專利名稱：逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(successiveapproximation analog to digital converter, SAR ADC)，尤指一種分成最大有效位(MSB)與最小有效位(LSB) 等兩組電容，分別耦合于比較器的正負(fù)端的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，適用于高分辨率的 SARADC0
背景技術(shù)：
圖1是顯示傳統(tǒng)的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。在圖1中，C*32/31 與其右側(cè)的所有電容構(gòu)成了 LSB電容組，而C*32/31左側(cè)的所有電容則構(gòu)成了 MSB電容組， 此為10位的SAR ADCjMSB電容組具有5位，且LSB電容組也具有5位。VIN為模擬輸入信 號，VREF與VREF/2為參考電壓，cmpo為比較器的輸出端，其所輸出的為比較結(jié)果，而GND為 接地。雖然如圖1所示的傳統(tǒng)的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其電容的面積可以因為串接 C*32/31，使兩邊電容組的最大與最小的電容比例縮小，但是串接的32/31并非整數(shù)，容易 因為制程與制圖的問題而產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。圖1中的傳統(tǒng)電路的缺點，現(xiàn)在進(jìn)一步說明如下a)需要非整數(shù)倍電容32/31串接MSB與LSB兩組電容，實際制圖并不容易準(zhǔn)確，如 果有誤差也不容易調(diào)整。b)每次轉(zhuǎn)換過程或取樣，需要所有電容參與分配電荷，拉長電位穩(wěn)定的時間。基于上述傳統(tǒng)SAR ADC的缺點，因此需要使用更有效的電容排列方式解決傳統(tǒng)電 容排列中串連電容的比例并非整數(shù)倍的問題，使電容的匹配問題降低。因此，發(fā)明人根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的缺點，以及改良發(fā)明的目的，提出本發(fā)明的逐次逼近 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將其所包括的電容分 成MSB組與LSB組，分別耦合于比較器的非反向輸入端與反向輸入端或者分別耦合于比較 器的反向輸入端與非反向輸入端，以能透過使用此更有效的電容排列方式，解決傳統(tǒng)電容 排列中，串連電容的比例并非整數(shù)倍的問題，使電容的匹配問題降低。本發(fā)明的又一目的在于提供一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括比較器，具有反 相輸入端、非反相輸入端與第一輸出端，用以輸出比較結(jié)果，最大有效位電容組，具有最大 有效位，第一輸入端，用以接收第一參考電壓，第二輸入端，用以取樣模擬信號，以從該最大 有效位開始進(jìn)行第一轉(zhuǎn)換，第三輸入端，用以接收第二參考電壓，以及第二輸出端，用以輸 出第一電位值，且耦合于該反相輸入端或該非反向輸入端，以及最小有效位電容組，具有最 小有效位，第四輸入端，用以接收該第二參考電壓，第三輸出端，輸出第二電位值，當(dāng)該第二 輸出端耦合于該反相輸入端時，該第三輸出端耦合于該非反相輸入端，且當(dāng)該第二輸出端耦合于該非反相 輸入端時，該第三輸出端耦合于該反向輸入端，其中當(dāng)該最大有效位電容 組進(jìn)行該第一轉(zhuǎn)換時，使該第二電位值保持在該第二參考電壓，當(dāng)該第一轉(zhuǎn)換完成時，使該 第一電位保持不變，并使該最小有效位電容組進(jìn)行第二轉(zhuǎn)換，直至進(jìn)行到該最小有效位，并 依據(jù)該比較結(jié)果以進(jìn)行該第一與該第二轉(zhuǎn)換，據(jù)以輸出數(shù)字信號。根據(jù)上述構(gòu)想，該逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器更包括一逐次逼近開關(guān)控制器，其中 該最小有效位電容組包含m個位，該最大有效位電容組包含η-m個位，η為該逐次逼近模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，每一該位均對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)，該第一轉(zhuǎn)換指該最大有 效位電容組的n-m個位的轉(zhuǎn)換，該第二轉(zhuǎn)換為該最小有效位電容組的m個位的轉(zhuǎn)換，該逐次 逼近開關(guān)控制器耦合于該比較器的該第一輸出端，依據(jù)該比較結(jié)果，以在進(jìn)行該第一轉(zhuǎn)換 時，逐一切換該最大有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，用以調(diào)整每一該位的電位， 據(jù)以改變該第一電位值，且在進(jìn)行該第二轉(zhuǎn)換時，逐一切換該最小有效位電容組的每一該 位的該至少一開關(guān)，用以調(diào)整每一該位的電位，據(jù)以改變該第二電位值。根據(jù)上述構(gòu)想，該最小有效位電容組更包括第五輸入端，用以接收第三參考電壓， 該第三參考電壓為該第一參考電壓除以2的m次方。根據(jù)上述構(gòu)想，該最小有效位電容組更包括第五與第六輸入端，用以接收第三與 第四參考電壓，其中該第三與該第四參考電壓的差為該第一參考電壓除以2~m。根據(jù)上述構(gòu)想，該第二參考電壓為該第一參考電壓的1/2。根據(jù)上述構(gòu)想，該逐次逼近開關(guān)控制器包括最大有效位控制器耦合于該比較器的 該第一輸出端與該最大有效位電容組，用以依據(jù)該比較結(jié)果控制該最大有效位電容組，以 及最小有效位控制器，耦合于該比較器的該第一輸出端與該最小有效位電容組，用以依據(jù) 該比較結(jié)果控制該最小有效位電容組。本發(fā)明的下一目的在于提供一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括比較器，具有反 相輸入端、非反相輸入端與輸出端，用以輸出比較結(jié)果，最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，耦合 于該反相輸入端或該非反向輸入端，以及最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，當(dāng)該最大有效位模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合于該反相輸入端時，該最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合于該非反相輸入 端，且當(dāng)該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合于該非反相輸入端時，該最小有效位模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換器耦合于該反向輸入端。根據(jù)上述構(gòu)想，該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為最大有效位電容組，該最小有效 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為電阻數(shù)組。根據(jù)上述構(gòu)想，該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為電阻數(shù)組，該最小有效位模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器為最小有效位模擬數(shù)字電容組。本發(fā)明的之再一目的在于提供一種用于一逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法， 包含下列之步驟a取樣模擬信號并將其輸入逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該逐次逼近模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括具有最大有效位與n-m個位的最大有效位電容組、具有最小有效位與m個 位的最小有效位電容組和耦合于該最大與最小有效位電容組并用以輸出比較結(jié)果的比較 器；b依據(jù)該比較結(jié)果首先從該最大有效位朝向該最小有效位調(diào)整該最大有效位電容組的 該n-m個位的每一該位的端點電位值，并使該最小有效位電容組的m個位的每一該位的端 點電位值維持不變；c當(dāng)該最大有效位電容組的每一端點電位值調(diào)整完畢后，開始調(diào)整該 最小有效位電容組的該m個位的每一該位的端點電位值，并使該最大有效位電容組的n-m個位的每一該位的該端點電位值維持不變；以及d當(dāng)調(diào)整完成該最小有效位電容組的該m 個位的每一位的該端點電位值后，據(jù)以輸出一數(shù)字信號。 根據(jù)上述構(gòu)想，該步驟b更包括下列步驟bl將第一參考電壓輸入其每一該位所 對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)的該最大有效位電容組；b2當(dāng)調(diào)整該最大有效位電容組 的該n-m個 位的每一該位的端點電位值時，使該最小有效位電容組的m個位的每一該位的 端點電位值維持在該第一參考電壓值的1/2 ；以及b3逐一切換該最大有效位電容組的每一 該位的該至少一開關(guān)，以調(diào)整該最大有效位電容組的該n-m個位的每一該位的該端點電位 值。 根據(jù)上述構(gòu)想，該步驟c更包括下列之步驟Cl將第二與第三參考電壓輸入其每一 該位所對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)的該最小有效位電容組，其中該第二參考電壓值為 該第一參考電壓值的1/2，且該第三參考電壓值為該第一參考電壓值乘以l/2~m;c2當(dāng)調(diào)整 該最小有效位電容組的該m個位的每一該位的該端點電位值時，使該最大有效位電容組的 n-m個位的每一該位的該端點電位值維持不變；以及c3逐一切換該最小有效位電容組的每 一該位的該至少一開關(guān)，以調(diào)整該最小有效位電容組的該m個位的每一該位的該端點電位 值。為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并 配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1為顯示傳統(tǒng)的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖2為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電 路示意圖；圖3為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 的電路示意圖；圖4為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的4位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 時序控制圖；圖5為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 的MSB 5位電容組的仿真波形圖；圖6為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 的LSB 5位電容組的仿真波形圖；圖7為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方 塊圖；以及圖8為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第二較佳實施例的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電 路示意圖。
具體實施例方式請參考圖2，為顯示依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器的電路示意圖。圖中的上半部為LSB電容組，下半部為MSB組，該MSB電容組具有最大有 效位，該LSB電容組具有最小有效位，該最小有效位電容組包含m個位，該最大有效位電容組包含n-m 個位，η為該逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，每一該位均對應(yīng)于至少一電容與 至少一開關(guān)，該第一轉(zhuǎn)換指該最大有效位電容組的n-m個位的轉(zhuǎn)換，該第二轉(zhuǎn)換為該最小 有效位電容組的m個位的轉(zhuǎn)換，該逐次逼近開關(guān)控制器耦合于該比較器的該第一輸出端， 依據(jù)該比較結(jié)果，以在進(jìn)行該第一轉(zhuǎn)換時，逐一切換該最大有效位電容組的每一該位的該 至少一開關(guān)，用以調(diào)整每一該位的電位，據(jù)以改變該第一電位值，且在進(jìn)行該第二轉(zhuǎn)換時， 逐一切換該最小有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，用以調(diào)整每一該位的電位，據(jù) 以改變該第二電位值。其中當(dāng)該最大有效位電容組進(jìn)行該第一轉(zhuǎn)換時，使該第二電位值保 持在該第二參考電壓，當(dāng)該第一轉(zhuǎn)換完成時，使該第一電位保持不變，并使該最小有效位電 容組進(jìn)行第二轉(zhuǎn)換，直至進(jìn)行到該最小有效位，并依據(jù)該比較結(jié)果以進(jìn)行該第一與該第二 轉(zhuǎn)換，據(jù)以輸出數(shù)字信號。該最小有效位電容組更包括第五輸入端，用以接收第三參考電壓，該第三參考電 壓為該第一參考電壓除以2~m。或包括第五與第六輸入端，用以接收第三與第四參考電壓， 該第三與該第四參考電壓的差為該第一參考電壓除以2~m。如圖3所示，該逐次逼近開關(guān)控制器包括最大有效位控制器耦合于該比較器的該 第一輸出端與該最大有效位電容組，用以依據(jù)該比較結(jié)果控制該最大有效位電容組，以及 最小有效位控制器，耦合于該比較器的該第一輸出端與該最小有效位電容組，用以依據(jù)該 比較結(jié)果控制該最小有效位電容組。如圖2所示，本發(fā)明把電容分配于比較器兩端。比較 器的非反向輸入端可耦合于MSB電容組的第二輸出端，該第二輸出端還用以輸出第一電位 值，比較器的反向輸入端可耦合于LSB電容組的第三輸出端，該第三輸出端還用以輸出第 二電位值(當(dāng)然，在本發(fā)明未顯示的其它的較佳實施例中，比較器的反向輸入端也可耦合 于MSB電容組的第二輸出端，而比較器的非反向輸入端則可耦合于LSB電容組的第三輸出 端)。當(dāng)比較器比較出兩端的電位差后，決定電容端點的接點電位。由于接點電位的改變， 重新分配后的電荷在比較器端點產(chǎn)生新的電位，做下一次的比較。由最高位開始進(jìn)行比較， 直到最后最小位決定為止，并完成第一轉(zhuǎn)換。在圖2中，當(dāng)MSB電容組在轉(zhuǎn)換時，LSB電容 組的端點仍舊保持在第二參考電壓VM電位，MSB電容組的電容都處理后，才允許LSB電容 組端點進(jìn)行電位改變。此時MSB電容組的端點已經(jīng)使用最后一次的比較結(jié)果，產(chǎn)生最后的 電位，在之后時間固定不變。所以，處理LSB電容組時，使該比較器的反向輸入端再繼續(xù)逼 近于比較器的非反向輸入端。如圖2所示，當(dāng)轉(zhuǎn)換開始時，只有MSB電容組對模擬信號VIN取樣。同時，比較器 的兩端都設(shè)至VM，VM —般可選第一參考電壓的1/2，即VREF/2。VREF/2"m為第三參考電壓 或第三參考電壓與第四參考電壓的差，其電位則可以在MSB電容組轉(zhuǎn)換結(jié)束前再準(zhǔn)備好即可。新結(jié)構(gòu)適合處理多位的SARADC，其優(yōu)點有1、不再需要中間的比例電容串連兩組MSB字節(jié)電容及LSB字節(jié)電容。現(xiàn)有技術(shù)需要一個電容將兩組電容組串接，該電容的大小并非整數(shù)。很容易因為 制圖及制程的誤差，在轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生增益的誤差(gain error)。2、能將高字節(jié)MSB轉(zhuǎn)換與低字節(jié)的轉(zhuǎn)換分開在比較器的兩端。因此比較結(jié)果后， 能快速地產(chǎn)生及重新分配電容上的電荷。3、取樣過程只需對MSB字節(jié)的電容進(jìn)行充放電。
4、轉(zhuǎn)換的誤差只與各別的MSB電容組或LSB電容組的電容組匹配(Matching)有 關(guān)，兩組的單位電容不需要一致。5、產(chǎn)生VREF的分壓比較容易，并且容易做校正電路處理。能做成結(jié)構(gòu)對稱。例如10位可分成MSB 5位+LSB 5位。 以下將以IObit SARADC為例，分成MSB 5位電容組及LSB 5位電容組，并以實際 電路完成仿真。圖3是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器的電路示意圖。圖4則為依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的4位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(分 成MSB 2位電容組及LSB 2位電容組)的時序控制圖。其中D1-D4是在四個時段里，比較 器的比較結(jié)果，而且依據(jù)D1-D4來決定開關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷，因而可改變MSB電容組與LSB電 容組的電位。當(dāng) Dl = 0，SR1[1] = 0，SG1[1] = 1 ;D1 = 1，SR1[1] = 1，SG1[1] = 0 ；當(dāng) D2 =0，SRl [2] = 0，SGl [2] = 1 ;D2 = 1，SRl [2] = 1，SGl [2] = 0 ；當(dāng) D3 = 0，SR2[1] = 1， SG2[1] = 0 ;D3 = 1，SR2[1] = 0，SG2[1] = 1 ；當(dāng) D4 = 0，SR2 [2] = 1，SG2[2] = 0 ;D4 = 1，SR2[2] =0，SG2[2] = 1。同理，也可推導(dǎo)至10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(分成MSB 5 位電容組及LSB 5位電容組)的時序控制圖的結(jié)果，亦即當(dāng)Dl = 0，SR1[1] =0，SG1[1]= 1 ；Dl = 1，SRl [1] = 1，SGl [1] = 0 ；當(dāng) D2 = 0，SRl [2] = 0，SGl [2] = 1 ;D2 = 1，SRl [2] =1, SGl [2] = 0 ；當(dāng) D3 = 0，SRl [3] = 0，SGl [3] = 1 ;D3 = 1，SRl [3] =1，SGl [3] = 0 ； 當(dāng) D4 = 0，SRl [4] = 0，SGl [4] = 1 ;D4 = 1，SRl [4] = 1，SGl [4] = 0 ；當(dāng) D5 = 0，SRl [5] =0，SGl [5] = 1 ;D5 = 1，SRl [5] = 1，SGl [5] = 0 ；當(dāng) D6 = 0，SR2[1] = 1，SG2[1] = 0 ； D6 = 1，SR2[1] = 0，SG2[1] = 1 ；當(dāng) D7 = 0，SR2[2] = 1，SG2[2] = 0 ;D7 = 1，SR2[2]= 0，SG2[2] = 1 ；當(dāng) D8 = 0，SR2[31] = 1，SG2[3] = 0 ;D8 = 1，SR2[3] = 0，SG2[3] = 1 ；當(dāng) D9 = 0，SR2[4] = 1，SG2[4] = 0 ;D9 = 1，SR2[4] = 0，SG2[4] = 1 ；當(dāng) DlO = 0，SR2[5]= 1，SG2[5] = 0 ；DlO = 1，SR2[5] = 0，SG2[5] = 1。圖5是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的MSB 5位電容組的仿真波形圖，其中vxa為比較器的非反向輸入端，為較細(xì)的黑線，vxb為比較器 的反向輸入端，為較粗的黑線。由圖5可以觀察比較過程，vxa開始變動后，vxb不變。MSB 電容組的電位值在比較完成之后，維持不變，然后vxb開始再重新逼近vxa，因此能完成所 有比較。在圖 5 中，其輸入電位為 0, VREF = 3. 3，conversion = 00000，00000/b。圖6為依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的10位逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 LSB 5位電容組的仿真波形圖。其輸入電位為3. 3/4 = 0. 825 ；VREF = 3. 3 ；conversion = 00111，11111/b = 255/d。圖7是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方塊圖， 其顯示 LSB_ADC (analog to digital converter :ADC)與 MSB_ADC 分別連接于比較器的反 向輸入端與非反向輸入端。而且可以采取非同時使用電容式產(chǎn)生比較器輸入端點電位的方 式，亦即LSB_ADC與MSB_ADC兩者其中之一可以是一個電阻數(shù)組(R_array)，而另一個則為 電容組。例如，LSB_ADC是一個電阻數(shù)組(R-array)，而MSB_ADC則為MSB電容組?；蛘撸?MSB_ADC是一個電阻數(shù)組(R-array)，而LSB_ADC則為LSB電容組。此為非同時使用電容式 ADC產(chǎn)生比較器輸入端點電位的方式。另外，本發(fā)明中，LSB組的參考電位，其中之一不需要 一定為接地點，只要產(chǎn)生VREF/2~m電位差即可。例如，圖8所示即為依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第二較佳實施例的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。本發(fā)明還提供了一種用于逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，包含下列步驟a取樣模擬信號并將其輸入逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器包括具有最大有效位與n-m個位的最大有效位電容組、具有最小有效位與m個位的最小 有效位電容組和耦合于該最大與最小有效位電容組并用以輸出比較結(jié)果的比較器；b依據(jù)該比較結(jié)果首先從該最大有效位朝向該最小有效位調(diào)整該最大有效位電容 組的該n-m個位的每一該位的端點電位值，并使該最小有效位電容組的m個位的每一該位 的端點電位值維持不變；c當(dāng)該最大有效位電容組的每一端點電位值調(diào)整完畢后，開始調(diào)整該最小有效位 電容組的該m個位的每一該位的端點電位值，并使該最大有效位電容組的n-m個位的每一 該位的該端點電位值維持不變；以及d當(dāng)調(diào)整完成該最小有效位電容組的該m個位的每一位的該端點電位值后，據(jù)以
輸出數(shù)字信號。其中該步驟b更包括下列步驟bl將第一參考電壓輸入其每一該位所對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)的該最大 有效位電容組；b2當(dāng)調(diào)整該最大有效位電容組的該n-m個位的每一該位的端點電位值時，使該最 小有效位電容組的m個位的每一該位的端點電位值維持在該第一參考電壓值的1/2 ；以及b3逐一切換該最大有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，以調(diào)整該最大有效 位電容組的該n-m個位的每一該位的該端點電位值。其中該步驟c更包括下列步驟

cl將第二與第三參考電壓輸入其每一該位所對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)的 該最小有效位電容組，其中該第二參考電壓值為該第一參考電壓值的1/2，且該第三參考電 壓值為該第一參考電壓值乘以l/2~m ；c2當(dāng)調(diào)整該最小有效位電容組的該m個位的每一該位的該端點電位值時，使該最 大有效位電容組的n-m個位的每一該位的該端點電位值維持不變；以及c3逐一切換該最小有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，以調(diào)整該最小有效 位電容組的該m個位的每一該位的該端點電位值。綜上所述，本發(fā)明提供一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將其所包含的電容分成MSB 電容組與LSB電容組，分別耦合于比較器的非反向輸入端與反向輸入端或者分別耦合于比 較器的反向輸入端與非反向輸入端，以能透過使用此更有效的電容排列方式，解決傳統(tǒng)電 容排列中，串連電容的比例并非整數(shù)倍的問題，使電容的匹配問題降低，故其具有極佳的產(chǎn) 業(yè)利用性。因此，即使本發(fā)明已由上述的實施例所詳細(xì)敘述，但可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員任意 做出各種變化和變型，然而都不脫離權(quán)利要求所要保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括比較器，具有反相輸入端、非反相輸入端與第一輸出端，用以輸出比較結(jié)果；最大有效位電容組，具有最大有效位，第一輸入端，用以接收第一參考電壓，第二輸入 端，用以取樣模擬信號，以從該最大有效位開始進(jìn)行第一轉(zhuǎn)換，第三輸入端，用以接收第二 參考電壓，以及第二輸出端，用以輸出第一電位值，且耦合于該反相輸入端或該非反向輸入 端；以及最小有效位電容組，具有最小有效位，第四輸入端，用以接收該第二參考電壓，第三輸 出端，用以輸出第二電位值，當(dāng)該第二輸出端耦合于該反相輸入端時，該第三輸出端耦合于 該非反相輸入端，且當(dāng)該第二輸出端耦合于該非反相輸入端時，該第三輸出端耦合于該反 向輸入端；其中當(dāng)該最大有效位電容組進(jìn)行該第一轉(zhuǎn)換時，使該第二電位值保持在該第二參考 電壓，當(dāng)該第一轉(zhuǎn)換完成時，使該第一電位保持不變，并使該最小有效位電容組進(jìn)行第二轉(zhuǎn) 換，直至進(jìn)行到該最小有效位，并依據(jù)該比較結(jié)果以進(jìn)行該第一與該第二轉(zhuǎn)換，據(jù)以輸出數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器更包括逐次逼近開關(guān)控制器，其中該 最小有效位電容組包含m個位，該最大有效位電容組包含n-m個位，η為該逐次逼近模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，每一該位均對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)，該第一轉(zhuǎn)換指該最大有效 位電容組的n-m個位的轉(zhuǎn)換，該第二轉(zhuǎn)換為該最小有效位電容組的m個位的轉(zhuǎn)換，該逐次逼 近開關(guān)控制器耦合于該比較器的該第一輸出端，依據(jù)該比較結(jié)果，以在進(jìn)行該第一轉(zhuǎn)換時， 逐一切換該最大有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，用以調(diào)整每一該位的電位，據(jù) 以改變該第一電位值，且在進(jìn)行該第二轉(zhuǎn)換時，逐一切換該最小有效位電容組的每一該位 的該至少一開關(guān)，用以調(diào)整每一該位的電位，據(jù)以改變該第二電位值。
3.如權(quán)利要求2所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該最小有效位電容組更包括第 五輸入端，用以接收第三參考電壓，該第三參考電壓為該第一參考電壓除以2~m。
4.如權(quán)利要求2所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該最小有效位電容組更包括第 五與第六輸入端，用以接收第三與第四參考電壓，其中該第三與該第四參考電壓的差為該 第一參考電壓除以2~m。
5.如權(quán)利要求2所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該逐次逼近開關(guān)控制器包括最 大有效位控制器耦合于該比較器的該第一輸出端與該最大有效位電容組，用以依據(jù)該比較 結(jié)果控制該最大有效位電容組，以及最小有效位控制器，耦合于該比較器的該第一輸出端 與該最小有效位電容組，用以依據(jù)該比較結(jié)果控制該最小有效位電容組。
6.如權(quán)利要求1所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該第二參考電壓為該第一參考 電壓的1/2。
7. —種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包含比較器，具有反相輸入端、非反相輸入端與輸出端，用以輸出比較結(jié)果；最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，耦合于該反相輸入端或該非反向輸入端；以及最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，當(dāng)該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合于該反相輸入端 時，該最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合于該非反相輸入端，且當(dāng)該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器耦合于該非反相輸入端時，該最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合于該反向輸入端。
8.如權(quán)利要求7所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 為最大有效位電容組，該最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為電阻數(shù)組。
9.如權(quán)利要求7所述的逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 為電阻數(shù)組，該最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為最小有效位模擬數(shù)字電容組。
10.一種用于逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制方法，包含下列步驟a取樣模擬信號并將其輸入逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包 括具有最大有效位與n-m個位的最大有效位電容組、具有最小有效位與m個位的最小有效 位電容組和耦合于該最大與最小有效位電容組并用以輸出比較結(jié)果的比較器；b依據(jù)該比較結(jié)果首先從該最大有效位朝向該最小有效位調(diào)整該最大有效位電容組的 該n-m個位的每一該位的端點電位值，并使該最小有效位電容組的m個位的每一該位的端 點電位值維持不變；c當(dāng)該最大有效位電容組的每一端點電位值調(diào)整完畢后，開始調(diào)整該最小有效位電容 組的該m個位的每一該位的端點電位值，并使該最大有效位電容組的n-m個位的每一該位 的該端點電位值維持不變；以及d當(dāng)調(diào)整完成該最小有效位電容組的該m個位的每一位的該端點電位值后，據(jù)以輸出數(shù)字信號。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該步驟b更包括下列步驟bl將第一參考電壓輸入其每一該位所對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)的該最大有效 位電容組；b2當(dāng)調(diào)整該最大有效位電容組的該n-m個位的每一該位的端點電位值時，使該最小有 效位電容組的m個位的每一該位的端點電位值維持在該第一參考電壓值的1/2 ；以及b3逐一切換該最大有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，以調(diào)整該最大有效位電 容組的該n-m個位的每一該位的該端點電位值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該步驟c更包括下列步驟cl將第二與第三參考電壓輸入其每一該位所對應(yīng)于至少一電容與至少一開關(guān)的該最 小有效位電容組，其中該第二參考電壓值為該第一參考電壓值的1/2，且該第三參考電壓值 為該第一參考電壓值乘以l/2~m ；c2當(dāng)調(diào)整該最小有效位電容組的該m個位的每一該位的該端點電位值時，使該最大有 效位電容組的n-m個位的每一該位的該端點電位值維持不變；以及c3逐一切換該最小有效位電容組的每一該位的該至少一開關(guān)，以調(diào)整該最小有效位電 容組的該m個位的每一該位的該端點電位值。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種逐次逼近模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包含比較器，具有反相輸入端、非反相輸入端與輸出端，用以輸出比較結(jié)果，最大有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，耦合于該非反向輸入端，以及最小有效位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，耦合于該反向輸入端。
文檔編號H03M1/38GK102055475SQ20091020914
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者許博欽 申請人:盛群半導(dǎo)體股份有限公司