專利名稱：用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比較電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比較電路。該比較電路包括一個(gè)比較器網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)比較器將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓和參考電壓進(jìn)行比較。要轉(zhuǎn)換的模擬電壓通常由采樣保持模塊產(chǎn)生，該采樣保持模塊允許該網(wǎng)絡(luò)中所有裝配的比較器在執(zhí)行與參考電壓的比較時(shí)接收相同的模擬電壓。
這些比較器接收到的參考電壓分布在該模擬電壓能夠在其中變化的范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)參考電壓的分布通常是均勻的，并且通過例如電阻網(wǎng)絡(luò)獲得該分布，該電阻網(wǎng)絡(luò)中的所有電阻具有相同電阻值并串聯(lián)連接在比較器的供電電壓源的端子之間，具有與比較器基本上一樣多的電阻。然后在各個(gè)電阻之間的節(jié)點(diǎn)處分接出多個(gè)參考電壓。
每個(gè)比較器包括兩個(gè)輸出端，一個(gè)直接輸出而另一個(gè)反相輸出。每個(gè)比較器的輸出端上出現(xiàn)的電壓取決于該比較器接收到的模擬電壓和參考電壓之間的電位差。圖1示出了三條曲線，這三條曲線表示比較器網(wǎng)絡(luò)中序號(hào)為n-1、n和n+1的三個(gè)比較器C的直接輸出端On-1、On和On+1上的電壓變化，該直接輸出端上的電壓是模擬電壓V的函數(shù)。這三個(gè)比較器分別接收參考電壓Vref n-1、Vref n和Vrefn+1。這三個(gè)比較器接收在所述范圍中具有相似分布的參考電壓。
對(duì)于一個(gè)給定的比較器，例如第n個(gè)比較器，如果其響應(yīng)完全精確，則當(dāng)模擬電壓V等于參考電壓Vn時(shí)，其直接輸出端出現(xiàn)的電壓On應(yīng)該為零。然而，比較器的響應(yīng)不是完全精確的，注意到在參考電壓Vref n和模擬電壓V之間具有電壓失配，稱為偏移電壓，其導(dǎo)致在第n個(gè)比較器的直接輸出端上出現(xiàn)零電壓On。實(shí)際上，注意到每個(gè)比較器C都具有自身的偏移電壓，并且該偏移電壓與其他比較器的偏移電壓無關(guān)。圖1中，第n-1個(gè)比較器C具有偏移電壓Offsetn-1、第n個(gè)比較器C具有偏移電壓Offset n以及第n+1個(gè)比較器C具有偏移電壓Offset n+1。這些偏移電壓可以是正的或負(fù)的。對(duì)于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的各個(gè)比較器來說，這些偏移電壓的值是隨機(jī)分布的。這些偏移電壓削弱了轉(zhuǎn)換器的精確性，并且當(dāng)組成轉(zhuǎn)換器的電子元件的尺寸減小時(shí)，可注意到這些偏移電壓趨于增大。
此外，可以由模擬電壓中的失配來表示模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率LSB，該失配改變了轉(zhuǎn)換器輸出端的低位(low-order bit)的值。該LSB分辨率表示如下LSB=Vpeak/peak2n]]>其中Vpeak/peak表示轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的最大模擬電壓幅度，并且n是網(wǎng)絡(luò)中比較器的數(shù)目。如果分辨率LSB小于偏移電壓的三倍，則會(huì)損失轉(zhuǎn)換器的線性并且低位不再有意義。
本發(fā)明的目標(biāo)是通過在相鄰的轉(zhuǎn)換器上平均這些偏移電壓來減少這些偏移電壓的影響。通過減小偏移電壓的影響可以改進(jìn)轉(zhuǎn)換器的分辨率。
因此，本發(fā)明的主題是一種用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比較電路，包括比較器網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)比較器將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓與參考電壓進(jìn)行比較，參考電壓分布在模擬電壓在其中變化的范圍內(nèi)，每個(gè)比較器包括直接輸出端和反相輸出端，其特征在于，每個(gè)輸出端，直接輸出端或反相輸出端，連接到電壓跟隨器的輸入端，每個(gè)電壓跟隨器的輸出端連接到第一電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端或第二電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端，其中第一電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端輸出平均電壓，該平均電壓是接收了在所述范圍內(nèi)分布相似的參考電壓的比較器的直接輸出端上出現(xiàn)的電壓的平均，第二電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端輸出平均電壓，該平均電壓是接收了在所述范圍內(nèi)分布相似的參考電壓的比較器的反相輸出端上出現(xiàn)的電壓的平均。
通過以下結(jié)合


的作為例子給出的實(shí)施例的詳細(xì)描述，會(huì)更好地理解本發(fā)明，并且其它優(yōu)點(diǎn)也變得更加明顯，其中圖1示出了幾條曲線，表示在比較器的直接輸出端出現(xiàn)的作為施加在該比較器上的模擬電壓V的函數(shù)的電壓的變化；上文中已經(jīng)說明過該圖；圖2示出了包括幾個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)的比較電路，這些電阻網(wǎng)絡(luò)使得可以對(duì)幾個(gè)相鄰比較器的直接輸出端的電壓進(jìn)行平均。
圖2示出了包括比較器網(wǎng)絡(luò)的比較電路1，其中每個(gè)比較器將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓V和參考電壓進(jìn)行比較。在圖2中，表示了三個(gè)比較器Cn-1、Cn和Cn+1，n表示了它們?cè)诒容^器網(wǎng)絡(luò)中的序號(hào)。每個(gè)比較器包括兩個(gè)輸入端，且將模擬電壓V提供給其中一個(gè)輸入端。另一輸入端接收每個(gè)比較器C的特定參考電壓。這三個(gè)比較器Cn-1、Cn和Cn+1分別接收通過電阻R網(wǎng)絡(luò)獲得的參考電壓Vref n-1、Vrefn和Vref n+1，該電阻網(wǎng)絡(luò)中的所有電阻串聯(lián)連接在比較器的供電電壓源Vcc的端子之間。每個(gè)比較器Cn-1、Cn和Cn+1包括兩個(gè)輸出端，一個(gè)為直接輸出端，分別為On-1、On或On+1，另一個(gè)為反相輸出端，分別為On-1、On或On+1。在每個(gè)比較器的輸出端出現(xiàn)的電壓取決于所述比較器C接收的模擬電壓V和參考電壓Vrefn-1、Vrefn和Vrefn+1之間的電位差。例如，如圖1所表示，各個(gè)比較器C的輸出端上出現(xiàn)的電壓不同。對(duì)于給定的比較器C，出現(xiàn)在反相輸出端O上的電壓等于與出現(xiàn)在直接輸出端O上電壓相對(duì)于該比較器傳遞的平均電壓對(duì)稱的電壓。
每個(gè)輸出端，直接輸出端On-1、On或On+1或反相輸出端On-1、On或On+1都連接到電壓跟隨器A的輸入端。每個(gè)電壓跟隨器A輸出的電壓等于在與其連接的比較器的輸出端出現(xiàn)的電壓，且具有很低的輸出阻抗。
每個(gè)電壓跟隨器A的輸出端連接到第一電阻網(wǎng)絡(luò)2的輸入端，該第一電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端O′n-1、O′n和O′n+1上輸出平均電壓，這些平均電壓是在比較器Cn-1、Cn和Cn+1的直接輸出端上出現(xiàn)的電壓的平均，或者將每個(gè)電壓跟隨器A的輸出端連接到第二電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端，該第二電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端O′n-1、O′n或O′n+1輸出平均電壓，這些平均電壓是在比較器Cn-1、Cn和Cn+1的反相輸出端上出現(xiàn)的電壓的平均。為了避免圖2過于復(fù)雜，僅表示了第一電阻網(wǎng)絡(luò)2。有利的是，這兩個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)具有相同的結(jié)構(gòu)。
有利的是，每個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)包括相同兩對(duì)電阻的第一串聯(lián)組合和相同兩對(duì)電阻的第二串聯(lián)組合，其中第一串聯(lián)組合的相同兩對(duì)電阻一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻R1、R2，另一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻R3、R4，第二串聯(lián)組合的相同兩對(duì)電阻一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻R5、R6，另一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻R7、R8。該電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端由第一串聯(lián)組合的中點(diǎn)和兩端組成，且該電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端由第二串聯(lián)組合的中點(diǎn)和兩端組成，第一組合中第一對(duì)電阻的中點(diǎn)和第二對(duì)電阻的中點(diǎn)分別連接到第二組合中第一對(duì)電阻的中點(diǎn)和第二對(duì)電阻的中點(diǎn)。重復(fù)這種電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得能將所有比較器C的輸出端連接起來，這樣就提供了與比較器C的輸出端O一樣多的電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端O′。
因而第一網(wǎng)絡(luò)2的輸出端O′n的傳遞函數(shù)可以如下表示為O′n=On+On+12+On+On-122]]>該第一組兩個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)使得能夠減小由于比較器的不同偏移電壓引起的統(tǒng)計(jì)誤差。更精確的說，可以確定該網(wǎng)絡(luò)中裝配的比較器C的偏移電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。通過第一電阻網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，可以確定從第一電阻網(wǎng)絡(luò)2的輸出中得到的這些比較器的等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ′。該等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ′可以如下表示σ′=σ38≈0.6σ]]>比較器偏移電壓的影響的減小使得可以實(shí)際地改進(jìn)低位的分辨率。
電壓跟隨器A和電阻網(wǎng)絡(luò)的組合可以不損失電阻網(wǎng)絡(luò)輸出端相對(duì)于比較器網(wǎng)絡(luò)輸出端的增益。在缺少電壓跟隨器A的情況下，比較器偏移電壓的影響的降低程度會(huì)減小。
有利的是，通過電壓跟隨器A將第一電阻網(wǎng)絡(luò)2的輸出端O′n-1、O′n和O′n+1連接到第三電阻網(wǎng)絡(luò)3的輸入端，該第三電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端O″n-1、O″n和O″n+1輸出平均電壓，這些平均電壓是在該第三電阻網(wǎng)絡(luò)的相鄰輸入端上出現(xiàn)的電壓的平均。同樣，通過電壓跟隨器A將第二電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端O′n-1、O′n或O′n+1連接到第四電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端，該第四電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端O″n-1、O″n或O″n+1輸出平均電壓，這些平均電壓是在該第四電阻網(wǎng)絡(luò)的相鄰輸入端上出現(xiàn)的電壓的平均。如上為了不使圖2過于復(fù)雜，未示出第四電阻網(wǎng)絡(luò)。有利的是，第四電阻網(wǎng)絡(luò)具有相同的結(jié)構(gòu)。第三電阻網(wǎng)絡(luò)3的輸出端O″n的傳遞函數(shù)可以如下表示O′′n=O′n+O′n+12+O′n+O′n-122]]>如上所述，可以如下表示等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ″σ′′=σ′38=σ38x38≈0.36σ]]>這時(shí)可以看到比較器C的偏移電壓的影響明顯下降，通過第二級(jí)電阻網(wǎng)絡(luò)獲得該影響的下降。將電壓跟隨器A連接在兩個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)之間，以避免任何增益損失。通過在這里描述的兩個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)之后鏈接其他電阻網(wǎng)絡(luò)，并通過電壓跟隨器解除后面網(wǎng)絡(luò)與前面網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)，可以一般化該發(fā)明。然而，這種鏈接顯著增加了用于制造模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的襯底上的元件個(gè)數(shù)。
可以在包括所有比較器都并行工作的比較電路結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)中已知稱為“快閃式(flash)”。還可以在所謂的“折疊式(folding)”比較電路結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)包括較少數(shù)量的并聯(lián)工作的比較器，所以要在所述范圍內(nèi)幾次使用這些比較器。這種結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)中是已知的。
權(quán)利要求
1.一種用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比較電路，包括比較器(C)網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)比較器(C)將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓(V)與參考電壓(Vref)進(jìn)行比較，所述參考電壓(Vref)分布在所述模擬電壓(V)在其中變化的范圍內(nèi)，每個(gè)比較器(C)包括直接輸出端(O)和反相輸出端(O)，其特征在于，每個(gè)輸出端，直接輸出端(O)或反相輸出端(O)，連接到電壓跟隨器(A)的輸入端，每個(gè)電壓跟隨器(A)的輸出端連接到第一電阻(R1到R8)網(wǎng)絡(luò)(2)的輸入端或第二電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端，其中所述第一電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端(O′)輸出平均電壓，該平均電壓是接收在所述范圍內(nèi)分布相似的參考電壓(Vref)的所述比較器(C)的直接輸出端(O)上出現(xiàn)的電壓的平均，所述第二電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端(O′)輸出平均電壓，該平均電壓是接收了在所述范圍內(nèi)分布相似的參考電壓(Vref)的比較器(C)的反相輸出端(O)上出現(xiàn)的電壓的平均。
2.如權(quán)利要求1所述的比較電路，其特征在于，所述第一電阻網(wǎng)絡(luò)(2)的輸出端(O′)通過電壓跟隨器(A)連接到第三電阻(R1到R8)網(wǎng)絡(luò)(3)的輸入端，所述第三電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端(O″)輸出平均電壓，該平均電壓是所述第三電阻網(wǎng)絡(luò)(3)的相鄰輸入端上出現(xiàn)的電壓的平均，并且其特征在于，所述第二電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端(O′)通過電壓跟隨器(A)連接到第四電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端，所述第四電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端(O″)輸出平均電壓，該平均電壓是所述第四電阻網(wǎng)絡(luò)的相鄰輸入端上出現(xiàn)的電壓的平均。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的比較電路，其特征在于，所述電阻網(wǎng)絡(luò)(2，3)具有相同的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的比較電路，其特征在于，每個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)包括一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻(R1、R2)另一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻(R3、R4)的相同兩對(duì)電阻的第一串聯(lián)組合，和一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻(R5、R6)另一對(duì)是串聯(lián)的兩個(gè)相同電阻(R7、R8)的相同兩對(duì)電阻的第二串聯(lián)組合，并且其特征在于，所述電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端由所述第一串聯(lián)組合的端點(diǎn)和中點(diǎn)構(gòu)成，并且所述電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端由所述第二串聯(lián)組合的端點(diǎn)和中點(diǎn)構(gòu)成，所述第一組合中所述第一對(duì)電阻的中點(diǎn)和所述第二對(duì)電阻的中點(diǎn)分別連接到所述第二組合中所述第一對(duì)電阻的中點(diǎn)和所述第二對(duì)電阻的中點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比較電路。為減小比較電路中各個(gè)比較器的偏移電壓的影響，在比較器(C)的輸出端(O)之后連接電壓跟隨器(A)和電阻網(wǎng)絡(luò)(2)，該電阻網(wǎng)絡(luò)在其輸出端 (O′，O′)輸出平均電壓，該平均電壓是比較器(C)的輸出端 (O′，O′)上出現(xiàn)的那些電壓的平均。
文檔編號(hào)H03M1/36GK1868125SQ200480030046
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者里夏爾·莫里松 申請(qǐng)人:Atmel 格勒諾布爾公司