高速逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】
[0001] 奪叉引用
[0002] 本申請要求2014年1月9日申請的申請?zhí)枮?1/925,307的美國臨時專利申請的 優(yōu)先權(quán)，在此合并參考該申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請有關(guān)于一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（successive approximation register analog-t〇-digital converter，SAR ADC)〇
【背景技術(shù)】
[0004] 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC)是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其通過搜索機制（search scheme)將連續(xù)模擬波形轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字表達。
[0005] SAR ADC最常用的實現(xiàn)方式之一是電荷再分配（charge-redistribution)型SAR ADC，其采用多個電容。這些電容在搜索機制中被獨立地切換，以實現(xiàn)對SAR ADC的模擬輸 入的逼近。但是，因為電容需要較長的穩(wěn)定時間（settling time)，所以電荷再分配技術(shù)并 不能很好適用于高速的應(yīng)用環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明特提出一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器及相應(yīng)方 法。
[0007] 本發(fā)明的一個實施方式提供了一種逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包含：逐次逼近寄存器 子電路，在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的搜索機制的不同周期產(chǎn)生數(shù)字控制位；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包含 至少一組電容，將逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入耦接到至少一組電容，并根據(jù)數(shù)字控制 位操作至少一組電容，其中每組電容包含P個電容值遞減的電容C lrt到C M P個Clrt到C。的 電容由2*1個電容單元所組成，其中(：1)_ 1〈(；_2+(；_3+-+〇|，(；_1包含（2* 1_1-2<1)個電容單元，以及 P，q與M是整數(shù)；以及比較器，接收從數(shù)模轉(zhuǎn)換器傳送來的模擬輸出，并產(chǎn)生比較器輸出給 逐次逼近寄存器子電路，以產(chǎn)生數(shù)字控制信號，其中逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入的數(shù) 字表達在搜索機制中被逼近。
[0008] 本發(fā)明另提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，包含：在逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 中提供至少一組電容，其中每一組電容由2 Mf電容單元組成，且M是個整數(shù)；將每組2 M個電 容單元劃分為電容值遞減的P個電容Clrt到C ^，其中CVCp+Cp+…+Ctl, Clrt包含（2 Hjtl) 個電容單元，且P與q是整數(shù)；以及操作所述逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器來得到所述逐次逼近模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入的數(shù)字表達。
[0009] 本發(fā)明的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器及相應(yīng)方法能夠適用于高速應(yīng)用。
【附圖說明】
[0010] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0011] 圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的DAC的電容分配的流程圖。
[0012] 圖3A顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的ADC。
[0013] 圖3B顯示圖3A中SAR ADC的譯碼器。
[0014] 圖4A顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的ADC。
[0015] 圖4B顯示圖4A中SAR ADC的譯碼器。
【具體實施方式】
[0016] 需要理解的是，下列說明提供各種不同的實施例作為實施本發(fā)明的不同特征的舉 例。下面描述的元件以及相互連接的具體例子都是將本發(fā)明的技術(shù)方案簡化而成。這些， 當(dāng)然都僅僅是舉例，而非本發(fā)明的限定。另外，本說明書可能在不同的例子中重復(fù)一些參考 標(biāo)號以及/或參考字母。這些重復(fù)是為了簡單而明確地描述本發(fā)明，其本身并不代表不同 說明實施例中的關(guān)系及/或設(shè)置。
[0017] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR ADC) 100。并揭露一種 關(guān)于SAR ADC 100的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法。
[0018] SAR ADC 100包含SAR子電路102,數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC) 104,比較器106以及譯碼器 108。與傳統(tǒng)電荷再分配技術(shù)相比，DAC104是特別為高速應(yīng)用所設(shè)計的，而不需要復(fù)雜的電 容分配。
[0019] SAR子電路102在SAR ADC 100的搜索機制的不同的周期（例如由時鐘信號clk_ in控制）產(chǎn)生數(shù)字控制位110。DAC104包含至少一組電容。DAC104將SAR ADC100的模擬 輸入Vi耦接到該至少一組的電容，并根據(jù)數(shù)字控制位110操控該至少一組的電容。請注意， 每組電容包含電容值遞減的C lrt到Ctl的p個電容。p個Clrt到Ctl的電容由2 M電容單元組 成，其中fq^+Cp+···+C。，而且Clrt包含（2 shD電容單元，p，q與M是整數(shù)。
[0020] DAC104傳送模擬輸出Vdac_o給比較器106。比較器106產(chǎn)生比較器輸出112給 SAR子電路102,以產(chǎn)生數(shù)字控制信號110。SAR子電路102更根據(jù)比較器輸出112產(chǎn)生p 數(shù)字位B lrt到B。（從MSB到LSB)。譯碼器108將從SAR子電路102產(chǎn)生的Blrt到B。的p個 數(shù)字位譯碼成具有（M+1)位的D m到D ^的數(shù)字表達。SAR ADC100的模擬輸入Vi的數(shù)字表 達DyDtl在搜索機制中逐漸逼近（取決于比較器輸出112)。
[0021] 圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的DAC104的電容分配的流程圖。在步驟S202中， 確定DAC104內(nèi)包含每組電容的電容單元的總數(shù)2 M。2M個電容單元的電容組可制作成一個 陣列中。在步驟S204中，2M個電容單元被劃分為p群組，來形成從C lrt到Ctl的電容。除了 使得…+Cci以及Clrt包含O shD電容單元，從Clrt電容節(jié)省出來的2q個電容 單元能分成r群組，以分配給電容C p_2到C ^勺r個不同電容，其中r是一個整數(shù)，且在每個 r群組中，電容單元的數(shù)目都是2的整數(shù)次方（）。在另一個實施例中，Cp_ 2到C P_M中的一個 Cp_j，其具有2?或（2 ?+2k)個電容單元，其中k不大于q且2M~乒2 k。Ctl可僅具有一個電 容單元。在另一個實施例中，在從CVsh到C ^勺任何一個電容單元的數(shù)目是由一個或兩個2 的整數(shù)次方的電容單元所組成。
[0022] 圖3A與4A分別顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的ADC300及400。如圖所示，104'與 104"是差動架構(gòu)，其使用差動輸入端Vip與Vin來接收模擬輸入Vi的差動輸入電壓的正電 壓與負(fù)電壓，并且包含第一組電容和第二組電容，第一組電容的頂板連接到比較器106的 正輸入端'+'，第二組電容的頂板連接到比較器106的負(fù)輸入端。比較器106接收差動 形式的模擬輸出Vdac_o。SAR子電路102在非反轉(zhuǎn)路徑（non-inverting path)上提供數(shù) 字控制位11〇_1給第一組電容。SAR子電路102在反轉(zhuǎn)路徑（inverting path)上提供數(shù)字 控制位110_2給第二組電容。在搜索機制前的采樣階段（sample phase)中，在第一組電容 的頂板（在非反轉(zhuǎn)路徑上）與第二組電容的頂板（在反轉(zhuǎn)路徑上）之間對模擬輸入Vi采 樣。
[0023] 在圖3A中，p是11。在圖4A中，p是12。第一組與第二組電容中的Clrt到C tl對應(yīng) 搜索機制中P個不同周期。第一組開關(guān)設(shè)置在第一組電容單元（在非反轉(zhuǎn)路徑）中，并根 據(jù)數(shù)字控制位11〇_1來動作。第二組開關(guān)設(shè)置在第二組電容（在反轉(zhuǎn)路徑中）中，并根據(jù) 數(shù)字控制位11〇_2來動作。請注意，對應(yīng)搜索機制的p個不同周期的最后周期的電容（在 兩條路徑中都是C tl)不受開關(guān)控制。第一組電容（在非反轉(zhuǎn)路徑中）中的電容Ctl耦接在比 較器106的正輸入端'+'與接地端之間。第二組電容（在反轉(zhuǎn)路徑中）中的電容Q 1耦接 在比較器106的負(fù)輸入端與接地端之間。除了最后的周期，當(dāng)比較器輸出112是高的 時候，切換第一組電容（在非反轉(zhuǎn)路徑）中對應(yīng)當(dāng)前周期的電容的開關(guān)，以將第一組電容的 頂板的電平拉低。除了最后的周期，當(dāng)比較器112輸出是低時，切換第二組電容（在反轉(zhuǎn)路 徑）中對應(yīng)當(dāng)前周期的電容開關(guān)，以拉低第二組電容的頂板上的電平。基于搜索機制中的 P個不同周期中比較器輸出112，SAR子電路102為數(shù)字表達D^D ci產(chǎn)生由譯碼器108譯碼 的數(shù)字位Btl。
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