gè)細(xì)微數(shù)字碼在第一轉(zhuǎn)換時(shí)間編成第一個(gè)數(shù)字輸出碼；將粗略數(shù)字碼及第二個(gè)細(xì)微數(shù)字碼在第二轉(zhuǎn)換時(shí)間編成第二個(gè)數(shù)字輸出碼，上述的第一轉(zhuǎn)換時(shí)間及第二轉(zhuǎn)換時(shí)間將不斷地交替進(jìn)行。
2.按照權(quán)利要求
1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述串列輸出碼的每一個(gè)輸出碼是二進(jìn)位碼，包含一最大有效字節(jié)和一最小有效字節(jié)。
3.按照權(quán)利要求
1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述粗略數(shù)字碼決定最大有效字節(jié)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一及第二個(gè)細(xì)微數(shù)字碼決定最小有效字節(jié)。
5.按照權(quán)利要求
1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述粗略參考電壓產(chǎn)生器包含a)第一個(gè)參考電壓源；b)第一個(gè)電阻連接至第一個(gè)參考電壓源；c)第二個(gè)參考電壓源；d)最后一個(gè)電阻連接至第二個(gè)參考電壓源；以及e)第一串聯(lián)電阻，連接于上述和第一個(gè)及最后一個(gè)電阻之間。
6.按照權(quán)利要求
5所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一個(gè)電阻，第一串聯(lián)電阻及最后一個(gè)電阻皆有一個(gè)電壓在所述第一組串聯(lián)電阻的每一個(gè)連接點(diǎn)上。
7.按照權(quán)利要求
6所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一串聯(lián)電阻的每一個(gè)連接點(diǎn)上的電壓皆為所述第一參考電壓的其中之一。
8.按照權(quán)利要求
5所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器可以選擇連接在所述第一個(gè)電阻，最后一個(gè)電阻，第一組串聯(lián)電阻及第二個(gè)參考電壓源之間，與所述第一組串聯(lián)電阻的其中一個(gè)電阻并聯(lián)。
9.按照權(quán)利要求
1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述細(xì)微參考電壓產(chǎn)生器包含第二組串聯(lián)電阻。
10.按照權(quán)利要求
9所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于在所述的第二組串聯(lián)電阻的每一個(gè)連接點(diǎn)上的電壓皆為所述第二組參考電壓的其中之
11.按照權(quán)利要求
1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述第一個(gè)及第二個(gè)細(xì)微模/數(shù)轉(zhuǎn)換器包含a)一組電壓比較器，其中每個(gè)比較器包含一個(gè)比較輸入端連接模擬輸入信號(hào)，第一個(gè)參考電壓端連接至所述第一組參考電壓的其中一點(diǎn)，第二個(gè)參考電壓端連接至所述第二組參考電壓的其中一點(diǎn)，一個(gè)比較輸出端送出比較結(jié)果，以及一個(gè)電壓比較裝置，可產(chǎn)生比較輸出信號(hào)；及b)一種編碼裝置，將一組電壓比較器獲得的比較輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成細(xì)微數(shù)字碼。
12.按照權(quán)利要求
11所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于如果所述比較輸入端電壓大于所述第一端及第二端點(diǎn)參考電壓差，則所述比較輸出信號(hào)為第一種狀態(tài)；而如果所述比較輸入端電壓小于所述的第一端及第二端點(diǎn)參考電壓差，則所述比較輸出信號(hào)為第二種狀態(tài)。
13.按照權(quán)利要求
11所述轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)換時(shí)間及第二換時(shí)間是反復(fù)交替進(jìn)行，以完成連續(xù)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串列數(shù)字輸出信號(hào)。
14.按照權(quán)利要求
11所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述用以比較模擬輸入信號(hào)與第一個(gè)參考電壓及第二個(gè)參考電壓并提供一個(gè)輸出比較信號(hào)的電壓比較器，包含a)一個(gè)輸入端，連接至模擬輸入信號(hào)；b)第一個(gè)參考端點(diǎn)，連接至所述第一個(gè)參考電壓；c)第二個(gè)參考端點(diǎn)，連接至所述第二個(gè)參考電壓；d)一個(gè)臨界電壓源；e)第一個(gè)電容，包含第一個(gè)金屬板及第二個(gè)金屬板；f)第一個(gè)開關(guān)，用來選擇連接輸入端至第一個(gè)電容的第一個(gè)金屬板；g)第二個(gè)開關(guān)，用來選擇連接第一個(gè)參考端至第一個(gè)電容的第一個(gè)金屬板；h)第三個(gè)開關(guān)，用來選擇連接臨界電壓源至第一個(gè)電容的第二個(gè)金屬板；i)第二個(gè)電容，包含第一個(gè)金屬板及第二個(gè)金屬板；j)第四個(gè)開關(guān)，用來選擇連接第二個(gè)參考端至第二個(gè)電容的第一個(gè)金屬板；k)第五個(gè)開關(guān)，用來選擇連接第一個(gè)電容的第二個(gè)金屬板至第二個(gè)電容的第一個(gè)金屬板；l)一個(gè)放大器裝置，包含一個(gè)放大器輸入端，一個(gè)放大器輸出端，一個(gè)放大裝置，用來放大出現(xiàn)在放大器輸入端的信號(hào)，并將放大的信號(hào)送至放大器的輸出端；及m)一個(gè)比較輸出端，連接至放大器的輸出端以提供上述的輸出比較信號(hào)。
15.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在取樣時(shí)間啟動(dòng)所述第一個(gè)開關(guān)連接模擬輸入信號(hào)至所述第一個(gè)電容的第一個(gè)金屬板，及啟動(dòng)所述第三個(gè)開關(guān)，連接所述臨界電壓源至所述第一個(gè)電容的第二個(gè)金屬板。
16.按照權(quán)利要求
15所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器中所述第一個(gè)電容的第一個(gè)金屬板及第二個(gè)金屬板之間的電壓為模擬輸入信號(hào)及所述臨界電壓源的電壓差。
17.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在取樣時(shí)間啟動(dòng)所述第四個(gè)開關(guān)，連接所述第二個(gè)參考電壓至所述第二個(gè)電容的第一個(gè)金屬板。
18.按照權(quán)利要求
17所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在取樣時(shí)間建立在所述第二個(gè)電容的第一個(gè)金屬板及第二個(gè)金屬板之間的電壓為所述第二參考電壓及所述第一個(gè)放大器的自偏壓之間的差。
19.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在取樣時(shí)間所述第二個(gè)開關(guān)及所述第四個(gè)開關(guān)為關(guān)閉。
20.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在取樣時(shí)間之后為保持時(shí)間，所述第一個(gè)開關(guān)為關(guān)閉，模擬輸入信號(hào)與所述第一個(gè)電容的第一個(gè)金屬板間的連接為關(guān)閉。
21.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在保持時(shí)間，所述第三個(gè)開關(guān)為關(guān)閉，所述臨界電壓源與所述第一個(gè)電容的第二個(gè)金屬板間的連接為關(guān)閉。
22.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在保持時(shí)間，所述第二個(gè)開關(guān)及所述第四個(gè)開關(guān)為關(guān)閉。
23.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在保持時(shí)間，所述第五個(gè)開關(guān)、第六個(gè)開關(guān)及第七個(gè)開關(guān)維持導(dǎo)通連接。
24.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于在保持時(shí)間之后為保持一偏置時(shí)間，所述第二個(gè)開關(guān)啟動(dòng)連接所述第一個(gè)參考電壓至所述第一個(gè)電容的第一個(gè)金屬板。
25.按照權(quán)利要求
24所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在保持一偏置時(shí)間，建立在所述第一個(gè)電容的第二個(gè)金屬板的電壓為所述臨界電壓源的大小加上所述第一個(gè)參考電壓源及模擬輸入信號(hào)大小的電壓差。
26.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在保持一偏置時(shí)間，所述第一個(gè)、第三個(gè)及第四個(gè)開關(guān)維持關(guān)閉。
27.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在保持一偏置時(shí)間之后為比較時(shí)間，所述第五個(gè)開關(guān)變成不啟動(dòng)連接信號(hào)。
28.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器在比較時(shí)間啟動(dòng)所述第四個(gè)開關(guān)，以連接所述第一個(gè)電容的第二個(gè)金屬板至所述第二個(gè)電容的第一個(gè)金屬板。
29.按照權(quán)利要求
14所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器建立在所述放大器輸入端的電壓為所述放大器的自偏壓加上所述臨界電壓源原來與所述第一參考電壓及模擬輸入信號(hào)大小電壓差的和，再減去所述第二參考電壓的大小。
30.按照權(quán)利要求
29所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器中第二參考電壓的大小等于臨界電壓源的大小加上一個(gè)比較電壓，此一電壓為第一電壓源的最小增量電壓。
31.按照權(quán)利要求
30所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓比較器中當(dāng)輸入信號(hào)的大小大于第一個(gè)參考電壓及比較電壓的差，則閂取放大器裝置為第一種狀態(tài)；當(dāng)模擬輸入信號(hào)的大小小于第一個(gè)參考電壓及比較電壓的差，則閂取放大器裝置為第二種狀態(tài)。
32.一種將連續(xù)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成為所代表的數(shù)字輸出碼的似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于它包含以下的步驟a)在第一個(gè)時(shí)間對(duì)連續(xù)的模擬輸入信號(hào)取樣，成為第一個(gè)取樣及第二個(gè)取樣；b)將第一個(gè)取樣與一組粗略參考電壓比較，在第二個(gè)時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)粗略溫度尺碼；c)同時(shí)保持住第二個(gè)取樣；d)在第三個(gè)時(shí)間，選擇并偏置這組粗略參考電壓；e)在第四個(gè)時(shí)間，將第二個(gè)取樣與一組粗略參考電壓與細(xì)微參考電壓的差比較，產(chǎn)生一個(gè)細(xì)微溫度尺碼。f)將組略及細(xì)微溫度尺碼編碼，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出碼；g)連續(xù)反復(fù)執(zhí)行上述步驟，以產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)字輸出碼。
33.按照權(quán)利要求
32所述的方法，其特征在于所述的連續(xù)的數(shù)字輸出碼的每一個(gè)數(shù)字輸出碼為二進(jìn)位數(shù)字，包含一組最大有效比特，及一組最小有效比特。
34.按照權(quán)利要求
32所述的方法，其特征在于所述粗略溫度尺碼決定最大有效字節(jié)。
35.按照權(quán)利要求
32所述的方法，其特征在于所述細(xì)微溫度尺碼決定最小有效字節(jié)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種將一個(gè)連續(xù)的模擬輸入訊號(hào)轉(zhuǎn)換成為連續(xù)的數(shù)字輸出碼的似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。一個(gè)似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有一個(gè)粗略解析度模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來轉(zhuǎn)換模擬輸入訊號(hào)成粗略數(shù)字碼，及一個(gè)細(xì)微解析度模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來轉(zhuǎn)換模擬輸入訊號(hào)成細(xì)微數(shù)字碼。經(jīng)由輸出編碼器將粗略及細(xì)微數(shù)字碼編成似串列式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出碼。
文檔編號(hào)H03M1/12GKCN1055811SQ96104641
公開日2000年8月23日 申請(qǐng)日期1996年4月26日
發(fā)明者許博欽 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),