專利名稱：電容性數模和模數轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數模(D/A)和模數(A/D)轉換器，更具體地說，涉及電容性和/或電阻性D/A和A/D轉換器。
背景技術：
數模轉換器(D/A)可以包括電容器陣列，這些電容器陣列被有選擇地切換來將數字信號轉換為相應的模擬信號。然而，電容器之間的誤配可能導致D/A轉換器非單調。D/A轉換器中的單調性意味著隨著到轉換器的數字輸入在全刻度范圍上增長時，模擬輸入從不在一個轉換步進和后一個轉換步進之間表現(xiàn)出下降。換言之，在單調轉換器中，傳遞特性的斜率永不為負。
現(xiàn)在參考圖1A，該圖示出了D/A轉換器10。D/A轉換器10包括二進制電容器陣列14、開關16和18、運算放大器(opamp)20，以及與opamp 20成反饋布置的電容器Cf。陣列14中的每個電容器具有不同的值。更具體地說，陣列14中的每個電容器的值是前一個電容器的值的兩倍。開關SW在電壓參考和參考電勢(例如地)之間有選擇地切換陣列14中的電容器。
在使用中，D/A轉換器10具有采樣和積分級。在采樣級中，開關16閉合，并且電容器中被選擇的那些被充電到由開關確定的電壓參考。在積分級中，開關16斷開，并且產生模擬輸出。例如，四位陣列可以使第一或最高有效位(MSB)開關和最低有效位(LSB)開關閉合來表示電壓參考的9/16。
現(xiàn)在參考圖1B，該圖示出了D/A轉換器的非單調輸出。例如，如圖1B中44所示，模擬輸出從一個轉換步進到后一個轉換步進表現(xiàn)出了下降。非單調輸出可能是由于電容器誤配所致。例如，電容器2N-1C可能與2N-2C+2N-3C+…+2C+C不同。理想地，2N-1C-(2N-2C+2N-3C+…+2C+C)＝C。換言之，MSB電容器和其他電容器之間的差應當等于最小或LSB電容器。
現(xiàn)在參考圖2，該圖示出了包括線性電容器陣列54的D/A轉換器50。線性電容器陣列54包括2N-1個電容器，這些電容器被在電壓參考和參考電勢(例如地)之間有選擇地切換。盡管線性電容器陣列54本質上是單調的，但是所需開關的數目隨位分辨率成指數增長。例如，16位的數模轉換器包括216-1對開關，這可能是不現(xiàn)實的。

發(fā)明內容
為了克服上述問題，本發(fā)明的一個方面提供了一種流水線模數轉換器。該流水線模數轉換器可以包括第一級和第二級。第一級可以接收輸入電壓信號，并且包括模數轉換器。所述模數轉換器可以包括具有輸入和輸出的放大器；并聯(lián)連接并且包括第一端和第二端的N個第二電容，其中第一端與所述輸入有選擇地通信；N個開關，用于在第一階段中，將N個電容的第二端有選擇地連接到電壓輸入，在第二階段中，將N個電容的第二端之一有選擇地連接到放大器的輸出，并且在第二階段中，將N個電容的第二端中的其他端有選擇地連接到電壓參考和參考電勢之一。第二級可以與放大器的輸出通信。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種產生流水線模數轉換器中的殘留電壓的方法。該方法包括提供第一和第二級，其中第一級接收電容輸入，并且包括電容性模數轉換器，所述電容性模數轉換器包括N個電容；在第一階段中將N個電容的第二端有選擇地連接到電壓輸入；在第二階段中將N個電容的第二端之一有選擇地連接到放大器的輸出；在第二階段中將N個電容的第二端中的其他端有選擇地連接到電壓參考和參考電勢之一；將N個電容的第一端有選擇地連接到放大器輸入；以及將放大器輸入連接到第二級。


從下面的詳細描述和附圖可以更全面地理解本發(fā)明，在附圖中圖1A是根據現(xiàn)有技術的二進制電容器陣列D/A轉換器的示意電路圖；圖1B是D/A轉換器的曲線圖；圖2是根據現(xiàn)有技術的線性電容器陣列D/A轉換器的示意電路圖；圖3A-3C是示例性配置中的電容性-電阻性D/A轉換器的示意電路圖；圖4A示出了在對第一數字值進行采樣階段的圖3B的D/A轉換器；圖4B示出了在對第一數字值進行積分階段的圖3B的D/A轉換器；圖4C是圖3B的電路的示例性真值表；圖4D是圖3C的電路的示例性真值表；圖5示出了在對第二數字值進行采樣階段的圖3B的D/A轉換器；圖6示出了在對第三數字值進行采樣階段的圖3B的D/A轉換器；圖7示出了在對第四數字值進行采樣階段的圖3B的D/A轉換器；圖8A是電容性-電容性D/A轉換器的示意電路圖；圖8B是采樣和積分配置中的電容性-電容性D/A轉換器的示意性電路圖；圖8C示出了在對第一數字值進行采樣階段的圖8B的D/A轉換器；圖8D示出了在對第一數字值進行積分階段的圖8B的D/A轉換器；圖8E示出了在對第二數字值進行采樣階段的圖8B的D/A轉換器；圖8F示出了在對第三數字值進行采樣階段的圖8B的D/A轉換器；圖8G示出了在對第四數字值進行采樣階段的圖8B的D/A轉換器；圖8H是示出了LSB和MSB部分的采樣和積分階段的示例性時序圖；圖8I是示出了LSB和MSB部分的采樣和積分階段的示例性時序圖；圖8J是圖8B的D/A轉換器的示例性真值表；圖9A示出了N級電容性D/A轉換器；圖9B示出了N級電容性-電阻性D/A轉換器；圖9C是示出了額外級的非重疊采樣和積分階段的示例性時序圖；
圖9D是示出了額外級的重疊采樣和積分階段的示例性時序圖；圖10是根據本發(fā)明的連續(xù)近似A/D轉換器的示意性電路圖；圖11A是根據本發(fā)明的流水線A/D轉換器的示意性電路圖；圖11B-11D示出了理想的和非理想的殘留電壓；圖12A示出了根據本發(fā)明的產生理想殘留電壓的A/D轉換器；圖12B示出了處于采樣階段中的圖12A的A/D轉換器；圖12C示出了處于第一電壓輸入值的殘留放大級中的圖12A的A/D轉換器；圖12D示出了圖12A的A/D轉換器的示例性真值表；圖13示出了處于第二電壓輸入值的殘留放大級中的圖12A的A/D轉換器；圖14示出了處于第三電壓輸入值的殘留放大級中的圖12A的A/D轉換器；圖15示出了處于第四電壓輸入值的殘留放大級中的圖12A的A/D轉換器；圖16是示出了圖12A的電路的可變級間增益和理想殘留電壓的圖；圖17A是硬盤驅動器的功能框圖；圖17B是數字多用盤(DVD)的功能框圖；圖17C是高清晰電視的功能框圖；圖17D是交通工具控制系統(tǒng)的功能框圖；圖17E是蜂窩電話的功能框圖；圖17F是機頂盒的功能框圖；圖17G是媒體播放器的功能框圖。
具體實施例方式
下面對優(yōu)選實施例的描述本質上僅是示例性的，絕不是要限制本發(fā)明、其應用或用途。為了清楚起見，在附圖中使用相同的標號來標識類似的元件。這里所使用的術語模塊、電路和/或器件指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或者群組的)和存儲器、組合邏輯電路，以及/或者提供所述功能的其他合適的組件。這里所使用的術語“A、B和C中的至少一個”應當被理解為指利用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應當理解，在不改變本發(fā)明的原理的情況下，可以以不同的順序執(zhí)行方法中的步驟。
現(xiàn)在參考圖3A和圖3B，這些圖示出了電容性-電阻性D/A轉換器100、100-1和100-2。為了簡單，在圖3A-3C中示出了N＝4位的示例。技術人員將意識到，N也可以被設置為其他位數?？梢允褂酶鞣N類型的輸出電路102。取決于所期望的功能，也可以使用額外連接104，額外連接104可以是也可以不是切換的連接。例如，在圖3B中，示出了具有采樣和積分配置的DAC 100-1，在圖3C中，示出了具有采樣和保持配置的DAC100-2。
在本示例中，兩個最高有效位(MSB)被分配給電容性部分110，兩個最低有效位(LSB)被分配給電阻性部分120。在后面的圖中，將用虛線示出電容器Cf，以指示采樣和保持以及采樣和積分這兩種配置。
電容性部分110包括電容器C1、C2、C3和C4。在優(yōu)選實施例中，電容器C1、C2、C3和C4具有基本相等的電容值。這些電容器可具有基本相同的電容值，換言之C1＝C2＝C3＝C4。后面將描述，這些電容器由開關SW4MSB、SW3MSB、SW2MSB和SW1MSB(總地稱作開關SWM)在電壓參考Vref、參考電勢例如地、以及電阻性部分120和電容性部分110之間的公共節(jié)點130之間有選擇地切換。
電阻性部分110包括電阻器R1、R2、R3和R4。在優(yōu)選實施例中，電阻器R1、R2、R3和R4具有基本相等的電阻值。這些電阻器可以具有相同的電阻值，換言之，R1＝R2＝R3＝R4。后面將描述，電阻器被串聯(lián)連接在Vref和參考電勢例如地之間。電阻器之間的節(jié)點由開關SW4LSB、SW3LSB、SW2LSB和SW1LSB(總地稱作開關SWL)選擇，然后被連接到公共節(jié)點130來創(chuàng)建分壓器。
上面描述了采樣和積分電路。在采樣和保持配置中，電容C1、C2、C3和C4的第二端在電容性部分110的第二階段中被切換到放大器的輸出。反饋電容Cf可以省略。
現(xiàn)在參考圖4A，該圖示出了在第一數字值(0011)的采樣階段中圖3B的D/A轉換器。最初，開關16閉合，開關18被斷開，并且電容器C2、C3和C4被相應的開關切換到參考電勢，該參考電勢可能是地。電容器C1被連接到公共節(jié)點。當期望的二進制值在0000和0011之間時，電容性部分110將處于這種配置中。電阻性開關SW4LSB、SW3LSB、SW2LSB和SW1LSB之一被閉合，從而創(chuàng)建分壓器。在圖4A的示例中，開關SW4LSB被閉合，以提供 在電容器C1上積累等于VRDACC1的電荷，其中VRDAC是電阻性部分120提供的電壓。
現(xiàn)在參考圖4B，該圖示出了在第一數字值(0011)的積分階段中圖3B的D/A轉換器。在該階段中，開關16被斷開，開關18閉合，并且電壓值被施加到放大器20。利用電荷均衡方法，在改變開關16和18的位置之前總的電荷與改變開關16和18的位置之后的總電荷相等QT＝VCf＝VRDACC1；V=VRDACC1Cf.]]>Cf的值可以被設置為等于C1、C2、C3和C4，或者用來縮放輸出電壓，并且不等于C1、C2、C3和C4。在上述示例中，VRDAC=34Vref.]]>可以理解，該值也可以通過分別選擇開關SW1LSB、SW2LSB或SW3LSB而被調整為VRDAC＝0、VRDAC=14Vref]]>或者VRDAC=12Vref.]]>縮放可以通過調節(jié)Cf相對于C1、C2、C3和C4的值來執(zhí)行。例如，如果Cf＝C1+C2+C3+C4，則輸出范圍是0到接近Vref而不是0到接近4Vref，如本示例所示。
現(xiàn)在參考圖4C，該圖示出了圖3B的示例性轉換器的真值表。在本示例中，Cf等于C1、C2、C3和C4，盡管其他值也可以用于縮放?，F(xiàn)在參考圖4D，該圖示出了圖3C的示例性轉換器的真值表。
現(xiàn)在參考圖5，該圖示出了在第二數字值(0111)的積分階段中圖3B的D/A轉換器。最初，開關16閉合，開關18被斷開，并且電容器C3和C4被相應的開關切換到參考電勢，該參考電勢可能是地。電容器C2被連接到公共節(jié)點130，并且電容器C1被連接到Vref。當期望的二進制值在0100和0111之間時，電容性部分110將處于這種配置中。電阻性開關SW4LSB、SW3LSB、SW2LSB和SW1LSB之一被閉合，從而創(chuàng)建分壓器。在圖5所示的示例中，開關SW4LSB被閉合，以提供 在電容器C2上積累等于VRDACC2的電荷，其中VRDAC是電阻性部分提供的電壓。在電容器C1上還積累等于VrefC1的電荷。
在第二數字值(0111)的積分階段中，開關16被斷開，開關18閉合，并且電壓值被施加到放大器20。利用電荷均衡方法，在改變開關16和18的位置之前的總電荷與改變開關16和18的位置之后的總電荷相等QT＝VCf＝VRDACC2+VrefC1；V=VRDACC2Cf+VrefC1Cf.]]>Cf的值可以被設置為等于C1、C2、C3和C4，或者用來縮放輸出電壓，并且不等于C1、C2、C3和C4。如果Cf、C1和C2相同，則V＝VRDAC+Vref。
現(xiàn)在參考圖6，該圖示出了在第三數字值(1011)的積分階段中圖3B的D/A轉換器。最初，開關16閉合，開關18被斷開，并且電容器C4被相應的開關切換到參考電勢，該參考電勢可能是地。電容器C3被連接到公共節(jié)點130，并且電容器C1和C2被連接到Vref。當期望的二進制值在1000和1011之間時，電容性部分110將處于這種配置中。電阻性開關SW4LSB、SW3LSB、SW2LSB和SW1LSB之一被閉合，從而創(chuàng)建分壓器。在圖6所示的示例中，開關SW4LSB被閉合，以提供 在電容器C3上積累等于VRDACC3的電荷，其中VRDAC是電阻性部分提供的電壓。在電容器C1和C2上還積累等于Vref(C1+C2)的電荷。
在第三數字值(1011)的積分階段中，開關16被斷開，開關18閉合，并且電壓值被施加到放大器20。利用電荷均衡方法，在改變開關16和18的位置之前的總電荷與改變開關16和18的位置之后的總電荷相等QT＝VCf＝VRDACC3+Vref(C1+C2)；V=VRDACC3Cf+VrefC1+C2Cf.]]>Cf的值可以被設置為等于C1、C2、C3和C4，或者用來縮放輸出電壓，并且不等于C1、C2、C3和C4。如果Cf、C1、C2和C3相同，則V＝VRDAC+2Vref。
現(xiàn)在參考圖7，該圖示出了在第三數字值(1111)的積分階段中圖3B的D/A轉換器。最初，開關16閉合，開關18被斷開。電容器C4被連接到公共節(jié)點130，并且電容器C1、C2和C3被連接到Vref。當期望的二進制值在1100和1111之間時，電容性部分110將處于這種配置中。電阻性開關SW4LSB、SW3LSB、SW2LSB和SW1LSB之一被閉合，從而創(chuàng)建分壓器。在圖7所示的示例中，開關SW4LSB被閉合，以提供 在電容器C4上積累等于VRDACC4的電荷，其中VRDAC是電阻性部分提供的電壓。在電容器C1、C2和C3上還積累等于Vref(C1+C2+C3)的電荷。
在第四數字值(1111)的積分階段中，開關16被斷開，開關18閉合，并且電壓值被施加到放大器20。利用電荷均衡方法，在改變開關16和18的位置之前的總電荷與改變開關16和18的位置之后的總電荷相等QT＝VCf＝VRDACC4+Vref(C1+C2+C3)；V=VRDACC4Cf+VrefC1+C2+C3Cf.]]>Cf的值可以被設置為等于C1、C2、C3和C4，或者用來縮放輸出電壓，并且不等于C1、C2、C3和C4。如果Cf、C1、C2、C3和C4相同，則V＝VRDAC+3Vref。
現(xiàn)在參考圖8A和8B，圖中示出了根據本發(fā)明的嵌套分段的電容性-電容性D/A轉換器108。在圖8A中，示出了輸出電路102。在圖8B中，示出了示例性的采樣和積分配置。電容性部分110如上所述工作。為了簡單起見，電容器C1、C2、C3和C4被標作C1M、C2M、C3M和C4M。第二電容性部分150與兩個最低有效位相關聯(lián)，并且包括電容器C1L、C2L、C3L和C4L。LSB電容性部分150提供的電壓為VCDAC。第二電容性部分150還具有下面將描述的采樣和積分階段。
現(xiàn)在參考圖8C和圖8D，針對VCDAC=Vref4]]>示出了在采樣階段中的圖8B的D/A轉換器的等價電路。在采樣階段中，開關152閉合，電容器C4L、C3L和C2L連接到參考電勢例如地。電容器C1L被充電到Vref。在電容器C1L上積累等于VrefC1L的電荷。
在積分階段中，開關152被斷開，電容器C4L、C3L、C2L和C1L被反饋連接。開關152被斷開之前總的電荷與開關152被斷開之后總的電荷相等。因此QT＝VCT＝VrefC1L＝V(C1L+C2L+C3L+C4L)；V=VrefC1L(C1L+C2L+C3L+C4L).]]>假設C1L、C2L、C3L和C4L相等，V=Vref4.]]>現(xiàn)在參考圖8E，針對VCDAC=Vref2]]>示出了在采樣階段中的圖8B的D/A轉換器的等價電路。在采樣階段中，開關152閉合，電容器C4L和C3L連接到參考電勢例如地。電容器C1L和C2L被充電到Vref。在電容器C1L和C2L上積累等于Vref(C1L+C2L)的電荷。
在積分階段中，開關152被斷開，電容器C4L、C3L、C2L和C1L被反饋連接。開關152被斷開之前總的電荷與開關152被斷開之后總的電荷相等。因此QT＝VCT＝Vref(C1L+C2L)＝V(C1L+C2L+C3L+C4L)；V=VrefC1L+C2L(C1L+C2L+C3L+C4L).]]>假設C1、C2、C3和C4相等，V=Vref2.]]>現(xiàn)在參考圖8F，針對VCDAC=3Vref4]]>示出了在采樣階段中的圖8B的D/A轉換器的等價電路。在采樣階段中，開關152閉合，電容器C4L被連接到參考電勢例如地。電容器C1L、C2L和C3L被充電到Vref。在電容器C1L、C2L和C3L上積累等于Vref(C1L+C2L+C3L)的電荷。
在積分階段中，開關152被斷開，電容器C4L、C3L、C2L和C1L被反饋連接。開關152被斷開之前總的電荷與開關152被斷開之后總的電荷相等。因此QT＝VCT＝Vref(C1L+C2L+C3L)＝V(C1L+C2L+C3L+C4L)；V=VrefC1L+C2L+C3L(C1L+C2L+C3L+C4L).]]>假設C1L、C2L、C3L和C4L相等，V=3Vref4.]]>現(xiàn)在參考圖8G，針對VCDAC＝Vref示出了在采樣階段中的圖8B的D/A轉換器的等價電路。與該位置相關聯(lián)的開關可以省略，因為可能利用下一MSB已獲得該值。在此情形下，電容器之一可能總是被連接到地。如果開關被使用，則在在采樣階段中，開關152閉合，電容器C1L、C2L、C3L和C4L被充電到Vref。在電容器C1L、C2L、C3L和C4L上積累等于Vref(C1L+C2L+C3L+C4L)的電荷。
在積分階段中，開關152被斷開，電容器C4L、C3L、C2L和C1L被反饋連接。開關152被斷開之前總的電荷與開關152被斷開之后總的電荷相等。因此QT＝VCT＝Vref(C1L+C2L+C3L+C4L)＝V(C1L+C2L+C3L+C4L)；V=VrefC1L+C2L+C3L+C4L(C1L+C2L+C3L+C4L).]]>假設C1L、C2L、C3L和C4L相等，V＝Vref。
現(xiàn)在參考圖8H和圖8I，這些圖示出了LSB和MSB電容性部分的采樣和積分階段的非重疊和重疊時序圖。采樣和積分階段的時序可以是如圖8H所示的非重疊的?；蛘?，LSB電容性部分的采樣階段可以與MSB電容性部分的積分階段完全和/或部分重疊，如圖8I所示。
現(xiàn)在參考圖8J，該圖示出了D/A轉換器的真值表?？梢岳斫猓琇SB開關在MSB積分階段中可以被連接到地和/或被反饋連接，并且/或者可以開始下一個LSB采樣階段，如這里所述。
現(xiàn)在參考圖9A-9D，可以添加額外的電容性和/或電阻性DAC部分。在圖9A中，示出了N級電容性D/A轉換器170。轉換器170包括電容性部分BG1、BG2、…和BGx，它們與LSB、下一個LSB、…和MSB群組相關聯(lián)。例如，6位的示例可以包括電容性部分BG1、BG2和BG3。每個電容性部分可以包括如上面示出并描述的四個電容器。每個電容性部分包括非重疊和/或重疊的采樣和積分級，如上所述和下面將描述的。
在圖9B中，示出了N級電容性-電阻性D/A轉換器180。最后級中的一個或多個是上面所述的電阻性部分。在本示例中，存在X-Y電容性部分和Y電阻性部分，其中X和Y都是大于0的整數。在使用電阻性部分時，最后的電容性級和最終的電阻性級的采樣和積分階段可以與上面描述的相同。在圖9C中，示例性時序圖示出了額外的電容性級的非重疊的采樣和積分階段。在圖9D中，示例性時序圖示出了額外的電容性級的完全和/或部分重疊的采樣和積分階段。
現(xiàn)在參考圖10，示出了連續(xù)近似A/D轉換器200。轉換器200包括包含用于分辨數字位的邏輯的連續(xù)近似寄存器(SAR)204或模塊，下面將進一步描述。SAR 204的輸出被輸入到譯碼器模塊209，譯碼器模塊209可以包括改良的溫度計譯碼器(thermometer decoder)210，該溫度計譯碼器210基于SAR的輸出的MSB來與開關SW4MSB、SW3MSB、SW2MSB和SW1MSB通信并且控制這些開關。SAR 204的輸出還被輸入到溫度計譯碼器220，溫度計譯碼器220基于SAR的輸出中的LSB來與開關SW4MSB、SW3MSB、SW2MSB和SW1MSB通信并且控制這些開關。
在獲取期間，開關16被連接到地。電容器的末端被開關SWMSB連接到Vin。在獲取Vin后，開關16被斷開，并且電容器被開關SWMSB從Vin斷連。電容器陣列被基于Vin的電壓充電。電容器然后被開關SWMSB連接到地，這將公共端子驅動到等于-Vin的電壓。
作為二進制搜索算法的第一步，電容性和電阻性部分被配置為提供1/2Vref，如上所述。換言之，C4M被連接到公共節(jié)點，C3M、C2M和C1M被連接到Vref，開關SW1LSB閉合。例如，如果Vin等于3/4Vref，則公共端子將被驅動到(-3/4Vref+1/2Vref)＝-1/4Vref。在該電壓被與地比較時，比較器20的輸出產生邏輯“1”，表示Vin大于1/2Vref。如果Vin等于1/4Vref，則公共端子電壓為(-1/4Vref+1/2Vref)＝+1/4Vref，并且比較器20的輸出為邏輯“0”。取決于比較器輸出的值，該過程繼續(xù)進行下一個MSB或LSB，直到所有位都被分辨出為止。盡管示出了電容性-電阻性實現(xiàn)方式，但是也可以設想電容性-電容性、N級電容性或N級電容性-電阻性實現(xiàn)方式。
現(xiàn)在參考圖11A，該圖示出了流水線A/D轉換器250。轉換器250包括級聯(lián)串聯(lián)的多級252-1、252-2、252-3(總地示作252)。A/D轉換器級252中的每級包括采樣和保持模塊254，用于對來自前一級的模擬輸出進行采樣和保持；低分辨率A/D子轉換器模塊256，用于轉換所保持的模擬信號；低分辨率D/A子轉換器模塊258，用于將所產生的數字輸出轉換回模擬表示；差分模塊260和模擬級間差分放大器模塊262，用于放大殘留電壓。殘留電壓是所保持的模擬信號和重構的模擬信號之間的差。
流水線A/D轉換器250的第一級252-1對最近模擬輸入采樣進行操作，而第二級252-2對先前輸入的采樣的經放大殘留進行操作。并發(fā)操作導致轉換速度僅由在一級中花費的時間確定。
現(xiàn)在參考圖11B-11D，示出了理想的和非理想的殘留電壓。在圖11B中示出了理想的殘留電壓。當輸入達到A/D子轉換器模塊252的第一判定電平時，子轉換器模塊的輸出切換到其下一個更高電平碼，這導致D/A子轉換器的輸出切換到其下一個更高電平。這又導致經放大的殘留電壓落回零。
但是，在實際的實現(xiàn)方式中，組件是非理想的或者非一致的。在圖11C中，殘留電壓超過理想值一個固定量。在圖11D中，殘留電壓超過理想殘留電壓一個可變量。
現(xiàn)在參考圖12A，該圖示出了根據本發(fā)明的模數轉換器300，模數轉換器300生成變化較小的殘留電壓。電容器C1、C2、C3和C4被有選擇地連接到Vin、參考電勢例如地、電壓參考(Vref)和運算放大器20的輸出。在一些實現(xiàn)方式中，C1、C2、C3和C4具有基本相等的電容值。
現(xiàn)在參考圖12B-12D，這些圖進一步示出了圖12A的模數轉換器。在圖12B的采樣階段，開關16閉合，并且電容器被連接到Vin。在針對0到C1C1+C2+C3+C4Vref]]>之間的Vin(圖12D中的“A”)的圖12B中的殘留電壓放大級中，開關16斷開，電容器C1以反饋方式連接。電容器C2、C3和C4被連接到參考電勢。圖12D示出真值表。
現(xiàn)在參考圖13，在針對C1C1+C2+C3+C4Vref]]>到C1+C2C1+C2+C3+C4Vref]]>之間的Vin(圖12D中的“B”)的殘留電壓放大級中，開關16斷開，電容器C2以反饋方式連接，并且電容器C1被連接到Vref。電容器C3和C4被連接到參考電勢。
現(xiàn)在參考圖14，在針對C1+C2C1+C2+C3+C4Vref]]>到C1+C2+C3C1+C2+C3+C4Vref]]>之間的Vin(圖12D中的“C”)的殘留電壓放大級中，開關16斷開，電容器C3以反饋方式連接，并且電容器C1和C2被連接到Vref。電容器C4被連接到參考電勢。
現(xiàn)在參考圖15和16，在針對C1+C2+C3C1+C2+C3+C4Vref]]>到Vref之間的Vin(圖12D中的“D”)的殘留電壓放大級中，開關16斷開，電容器C4以反饋方式連接，并且電容器C1、C2和C3被連接到Vref。注意，由于在殘留電壓放大期間不同的電容器被用作反饋電容器，所以殘留增益可以完美地跟蹤電容器誤配?，F(xiàn)在，殘留電壓看起來如圖16所示。存在可變的級間增益和基本恒定的最大殘留電壓。
現(xiàn)在參考圖17A-17G，這些圖示出了本發(fā)明的各種示例性實現(xiàn)方式?，F(xiàn)在參考圖17A，本發(fā)明可以被實現(xiàn)在硬盤驅動器400中的D/A或A/D轉換器中。在某些實現(xiàn)方式中，HDD 400中的信號處理和/或控制電路402以及/或者其他電路(未示出)可以處理數據、執(zhí)行編碼和/或加密、執(zhí)行計算，并且/或者對向磁存儲介質406輸出的數據和/或接收自磁存儲介質406的數據進行格式化。
HDD 400可以經由一個或多個有線或無線通信鏈路408與以下設備通信主機設備(未示出)，例如計算機；移動計算設備，例如個人數字助理、蜂窩電話、媒體播放機或MP3播放機等；以及/或者其他設備。HDD400可以被連接到存儲器409，例如，隨機訪問存儲器(RAM)、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器、只讀存儲器(ROM)和/或其他合適的電子數據存儲設備。
現(xiàn)在參考圖17B，本發(fā)明可以被實現(xiàn)在數字多用盤(DVD)驅動器410中的D/A或A/D轉換器中。DVD 410中的信號處理和/或控制電路412以及/或者其他電路(未示出)可以處理數據、執(zhí)行編碼和/或加密、執(zhí)行計算，并且/或者對讀自光存儲介質416的數據和/或寫向光存儲介質416的數據進行格式化。在一些實現(xiàn)方式中，DVD 410中的信號處理和/或控制電路412以及/或者其他電路(未示出)也可以執(zhí)行其他功能，例如，與DVD驅動器相關聯(lián)的編碼和/或解碼，以及/或者任何其他信號處理功能。
DVD驅動器410可以經由一個或多個有線或無線通信鏈路417與輸出設備(未示出)通信，例如，計算機、電視或其他設備。DVD 410可以與以非易失性方式存儲數據的海量數據存儲設備418通信。海量數據存儲設備418可以包括硬盤驅動器(HDD)。HDD可以具有圖17A所示的配置。HDD可以是包括一個或多個直徑小于大約1.8”的盤片的迷你HDD。DVD 410可以連接到存儲器419，例如，RAM、ROM、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器，以及/或其他合適的電子數據存儲設備。
現(xiàn)在參考圖17C，本發(fā)明可以被實現(xiàn)在高清晰度電視(HDTV)420中的D/A或A/D轉換器中。HDTV 420接收有線格式或無線格式的HDTV輸入信號，并且生成HDTV輸出信號到顯示器426。在一些實現(xiàn)方式中，HDTV 420的信號處理電路和/或控制電路422和/或其他電路(未示出)可以處理數據、執(zhí)行編碼和/或加密、執(zhí)行計算、格式化數據和/或執(zhí)行可能需要的任何其他類型的HDTV處理。
HDTV 420可以與以非易失性形式存儲數據的海量數據存儲設備427(例如光和/或磁存儲設備)通信。至少一個HDD可具有圖17A所示的配置，并且/或者至少一個DVD可具有圖17B所示的配置。HDD可以是包括一個或多個直徑小于大約1.8”的盤片的迷你HDD。HDTV 420可以連接到存儲器428，例如RAM、ROM、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器，以及/或者其他合適的電子數據存儲器。HDTV 420還可支持經由WLAN網絡接口429與WLAN的連接。
現(xiàn)在參考圖17D，本發(fā)明可以實現(xiàn)以下組件中的D/A或A/D轉換器，或者被實現(xiàn)在以下組件中的D/A或A/D轉換器中交通工具430的控制系統(tǒng)、WLAN接口、交通工具控制系統(tǒng)的海量存儲設備和/或電源。在一些實現(xiàn)方式中，本發(fā)明實現(xiàn)傳動系控制系統(tǒng)432，該傳動系控制系統(tǒng)接收來自一個或多個傳感器的輸入，所述傳感器例如是溫度傳感器、壓力傳感器、轉動傳感器、氣流傳感器和/或任何其他合適的傳感器，并且/或者生成一個或多個輸出控制信號，例如，引擎工作參數、傳輸工作參數和/或其他控制信號。
本發(fā)明也可以被實現(xiàn)在交通工具430的其他控制系統(tǒng)440中?？刂葡到y(tǒng)440可以類似地接收來自輸入傳感器442的信號，并且/或者輸出控制信號到一個或多個輸出設備444。在一些實現(xiàn)方式中，控制系統(tǒng)440可以是防抱死剎車系統(tǒng)(ABS)、導航系統(tǒng)、遠程信息處理系統(tǒng)、交通工具遠程信息處理系統(tǒng)、路線偏離系統(tǒng)、自適應巡航控制系統(tǒng)、交通工具娛樂系統(tǒng)(例如，立體聲音響、DVD、CD等)的一部分。還可以設想其他實現(xiàn)方式。
傳動系控制系統(tǒng)432可以與以非易失性形式存儲數據的海量數據存儲設備446通信。海量數據存儲設備446可以包括光和/或磁存儲設備，例如，硬盤驅動器HDD和/或DVD。至少一個HDD可具有圖17A所示的配置，并且/或者至少一個DVD可具有圖17B所示的配置。HDD可以是包括一個或多個直徑小于大約1.8”的盤片的迷你HDD。傳動系控制系統(tǒng)432可以連接到存儲器447，例如RAM、ROM、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器，以及/或者其他合適的電子數據存儲設備。傳動系控制系統(tǒng)432還可支持經由WLAN網絡接口448與WLAN的連接。控制系統(tǒng)440也可以包括海量數據存儲設備、存儲器和/或WLAN接口(都未示出)。
現(xiàn)在參考圖17E，本發(fā)明可以被實現(xiàn)在可能包括蜂窩天線451的蜂窩電話450中的D/A或A/D轉換器中。在一些實現(xiàn)方式中，蜂窩電話450包括麥克風456、音頻輸出設備458(例如，揚聲器和/或音頻輸出插孔)、顯示屏460和/或輸入設備462(例如，小鍵盤、指取設備、語音執(zhí)行和/或其他輸入設備)。蜂窩電話450中的信號處理電路和/或控制電路452和/或其他電路(未示出)可以處理數據、執(zhí)行編碼和/或加密、執(zhí)行計算、格式化數據和/或執(zhí)行其他蜂窩電話功能。
蜂窩電話450可以與以非易失性形式存儲數據的海量數據存儲設備464通信，例如光和/或磁存儲設備(例如，硬盤驅動器HDD和/或DVD)。至少一個HDD可具有圖17A所示的配置，并且/或者至少一個DVD可具有圖17B所示的配置。HDD可以是包括一個或多個直徑小于大約1.8”的盤片的迷你HDD。蜂窩電話450可以連接到存儲器466，例如RAM、ROM、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器，以及/或者其他合適的電子數據存儲設備。蜂窩電話450還可支持經由WLAN網絡接口468與WLAN的連接。
現(xiàn)在參考圖17F，本發(fā)明可被實現(xiàn)在機頂盒480中的D/A或A/D轉換器中。機頂盒480接收來自例如寬帶源這樣的源的信號，并輸出適合于例如電視和/或監(jiān)視器和/或其他視頻和/或音頻輸出設備這樣的顯示器488的標準和/或高清晰度音頻/視頻信號。機頂盒480的信號處理和/或控制電路484和/或其他電路(未示出)可以處理數據、執(zhí)行編碼和/或加密、執(zhí)行計算、格式化數據和/或執(zhí)行任何其他機頂盒功能。
機頂盒480可以與以非易失性方式存儲數據的海量數據存儲裝置490通信。海量數據存儲設備490可包括光和/或磁存儲設備，例如硬盤驅動器HDD和/或DVD。至少一個HDD可具有圖17A所示的配置，并且/或者至少一個DVD可具有圖17B所示的配置。HDD可以是包括一個或多個直徑小于大約1.8”的盤片的迷你HDD。機頂盒480可以連接到存儲器494，例如RAM、ROM、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器，以及/或者其他合適的電子數據存儲設備。機頂盒480還可支持經由WLAN網絡接口496與WLAN的連接。
現(xiàn)在參考圖17G，本發(fā)明可以被實現(xiàn)在媒體播放器500中的D/A或A/D轉換器中。在一些實現(xiàn)方式中，媒體播放器500包括顯示屏507和/或用戶輸入設備508，例如小鍵盤、觸摸板等。在一些實現(xiàn)方式中，媒體播放器500可以采用圖形用戶界面(GUI)，圖形用戶界面一般采用利用顯示屏507和/或用戶輸入設備508的菜單、下拉菜單、圖標和/或指點界面。媒體播放器500還包括音頻輸出設備509，例如，揚聲器和/或音頻輸出插孔。媒體播放器500的信號處理和/或控制電路504和/或其他電路(未示出)可以處理數據、執(zhí)行編碼和/或加密、執(zhí)行計算、格式化數據和/或執(zhí)行任何其他媒體播放器功能。
媒體播放器500可以與以非易失性方式存儲例如壓縮音頻和/或視頻內容之類的數據的海量數據存儲設備510通信。在一些實現(xiàn)方式中，壓縮音頻文件包括遵從MP3格式或其他合適的壓縮音頻和/或視頻格式的文件。海量數據存儲設備可包括光和/或磁存儲設備，例如硬盤驅動器HDD和/或DVD。至少一個HDD可具有圖17A所示的配置，并且/或者至少一個DVD可具有圖17B所示的配置。HDD可以是包括一個或多個直徑小于大約1.8”的盤片的迷你HDD。媒體播放器500可以連接到存儲器514，例如RAM、ROM、諸如閃存之類的低等待時間非易失性存儲器，以及/或者其他合適的電子數據存儲設備。媒體播放器500還可支持經由WLAN網絡接口516與WLAN的連接。除了上述實現(xiàn)方式之外，還可以設想其他實現(xiàn)方式。
本領域技術人員現(xiàn)在可以意識到，根據前面的描述，可以以多種形式實現(xiàn)本發(fā)明的廣泛教導。因此，盡管已結合本發(fā)明的特定示例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的真實范圍不應當受此限制，因為在研究了附圖、說明書和所附權利要求書后，本領域技術人員將清楚其他修改。
本申請要求享受2005年9月8日提交的美國臨時申請No.60/715,078的優(yōu)先權，該申請的全部內容通過引用而被包含于此。
權利要求
1.一種流水線模數轉換器，包括第一級，其接收輸入電壓信號，并且包括模數轉換器，所述模數轉換器包括放大器，其具有輸入和輸出；并聯(lián)連接并且包括第一端和第二端的N個第二電容，所述第一端與所述輸入有選擇地通信；N個開關，用于在第一階段中將所述N個電容的所述第二端有選擇地連接到所述電壓輸入，在第二階段中將所述N個電容的所述第二端之一有選擇地連接到所述放大器的所述輸出，并且在所述第二階段中將所述N個電容的所述第二端中的其他端有選擇地連接到電壓參考和參考電勢之一；以及第二級，其與所述放大器的所述輸出通信。
2.如權利要求1所述的流水線模數轉換器，其中，所述第一階段是采樣階段，并且所述第二階段是殘留放大階段。
3.如權利要求1所述的流水線模數轉換器，其中，當所述輸入電壓在零與所述N個電容中的第一電容除以所述N個電容的和所得到的第一比率之間時，在所述第二階段中，所述N個電容中的所述第一電容被連接到所述放大器的所述輸出，并且所述N個電容中的其他電容被連接到所述參考電勢。
4.如權利要求3所述的流水線模數轉換器，其中，當所述輸入電壓在所述第一比率與所述N個電容中的所述第一和第二電容的和除以所述N個電容的和所得到的第二比率之間時，在所述第二階段中，所述N個電容中的所述第一電容被連接到所述電壓參考，所述N個電容中的所述第二電容被連接到所述放大器的所述輸出，并且所述N個電容中的其他電容被連接到所述參考電勢。
5.如權利要求4所述的流水線模數轉換器，其中，當所述輸入電壓在所述第二比率與所述N個電容中的所述第一、第二和第三電容的和除以所述N個電容的和所得到的第三比率之間時，在所述第二階段中，所述N個電容中的所述第一和第二電容被連接到所述電壓參考，所述N個電容中的所述第三電容被連接到所述放大器的所述輸出，并且所述N個電容中的其他電容被連接到所述參考電勢。
6.如權利要求1所述的流水線模數轉換器，其中，所述N個電容的電容值基本相等。
7.一種產生流水線模數轉換器中的殘留電壓的方法，包括提供第一和第二級，其中所述第一級接收電壓輸入，并且包括電容性模數轉換器，所述電容性模數轉換器包括N個電容；在第一階段中將所述N個電容的所述第二端有選擇地連接到所述電壓輸入；在第二階段中將所述N個電容的所述第二端之一有選擇地連接到所述放大器的所述輸出；在所述第二階段中將所述N個電容的所述第二端中的其他端有選擇地連接到電壓參考和參考電勢之一；將所述N個電容的所述第一端有選擇地連接到放大器輸入；以及將放大器輸入連接到所述第二級。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述第一階段是采樣階段，并且所述第二階段是殘留放大階段。
9.如權利要求7所述的方法，還包括，當所述輸入電壓在零與所述N個電容中的第一電容除以所述N個電容的和所得到的第一比率之間時，在所述第二階段中，將所述N個電容中的所述第一電容有選擇地連接到所述放大器的所述輸出，并且將所述N個電容中的其他電容有選擇地連接到所述參考電勢。
10.如權利要求9所述的方法，還包括，當所述輸入電壓在所述第一比率與所述N個電容中的所述第一和第二電容的和除以所述N個電容的和所得到的第二比率之間時，在所述第二階段中，將所述N個電容中的所述第一電容有選擇地連接到所述電壓參考，將所述N個電容中的所述第二電容有選擇地連接到所述放大器的所述輸出，并且將所述N個電容中的其他電容有選擇地連接到所述參考電勢。
11.如權利要求10所述的方法，還包括，當所述輸入電壓在所述第二比率與所述N個電容中的所述第一、第二和第三電容的和除以所述N個電容的和所得到的第三比率之間時，在所述第二階段中，將所述N個電容中的所述第一和第二電容有選擇地連接到所述電壓參考，將所述N個電容中的所述第三電容有選擇地連接到所述放大器的所述輸出，并且將所述N個電容中的其他電容有選擇地連接到所述參考電勢。
12.如權利要求7所述的方法，還包括將所述N個電容的電容值選擇為基本相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括電容性DAC的數模轉換器(DAC)，所述電容性DAC包括N個第一電容和N個第一開關，其中N是大于1的整數，這N個第一電容并聯(lián)連接并且具有第一端和第二端，N個第一開關將這N個第一電容的第二端中被選中的一個連接到公共節(jié)點，并且將這N個第一電容的第二端中未選中的那些連接到電壓電勢和參考電勢之一。這N個第一電容的電容值基本相等。第二DAC與公共節(jié)點通信。
文檔編號H03M1/34GK1929315SQ20061010426
公開日2007年3月14日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權日2005年9月8日
發(fā)明者塞哈特·蘇塔迪嘉 申請人:馬維爾國際貿易有限公司