專利名稱：模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)的校準(zhǔn)比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)的校準(zhǔn)比較器，特別是有關(guān)于一種可大幅降低電能消耗與減少芯片使用面積的逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)的校準(zhǔn)比較器。
背景技術(shù)：
模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter)可將真實(shí)世界中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，再交由數(shù)字信號(hào)處理裝置處理。隨著科技日趨普及，許多產(chǎn)品都具備多媒體功能，例如，影像及聲音信號(hào)的壓縮或辨識(shí)，就必然包括將影像及聲音的模擬信號(hào)，經(jīng)由模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后輸出給數(shù)字信號(hào)處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算，再儲(chǔ)存于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置，或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳播。除此之外，各類型感測(cè)組件的使用，例如，數(shù)字體溫計(jì)就是利用溫度傳感器，產(chǎn)生模擬的溫度信號(hào)，經(jīng)由模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字型式，加以運(yùn)算、校正及顯示。除此之外，在醫(yī)學(xué)、通訊及控制等領(lǐng)域，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的使用也愈來愈頻繁，幾乎可以說是無所不在。其中，逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (Successive Approximation Analog to Digital Converter，簡(jiǎn)禾爾為 SAR ADC)是模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一種常見的特殊型式，常見于取樣頻率屬于中等數(shù)據(jù)量或較低速的應(yīng)用。請(qǐng)參考圖1，圖1為公知技術(shù)中一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10的示意圖。模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10包含一取樣保持電路100、一比較器102、一逼近演算控制單元104及一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器106。模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10的操作方式如下，首先，取樣保持電路100將一輸入信號(hào)VIN取樣及維持在一取樣電壓VSIN。比較器102比較輸入取樣電壓VSIN與一模擬電壓VCOM的大小，并將其比較結(jié)果輸出到逼近演算控制單元104。逼近演算控制單元 104根據(jù)比較器102所輸出的比較結(jié)果，產(chǎn)生一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DK，而數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器106則將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DK轉(zhuǎn)換為模擬電壓VC0M，并輸出到比較器102。在模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10中，逼近演算控制單元104根據(jù)比較器102的比較結(jié)果， 以一次產(chǎn)生一個(gè)有效位的方式，逐次產(chǎn)生具有多個(gè)有效位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DK，使數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器106產(chǎn)生的模擬電壓VCOM趨近于取樣電壓VSIN。依此循環(huán)，直到產(chǎn)生所有有效位為止。一般而言，有效位的數(shù)目與模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10的精密度有關(guān)，有效位的數(shù)目愈多，通常精度就愈高，而上述的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換及比較過程的循環(huán)次數(shù)也就愈多。然而，傳統(tǒng)的逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器必須具備一獨(dú)立的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換 (DAC)單元，因而衍生出一些技術(shù)上的困難點(diǎn)，將詳述于后。請(qǐng)參考圖2，圖2為一以七位 (7-bit)為例的電容充電-逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Charge-Redistribution SAR ADC) 20的示意圖。模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20包含一取樣保持電路200 (此圖中無標(biāo)示)、一比較器202、一逼近演算控制單元204、一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元206及一參考電壓輸出單元208。 模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的架構(gòu)與運(yùn)作方式是模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10 —種特殊且常見的型式， 特殊之處在于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20利用一種電荷重分配的技術(shù)，達(dá)到數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換的功能。另外，數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元206，由具有不同電容值的電容Cl C7及電路開關(guān)SO S7所形成。由于當(dāng)電容Cl C7的端點(diǎn)位于同一電壓時(shí)，電容值決定儲(chǔ)存電荷的數(shù)量，因此數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元206所包括的不同電容的電容值之間需具有精準(zhǔn)的比例關(guān)系，進(jìn)而可使電容Cl C7所儲(chǔ)存的電荷數(shù)量，以及數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元206所輸出的模擬電壓產(chǎn)生足夠的準(zhǔn)確性。因此，電容Cl C7的電荷數(shù)量相對(duì)于電壓的線性度必須非常良好，以獲得精確的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果，而金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal，MIM)電容便符合上述條件。在公知半導(dǎo)體技術(shù)中，以金屬-絕緣體-金屬所建構(gòu)的電容，其電荷數(shù)量相對(duì)于電壓的線性度遠(yuǎn)較金屬氧化半導(dǎo)體電容(MOS Capacitor)優(yōu)良。然而，金屬-絕緣體-金屬電容的單位面積電容值約1 2 (fF/μ m2)，遠(yuǎn)小于金屬氧化半導(dǎo)體電容的單位面積電容值(約7fF/ym2)。換句話說，相對(duì)于同樣的電容值，金屬-絕緣體-金屬電容需具備大數(shù)倍的芯片面積。但是，金屬氧化半導(dǎo)體電容的線性度不如金屬-絕緣體-金屬電容， 因此在模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的設(shè)計(jì)中不被采用。除此之外，無論是模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器10的架構(gòu)、或是模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的特殊架構(gòu)，其中的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元206皆需使用參考電壓輸出單元208提供參考電壓VREF。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，參考電壓輸出單元208所耗費(fèi)的電力，大約占整體模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器20 所耗費(fèi)電力的一半。然而，數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元206是模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20運(yùn)作時(shí)不可或缺的部份，因此所耗費(fèi)的大量電力不能豁免。同時(shí)，由于參考電壓輸出單元208的電能消耗較大，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器20也需耗費(fèi)較大電能以維持其正常運(yùn)作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提出一種逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)的校準(zhǔn)比較器。本發(fā)明揭露一種節(jié)省電源消耗的一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括一取樣保持單元，連接于一外部差動(dòng)輸入信號(hào)，根據(jù)一取樣頻率信號(hào)，取樣、保持及輸出一差動(dòng)取樣信號(hào)；一逼近控制單元，連接于該校準(zhǔn)比較器，根據(jù)該比較器的比較結(jié)果，輸出一內(nèi)存地址，并于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換完成時(shí)，輸出一轉(zhuǎn)換結(jié)果；一查找內(nèi)存，連接于該校準(zhǔn)比較器及該逼近控制單元，根據(jù)該內(nèi)存地址，輸出一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)至該校準(zhǔn)比較器的該多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入端口 ；以及一校準(zhǔn)比較器，連接于該取樣保持單元、該逼近控制單元及該查找內(nèi)存，比較該差動(dòng)取樣信號(hào)及一內(nèi)建等效漂移電壓，輸出一比較結(jié)果，包括一正輸入端，用來接收一差動(dòng)取樣信號(hào)的一正向信號(hào)；一負(fù)輸入端，用來接收該差動(dòng)取樣信號(hào)的一負(fù)向信號(hào)；一時(shí)序信號(hào)輸入端，用來接收一時(shí)序信號(hào)；一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口，用來接收一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；一栓鎖單元，包括一第一比較端、一第二比較端，一第一輸出端及一第二輸出端，用來比較該第一比較端與該第二比較端的一電路系數(shù)值的大小，以決定該第一輸出端及該第二輸出端的狀態(tài)值；一啟動(dòng)開關(guān)，包括一第一端，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于一地端，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；一第一可控可變電阻，連接于該正輸入端、該栓鎖單元的該第一比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該正向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第一比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一第二可控可變電阻，連接于該負(fù)輸入端、該栓鎖單元的該第二比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端， 用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該負(fù)向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第二比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一重置開關(guān)模塊，連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端及該栓鎖單元，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該栓鎖單元的狀態(tài)；一可控電容裝置，連接于該栓鎖單元的該第一比較端、該栓鎖単元的該第二比較端及該地端，用來根據(jù)一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，控制該第一比較端及 該第二比較端至該地端的電容值；以及一輸出端，連接于該栓鎖単元的該第一輸出端，用來 輸出一比較結(jié)果。本發(fā)明另揭露一種用于一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)比較器，包括一正 輸入端，用來接收一差動(dòng)取樣信號(hào)的一正向信號(hào)；一負(fù)輸入端，用來接收該差動(dòng)取樣信號(hào)的 一負(fù)向信號(hào)；一時(shí)序信號(hào)輸入端，用來接收一時(shí)序信號(hào)；一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端ロ，用來接收一數(shù)字 數(shù)據(jù)；一栓鎖單元，包括一第一比較端、一第二比較端，一第一輸出端及一第二輸出端，用來 比較該第一比較端與該第二比較端的一電路系數(shù)值的大小，以決定該第一輸出端及該第二 輸出端的狀態(tài)值；一啟動(dòng)開關(guān)，包括一第一端，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第 三端連接于一地端，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；一 第一可控可變電阻，連接于該正輸入端、該栓鎖単元的該第一比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第 一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該正向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第一比較端至該啟動(dòng) 開關(guān)的該第一端間的電阻值；一第二可控可變電阻，連接于該負(fù)輸入端、該栓鎖単元的該第 二比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該負(fù)向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖 単元的該第二比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一重置開關(guān)模塊，連接于該時(shí) 序信號(hào)輸入端及該栓鎖単元，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該栓鎖單元的狀態(tài)；一可控 電容裝置，連接于該栓鎖単元的該第一比較端、該栓鎖単元的該第二比較端及該地端，用來 根據(jù)一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，控制該第一比較端及該第二比較端至該地端的電容值；以及一輸出端，連 接于該栓鎖單元的該第一輸出端，用來輸出一比較結(jié)果。


圖1為公知技術(shù)中一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖2為公知技術(shù)中一電容充電-逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖3A為根據(jù)本發(fā)明的一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖;3B為根據(jù)本發(fā)明的一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器中校準(zhǔn)模塊的示意圖。圖3C為一根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)比較器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為一單一位的校準(zhǔn)比較器的實(shí)施例示意圖。圖5A為一兩位的校準(zhǔn)比較器的實(shí)施例示意圖。圖5B為一多位的校準(zhǔn)比較器的實(shí)施例示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下10、20模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器 102、202比較器100取樣保持電路104、204逼近演算控制單元106.206數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器208參考電壓輸出單元30校準(zhǔn)比較器300重置開關(guān)模塊302啟動(dòng)開關(guān)304栓鎖單元306第一可控可變電阻308第二可控可變電阻310可控電容裝置312數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口314時(shí)序信號(hào)輸入端
60模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器600取樣保持単元602逼近控制単元604查找內(nèi)存70校準(zhǔn)模塊700標(biāo)準(zhǔn)電壓源702電壓選擇開關(guān)704校準(zhǔn)控制器706計(jì)數(shù)器708 內(nèi)存IN_P正輸入端IN_N負(fù)輸入端VA電壓上標(biāo)值VB電壓下標(biāo)值CTl第一比較端CT2第二比較端OPl第一輸出端0P2第二輸出端VCC電源GND地端R_1 R_K 電阻Cl C7 電容SO S7電路開關(guān)INVl第一反相器INV2第二反相器VD_1 VD_N、SVD 標(biāo)準(zhǔn)電壓EOV等效漂移電壓CU_1 CU_N可控電容次單元MPl MP6、MP-NlPMOS 晶體管麗1 MN9、MN_N1匪OS晶體管SP_1 SP_N正邊開關(guān) SN_1 SN_N負(fù)邊開關(guān)INV_1 INV_N 反相器 CC_1 CC_N 電容VIN輸入信號(hào)VSIN取樣電壓VCOM模擬電壓CLK時(shí)序信號(hào)DK、D數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D_1 D_N位數(shù)據(jù)YD_1 YD_N D_1 D_N 的反相信號(hào)
具體實(shí)施例方式公知技術(shù)中的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器必須采用以金屬-絕緣體-金屬所建構(gòu)的電容， 導(dǎo)致芯片面積大増。究其原因，實(shí)為公知技術(shù)中的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器架構(gòu)上的限制所導(dǎo)致。 其中，最主要的原因在于公知技術(shù)必須采用電壓相對(duì)于電荷線性度良好的電容，否則模擬 至數(shù)字的轉(zhuǎn)換結(jié)果就會(huì)有相當(dāng)大的誤差。此外，參考電壓VREF的存在，亦使公知技術(shù)中的 模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器耗能較大。如本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容中所述，本發(fā)明的目的即在于提供一逐次逼近型模擬至數(shù)字 轉(zhuǎn)換器的全新架構(gòu)，使用一校準(zhǔn)模式及方法，使逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器可采用線性度較差的電容，而不影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的精確度。并且，本發(fā)明的全新架構(gòu)因不需使用如公知技術(shù)中的參考電壓VREF，因而可使耗電量大的問題一并得到解決。為方便清楚陳述本發(fā)明的操作方法及其實(shí)施方式，將本發(fā)明的實(shí)施方法、原理及形成要件，敘述于下請(qǐng)參考圖3A，圖3A為本發(fā)明的一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60的架構(gòu)示意圖。 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器60包括一取樣保持單元600、一逼近控制單元602、一查找內(nèi)存604及校準(zhǔn)比較器30。其中，取樣保持單元600根據(jù)一取樣頻率信號(hào)(此圖中無標(biāo)示)，接收一外部輸入差動(dòng)信號(hào)VIN，加以取樣，成為差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN，并傳送至校準(zhǔn)比較器30。逼近控制單元602連接于校準(zhǔn)比較器30及查找內(nèi)存604，用來控制模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60的運(yùn)作。逼近控制單元602根據(jù)比較器的比較結(jié)果C0MP，輸出一內(nèi)存地址ADDR到查找內(nèi)存604，并于模擬至數(shù)字的動(dòng)作全部完成時(shí)，輸出模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)果。此外，查找內(nèi)存604連接于校準(zhǔn)比較器30及逼近控制單元602，根據(jù)逼近控制單元602所給予的內(nèi)存地址ADDR，輸出一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D至校準(zhǔn)比較器30。為提供模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60適當(dāng)?shù)男?zhǔn)功能，必須附加一校準(zhǔn)模塊。請(qǐng)參考圖 3B，圖;3B為用于逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器60的一校準(zhǔn)模塊70的示意圖。校準(zhǔn)模塊70 操作于校準(zhǔn)模式。其中，校準(zhǔn)模塊70包括一標(biāo)準(zhǔn)電壓源700、一電壓選擇開關(guān)702、一校準(zhǔn)控制器704、一計(jì)數(shù)器706以及一內(nèi)存708。當(dāng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器60進(jìn)入校準(zhǔn)模式操作時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓源700用來在一電壓上標(biāo)值VA及一電壓下標(biāo)值VB之間，提供一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)電壓 VD_1 VD_N。較佳地，這些標(biāo)準(zhǔn)電壓平均分布于電壓上標(biāo)值VA及電壓下標(biāo)值VB之間，其實(shí)施方式為串聯(lián)電阻R_1 R_K，其中一端連接于電壓上標(biāo)值VA，另一端連接于電壓下標(biāo)值 VB,電阻與電阻之間即可連接出所需的標(biāo)準(zhǔn)電壓VD_1 VD_N。電壓選擇開關(guān)702連接于標(biāo)準(zhǔn)電壓源700，用來從上述標(biāo)準(zhǔn)電壓VD_1 VD_N中，選擇其中的一標(biāo)準(zhǔn)電壓SVD輸出至校準(zhǔn)比較器。計(jì)數(shù)器706連接于校準(zhǔn)比較器30，用來提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DD。此數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DD用來調(diào)整一等效漂移電壓EOV(關(guān)于等效漂移電壓E0V，請(qǐng)?jiān)旈喴韵抡f明)。較佳地，當(dāng)電壓選擇開關(guān)702連接于一新的標(biāo)準(zhǔn)電壓VD_1 VD_N時(shí)，計(jì)數(shù)器706從最小值開始往上計(jì)數(shù)、或從最大值開始往下計(jì)數(shù)，用來根據(jù)校準(zhǔn)比較器60的比較結(jié)果，決定計(jì)數(shù)器706是否應(yīng)繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)比較結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)電壓值及等效漂移電壓EOV相等時(shí)(實(shí)際上，僅能判斷出達(dá)到最接近相等或次接近相等的狀態(tài))，計(jì)數(shù)器706即停止計(jì)數(shù)，并連接至下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓。另外，在圖:3B中，內(nèi)存708連接于計(jì)數(shù)器706及電壓選擇開關(guān)702，用來當(dāng)校準(zhǔn)比較器30顯示等效漂移電壓EOV與標(biāo)準(zhǔn)電壓值相等時(shí)，于內(nèi)存708中記錄此時(shí)的計(jì)數(shù)器706 的計(jì)數(shù)值及標(biāo)準(zhǔn)電壓值(或是對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)電壓值的索引值或編號(hào))。較佳地，內(nèi)存708為與模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60共享的查找內(nèi)存704。例如，有N個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓VD_1 VD_N，當(dāng)校準(zhǔn)完成時(shí)，內(nèi)存708應(yīng)有N筆數(shù)據(jù)。此外，校準(zhǔn)控制器704連接于電壓選擇開關(guān)702、計(jì)數(shù)器706 及內(nèi)存708，用來根據(jù)校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果，控制電壓選擇開關(guān)702、計(jì)數(shù)器706及內(nèi)存708的動(dòng)作。當(dāng)電壓選擇開關(guān)702連接到一新的標(biāo)準(zhǔn)電壓VD_1 VD_N時(shí)，校準(zhǔn)控制器 704命令計(jì)數(shù)器706重新開始計(jì)數(shù)。當(dāng)校準(zhǔn)比較器30顯示等效漂移電壓EOV與標(biāo)準(zhǔn)電壓值達(dá)到最接近或次接近的狀態(tài)時(shí)，校準(zhǔn)控制器704命令內(nèi)存708記錄此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電壓值(或?qū)?yīng)于標(biāo)準(zhǔn)電壓值的一索引值或編號(hào))及計(jì)數(shù)器706的計(jì)數(shù)值，直到所有標(biāo)準(zhǔn)電壓VD_1 VD_N都校準(zhǔn)結(jié)束。當(dāng)逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中校準(zhǔn)模塊70完成校準(zhǔn)動(dòng)作之后，本發(fā)明將自動(dòng)轉(zhuǎn)換至圖3A中的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60的正常操作模式。其中，有關(guān)校準(zhǔn)模式與正常操作模式之間數(shù)據(jù)路徑(Data Path)的轉(zhuǎn)換所需之調(diào)變控制(Switching Control)電路當(dāng)屬本領(lǐng)域具一般知識(shí)者所熟知，并根據(jù)上列描述予以實(shí)現(xiàn)，故不贅述或明示于圖中。關(guān)于校準(zhǔn)比較器30的細(xì)部結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參考圖3C，圖3C所示為本發(fā)明實(shí)施例之一校準(zhǔn)比較器30之示意圖。校準(zhǔn)比較器30包含一正輸入端IN_P、一負(fù)輸入端IN_N、一時(shí)序信號(hào)輸入端314、一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312、一重置開關(guān)模塊300、一啟動(dòng)開關(guān)302、一栓鎖單元304、一第一可控可變電阻306、一第二可控可變電阻308及一可控電容裝置310。正輸入端IN_P及負(fù)輸入端IN_N分別用來接收差動(dòng)取樣信號(hào)之正、負(fù)向信號(hào)。較佳地，外部輸入差動(dòng)信號(hào)VIN 經(jīng)取樣后，成為差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN，差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN的正相信號(hào)連接于校準(zhǔn)比較器30的正輸入端IN_P，差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN的負(fù)相信號(hào)則連接于校準(zhǔn)比較器30的負(fù)輸入端IN_N ； 此外，用于校準(zhǔn)模式的電壓選擇開關(guān)702亦可將標(biāo)準(zhǔn)電壓SVD輸出至校準(zhǔn)比較器的正輸入端IN_P，并將校準(zhǔn)比較器的負(fù)輸入端IN_N接地，以作為校準(zhǔn)時(shí)校準(zhǔn)比較器所使用之電壓標(biāo)準(zhǔn)。其次，時(shí)序信號(hào)輸入端314用來接收一時(shí)序信號(hào)CLK，作為控制校準(zhǔn)比較器30的時(shí)序基準(zhǔn)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312用來接收一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，其包含D_1 D_N等N個(gè)位。栓鎖單元304 包括一第一比較端CT1、一第二比較端CT2，一第一輸出端OPl及一第二輸出端0P2，用來比較第一比較端CTl及第二比較端CT2電路數(shù)值的差異，以決定第一輸出端OPl及第二輸出端0P2之狀態(tài)值。啟動(dòng)開關(guān)302用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)CLK的電壓，控制第一可控可變電阻306 及第二可控可變電阻308至地端之間的信號(hào)連結(jié)，以啟動(dòng)比較動(dòng)作。第一可控可變電阻306 及第二可控可變電阻308分別連接于差動(dòng)取樣信號(hào)的正輸入端IN_P及負(fù)輸入端IN_N，用來根據(jù)差動(dòng)取樣信號(hào)的正向信號(hào)及負(fù)向信號(hào)，分別調(diào)整第一比較端CTl及第二比較端CT2至啟動(dòng)開關(guān)302之間的電阻值。重置開關(guān)模塊300用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)CLK的大小，控制栓鎖單元304的狀態(tài)。較佳地，當(dāng)時(shí)序信號(hào)CLK到達(dá)一預(yù)設(shè)的電壓時(shí)(在此為一低電壓)，重置開關(guān)模塊300將第一比較端CT1、第二比較端CT2、第一輸出端OPl及第二輸出端0P2等端點(diǎn)的電壓，重置于接近電源VCC的電壓值?？煽仉娙菅b置310連接于第一比較端CT1、第二比較端CT2及地端GND，用來根據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，控制第一比較端CTl及第二比較端CT2至地端的電容值。此外，值得注意的是，設(shè)計(jì)者可選擇由第一輸出端OPl或第二輸出端0P2來輸出一比較結(jié)果。請(qǐng)參考圖3C，圖3C利用第一輸出端OPl來輸出比較結(jié)果C0MP。并且，較佳地，第一可控可變電阻306及第二可控可變電阻308是N型金氧半晶體管(NMOS)。簡(jiǎn)單來說，重置開關(guān)模塊300于時(shí)序信號(hào)CLK低電位時(shí)導(dǎo)通，使第一比較端CTl、 第二比較端CT2、第一輸出端OPl及第二輸出端0P2皆拉高到高電位，以進(jìn)行重置栓鎖單元 304的動(dòng)作。啟動(dòng)開關(guān)302亦受時(shí)序信號(hào)CLK控制，與重置開關(guān)模塊300不同的是，啟動(dòng)開關(guān)302于時(shí)序信號(hào)CLK高電位時(shí)導(dǎo)通，用以啟動(dòng)校準(zhǔn)比較器30的比較動(dòng)作。另外，栓鎖單元304比較第一比較端CTl及第二比較端CT2電路系數(shù)值的差異，較佳地可為電阻值的差異、電容值的差異或是電阻值及電容值之乘積的差距。當(dāng)校準(zhǔn)比較器30啟動(dòng)時(shí)，第一輸入端CTl與第二輸入端CT2重置于相同的電壓(約等于電源VCC)，但是，因?yàn)榈谝惠斎攵薈Tl 及第二輸入端CT2的電路系數(shù)的差異，促使第一輸入端CTl與第二輸入端CT2的電壓以不同的速度向低電壓趨近。其中，電阻值與電容值之乘積比較大的一端，其向低電壓趨近的速度較慢。反之，電阻值與電容值之乘積比較小的一端，則趨近速度較快。由于第一比較端 CTl及第二比較端CT2等兩端的趨近速度不同，能使栓鎖單元304往不同的穩(wěn)定狀態(tài)趨近。例如，第一比較端CTl向低電壓趨近的速度較快，則于栓鎖單元304狀態(tài)達(dá)成穩(wěn)定時(shí)，第一輸出端OPl為高電壓，以及第二比較端CT2為低電壓。反之，若第二比較端CT2向低電壓趨近的速度較快，則于栓鎖單元304狀態(tài)達(dá)成穩(wěn)定時(shí)，第一輸出端OPl為低電壓，以及第二比較端CT2是為高電壓。較佳地，由于校準(zhǔn)比較器30的輸出端連接于第一輸出端0P1。最后， 校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果就是第一輸出端OPl的穩(wěn)定狀態(tài)電壓值。因此，通過差動(dòng)取樣信號(hào)控制第一可控可變電阻306及第二可控可變電阻308，本發(fā)明可分別控制第一輸入端CTl與第二輸入端CT2的電阻值。同時(shí)，通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312 所接收之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，控制可控電容裝置310，進(jìn)而分別控制第一輸入端CTl及第二輸入端 CT2的電容值。最后，通過比較第一輸入端CTl與第二輸入端CT2的電阻值與電容值之乘積大小，決定校準(zhǔn)比較器30的輸出電壓。除此之外，當(dāng)?shù)谝惠斎攵薈Tl及第二輸入端CT2的電阻值分別固定于一定值時(shí)，亦可通過僅調(diào)整其個(gè)別的電容值以決定校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果；或者，將第一輸入端CTl與第二輸入端CT2的電容值分別固定于一定值時(shí)，也可通過單獨(dú)調(diào)整其個(gè)別的電阻值以決定校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果。比如說，本發(fā)明可通過固定差動(dòng)取樣信號(hào)，使第一輸入端CTl與第二輸入端CT2的電阻值分別固定于一定值。同時(shí)，通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312所接收之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，控制可控電容裝置310，逐步改變第一比較端CTl相對(duì)于第二比較端CT2的電容值，并依次讀取校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果。則當(dāng)校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果顯示第一輸入端CTl與第二輸入端 CT2的電路系數(shù)為最接近或次接近的狀態(tài)時(shí)，記錄差動(dòng)取樣信號(hào)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。較佳地，此對(duì)應(yīng)關(guān)系中的任何一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，可用來對(duì)應(yīng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓。如此一來，本發(fā)明即可利用此現(xiàn)象，通過對(duì)校準(zhǔn)比較器30進(jìn)行校準(zhǔn)動(dòng)作。有關(guān)校準(zhǔn)比較器30的校準(zhǔn)方式與裝置，將于后文詳述。值得注意的是，通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312所接收之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，控制可控電容裝置 310，可視為于第一比較端CTl與第二比較端CT2之間，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓值。本發(fā)明稱此因不平衡所對(duì)應(yīng)的電壓差為「等效漂移電壓」(EquivalentOffset Voltage)E0V。等效漂移電壓EOV原先是發(fā)生于一般操作放大器的兩個(gè)輸入端的一種電壓不平衡的現(xiàn)象，這種不平衡現(xiàn)象一般導(dǎo)因于電路設(shè)計(jì)或芯片制造所產(chǎn)生的誤差所致。本發(fā)明利用人為刻意地造成兩個(gè)輸入端電路系數(shù)的不平衡現(xiàn)象，于校準(zhǔn)比較器30的輸入端產(chǎn)生一電壓差異，并加以利用來比較信號(hào)大小。因此，校準(zhǔn)比較器30亦可視為用以比較差動(dòng)取樣信號(hào)與等效漂移電壓 EOV的裝置。較佳地，當(dāng)差動(dòng)取樣信號(hào)大于等效漂移電壓EOV時(shí)，校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果為一高電壓(邏輯值為1)；反之，當(dāng)差動(dòng)取樣信號(hào)小于等效漂移電壓EOV時(shí)，校準(zhǔn)比較器 30的比較結(jié)果為一低電壓(邏輯值為0)。簡(jiǎn)而言之，校準(zhǔn)比較器30通過正輸入端IN_P及負(fù)輸入端IN_N的電壓及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312所接收之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，決定栓鎖單元304的穩(wěn)定狀態(tài)，并作為校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果。校準(zhǔn)比較器30既可以用來將一筆數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D轉(zhuǎn)換成一等效漂移電壓E0V，用來與一外部電壓做電壓大小的比較。另外，也可以通過改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，針對(duì)一標(biāo)準(zhǔn)電壓，進(jìn)行校準(zhǔn)的工作，得到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D所對(duì)應(yīng)的等效漂移電壓E0V。需注意的是，圖3C所示之校準(zhǔn)比較器30為本發(fā)明之實(shí)施例示意圖，本領(lǐng)域具通常知識(shí)者當(dāng)可根據(jù)不同需求，做適當(dāng)之修飾，而不限于此。舉例來說，請(qǐng)參考圖4，圖4為校準(zhǔn)比較器30之電路示意圖。在圖4中，第一可控可變電阻306及第二可控可變電阻308分別由晶體管麗3及晶體管MN4所形成。晶體管麗3及晶體管MN4的閘極分別連接于正輸入端 IN_P及負(fù)輸入端IN_N，用來接收差動(dòng)取樣信號(hào)。啟動(dòng)開關(guān)302由晶體管MN5所形成，其在時(shí)序信號(hào)CLK為高電壓時(shí)導(dǎo)通，以啟動(dòng)校準(zhǔn)比較器30的比較動(dòng)作。重置開關(guān)模塊300由晶體管MP3、MP4、MP5及MP6所形成，分別用以實(shí)現(xiàn)一重置開關(guān)，以在時(shí)序信號(hào)CLK為低電壓時(shí)導(dǎo)通，從而將第一比較端CT1、第二比較端CT2、第一輸出端OPl及第二輸出端0P2重置于高電壓。栓鎖單元304由晶體管麗1、MPl、麗2及MP2所形成。其中，晶體管麗1及MPl形成一第一反相器INV1，而晶體管麗2及MP2形成一第二反相器INV2。第一反相器INVl的輸出端與第二反相器INV2的輸入端相連結(jié)，且第二反相器INV2的輸出端與第一反相器INVl 的輸入端相連結(jié)，形成一可以暫存一位數(shù)據(jù)的栓鎖裝置304。由于第一輸入端CTl連接于栓鎖單元304中晶體管麗1的源極，若晶體管麗1的源極電壓較高，則由晶體管MPl及晶體管 MNl所形成的第一反相器INVl的驅(qū)動(dòng)能力變小。如果同一時(shí)間，連接于第二輸入端CT2的晶體管麗2的源極電壓較低，則由晶體管MP2及晶體管麗2所形成的第二反相器INV2的驅(qū)動(dòng)能力變大。如此一來，擁有較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的反相器將決定栓鎖單元304的穩(wěn)定狀態(tài)。以上述情形為例，晶體管MP2及晶體管麗2所形成的第二反相器INV2的驅(qū)動(dòng)能力較大，將使第一輸出端OPl的輸出為低電壓。反之，若晶體管MNl的源極電壓較低，由晶體管MPl及晶體管Mm所形成之第一反相器INVl的驅(qū)動(dòng)能力較大，則將使第一輸出端OPl的輸出為高電壓。值得注意的是，根據(jù)電路原理，場(chǎng)效晶體管汲極與源極之間的導(dǎo)電度 (conductivity)會(huì)隨汲極至源極之間的通道電場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加，故經(jīng)由控制晶體管的閘極至源極的電壓差，可以改變晶體管之汲極與源極之間的導(dǎo)電度。因此，于晶體管MN3及 MN4之長(zhǎng)寬皆相同的情況下，晶體管汲極與源極之間的導(dǎo)電度將正比于晶體管的通道電阻， 因而可以通過晶體管的閘極至源極電壓差，調(diào)整晶體管的通道電阻?？煽乜勺冸娮?06及 308因此可以分別用晶體管麗3及MN4實(shí)現(xiàn)。此外，為方便清楚解釋可控電容裝置310，請(qǐng)繼續(xù)參考圖4。圖4中的可控電容裝置310由單一位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D_1所控制，其中包含正邊開關(guān)SP_1、負(fù)邊開關(guān)SN_1、反相器 INV_1及電容CC_1。正邊開關(guān)SP_1及負(fù)邊開關(guān)SN_1分別由晶體管MN6及麗7所形成，用來控制第一比較端CTl及第二比較端CT2對(duì)電容CC_1的連結(jié)。反相器INV_1由晶體管MP_ m及麗IJl所形成，用以產(chǎn)生位數(shù)據(jù)D_1的反相信號(hào)YD_1。電容CC_1由一金屬氧化半導(dǎo)體式電容所形成，作為提供第一比較端CTl或第二比較端CT2所能觀測(cè)的電容值。在圖4中，可控電容裝置310僅包含一電容，實(shí)際上，可控電容裝置310亦可根據(jù)不同需求，而有超過一個(gè)以上的電容。請(qǐng)參考圖5A，圖5A顯示校準(zhǔn)比較器30之另一實(shí)施例示意圖。為清楚顯示多于一個(gè)可控電容次單元的可控電容裝置310的電路連接受方法，在圖5A中，可控電容裝置310包括可控電容次單元CU_1及CU_2，并由二位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D (包含位D_1及DJ)控制這兩個(gè)可控電容次單元(CU_1及CUJ)?？煽仉娙荽螁卧狢U_1包括晶體管MN6所形成的正邊開關(guān)、晶體管MN7所形成的負(fù)邊開關(guān)、一反相器(未示于圖中)及一由金屬氧化半導(dǎo)體式電容所形成的電容組件CC_1。晶體管MN6的閘極連接于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) D之位D_l，而晶體管麗7的閘極連接于位D_1的反相信號(hào)YD_1。可控電容次單元CU_2包括一晶體管MN8所形成的正邊開關(guān)、一晶體管MN9所形成的負(fù)邊開關(guān)、一反相器(未示于圖中)及一由金屬氧化半導(dǎo)體式電容所形成的電容組件CC_2。晶體管MN8的閘極連接于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D之位D_2，而晶體管MN9的閘極連接于位0_2的反相信號(hào)YD_2。其中，電容組件CC_2 的電容值為電容組件CC_1的一倍；因此，可通過控制位D_1及位D_2，于第一比較端CTl及第二比較端CT2之間產(chǎn)生四階(即二的二次方階)大小不同的電容值。除此之外，其它運(yùn)作方法皆完全相同于前述，故不予贅述。請(qǐng)參考圖5B，圖5B為校準(zhǔn)比較器30之另一實(shí)施例示意圖。在圖5B中，可控電容裝置310包括可控電容次單元CU_1 CU_N。其中，可控電容次單元CU_1 每一可控電容次單元皆包括一正邊開關(guān)、一負(fù)邊開關(guān)、一反相器及一電容。因此，N個(gè)可控電容次單元CU_1 CU_N共包括N個(gè)正邊開關(guān)SP_1 SP_N、N個(gè)負(fù)邊開關(guān)SN_1 SN_N、N個(gè)反相器INV_1 N個(gè)電容CC_1 CC_N。其中，電容CC_1 CC_N的電容值呈二進(jìn)制比例關(guān)系。此外，在圖5B中，一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 312用來接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D (含D_1 D_N等位)。 較佳地，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D的位數(shù)對(duì)應(yīng)于可控電容裝置310的數(shù)目，其代表一個(gè)二進(jìn)制之?dāng)?shù)字，用以表示特定物理量或數(shù)字的大小，例如電壓的位準(zhǔn)等等。由于可控電容次單元CU_1 CU_ N中的電容值為一呈二進(jìn)制比例關(guān)系的序列，使每一可控電容次單元CU_1 CU_N與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D中的每一個(gè)位D_1 D_N—對(duì)一對(duì)應(yīng)，并且一對(duì)一連接，例如，D_1連接于CU_1、D_2 連接于CU_2、…、以及D_N連接于CU_N等等。如此一來，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D所代表的大小即可一對(duì)一的對(duì)應(yīng)于所有可控電容次單元中電容值的不同組合。因此，可通過控制位D_1 D_N， 于第一比較端CTl及第二比較端CT2產(chǎn)生二的N次方階大小不同的電容值。因此，可進(jìn)一步通過輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，控制第一比較端CTl及第二比較端CT2所能觀測(cè)到的電容多寡，以產(chǎn)生二的N次方階大小不同的等效漂移電壓E0V，作為與差動(dòng)取樣信號(hào)比較之用。此外，在圖5B中，除了明顯標(biāo)示可控電容次單元CU_1 CU_N之外，其余的電路與運(yùn)作方法皆完全相同于前述，故不予贅述。因此，當(dāng)需要增加數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度時(shí)，校準(zhǔn)比較器30祇需增加數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D的位數(shù)及可控電容次單元CU_1 CU_N的數(shù)目，即可增加數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換的精準(zhǔn)度。 其中，由于可控電容次單元中的電容CC_1 CC_N皆可由金屬氧化半導(dǎo)體式電容(M0S Capacitor)形成，以節(jié)省芯片面積。依實(shí)驗(yàn)量測(cè)結(jié)果，金屬氧化半導(dǎo)體式電容的單位面積電容值約為7fF/ym2。因此，金屬氧化半導(dǎo)體式電容所占的芯片面積可遠(yuǎn)較一般所使用的金屬-絕緣體-金屬式電容(單位面積電容值約為1 2fF/ μ m2)減少許多。以上為本發(fā)明中所使用之校準(zhǔn)比較器的實(shí)施方法、原理及構(gòu)成要件。根據(jù)上述之校準(zhǔn)比較器，本發(fā)明得以建立一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的全新架構(gòu)。校準(zhǔn)比較器30可根據(jù)多階段的比較與判斷方式，對(duì)每一筆取樣后的差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN執(zhí)行復(fù)數(shù)次的比較動(dòng)作，每一次的比較動(dòng)作均能產(chǎn)生一新的有效位，使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D所對(duì)應(yīng)的等效漂移電壓EOV逐步趨近差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN。內(nèi)存地址ADDR所對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D對(duì)應(yīng)于校準(zhǔn)比較器30的等效漂移電壓E0V。簡(jiǎn)言之，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60的逼近控制單元602根據(jù)校準(zhǔn)比較器30的比較結(jié)果COMP判斷下一階段的等效漂移電壓EOV所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址ADDR，并輸出給查找內(nèi)存604。校準(zhǔn)比較器30根據(jù)查找內(nèi)存604所輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D，以控制可控電容次單元 CU_1 CU_N(有關(guān)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D及可控電容次單元CU_1 CU_N，請(qǐng)參考圖5B)，產(chǎn)生下一階段的等效漂移電壓E0V，以趨近差動(dòng)取樣信號(hào)VSIN。逼近控制單元602每做一次判斷的動(dòng)作，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60便產(chǎn)生一個(gè)新的有效位，依此循環(huán)，直到產(chǎn)生所有有效位為止。值得注意的是，為符合精確度的要求，查找內(nèi)存604所輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D的位數(shù)應(yīng)至少大于校
15準(zhǔn)比較器所輸出內(nèi)存地址ADDR的位數(shù)。由此可知，由于本發(fā)明所揭露的的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60所使用之校準(zhǔn)比較器30 整合數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換功能，因而可以免除公知技術(shù)中數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元106，進(jìn)而節(jié)省電力的消耗。此外，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器60可于開機(jī)時(shí)，以及需要重新校準(zhǔn)的情況發(fā)生時(shí)，進(jìn)行校準(zhǔn)比較器30的校準(zhǔn)動(dòng)作，以建立或更新查找內(nèi)存604中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D與等效漂移電壓EOV 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。綜上所述，本發(fā)明與公知技術(shù)之一主要技術(shù)差異，在于本發(fā)明使用一整合數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換功能的比較器，使公知技術(shù)中數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元得以去除。同時(shí)，免除了公知技術(shù)中數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元所需使用的參考電壓電路，因而節(jié)省許多電力。經(jīng)由特有的校準(zhǔn)程序，本發(fā)明之模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器可儲(chǔ)存比較器之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與等效漂移電壓之函數(shù)關(guān)系，使本發(fā)明無需使用線性度良好的電容裝置，即可進(jìn)行精準(zhǔn)的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換。經(jīng)由使用高單位面積電容值的金屬氧化半導(dǎo)體式電容，電容所占用的芯片面積因而大幅減少?？偠灾ㄟ^設(shè)計(jì)一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的獨(dú)特架構(gòu)與整合數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換功能的比較器，以取代公知的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換單元，本發(fā)明可有效達(dá)成大幅節(jié)約電能與減少芯片面積的功效。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)省電源消耗的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括一取樣保持單元，連接于一外部差動(dòng)輸入信號(hào)，根據(jù)一取樣頻率信號(hào)，取樣、保持及輸出一差動(dòng)取樣信號(hào)；一逼近控制單元，連接于該校準(zhǔn)比較器，根據(jù)該比較器的比較結(jié)果，輸出一內(nèi)存地址， 并于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換完成時(shí)，輸出一轉(zhuǎn)換結(jié)果；一查找內(nèi)存，連接于該校準(zhǔn)比較器及該逼近控制單元，根據(jù)該內(nèi)存地址，輸出一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)至該校準(zhǔn)比較器的該多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入端口 ；以及一校準(zhǔn)比較器，連接于該取樣保持單元、該逼近控制單元及該查找內(nèi)存，比較該差動(dòng)取樣信號(hào)及一內(nèi)建等效漂移電壓，輸出一比較結(jié)果，包括 一正輸入端，用來接收一差動(dòng)取樣信號(hào)的一正向信號(hào)； 一負(fù)輸入端，用來接收該差動(dòng)取樣信號(hào)的一負(fù)向信號(hào)； 一時(shí)序信號(hào)輸入端，用來接收一時(shí)序信號(hào)； 一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口，用來接收一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；一栓鎖單元，包括一第一比較端、一第二比較端，一第一輸出端及一第二輸出端，用來比較該第一比較端與該第二比較端的一電路系數(shù)值的大小，以決定該第一輸出端及該第二輸出端的狀態(tài)值；一啟動(dòng)開關(guān)，包括一第一端，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于一地端，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；一第一可控可變電阻，連接于該正輸入端、該栓鎖單元的該第一比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該正向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第一比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一第二可控可變電阻，連接于該負(fù)輸入端、該栓鎖單元的該第二比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該負(fù)向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第二比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一重置開關(guān)模塊，連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端及該栓鎖單元，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該栓鎖單元的狀態(tài)；一可控電容裝置，連接于該栓鎖單元的該第一比較端、該栓鎖單元的該第二比較端及該地端，用來根據(jù)一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，控制該第一比較端及該第二比較端至該地端的電容值；以及一輸出端，連接于該栓鎖單元的該第一輸出端，用來輸出一比較結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于另包含一校準(zhǔn)模塊，用來校準(zhǔn)該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該校準(zhǔn)模塊包括 一標(biāo)準(zhǔn)電壓源，用來于一電壓上標(biāo)值及一電壓下標(biāo)值之間，提供多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓值；一電壓選擇開關(guān)，連接于該標(biāo)準(zhǔn)電壓源及該正輸入端，用來由該多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓值中選擇一標(biāo)準(zhǔn)電壓值輸出至該正輸入端；一計(jì)數(shù)器，連接于該校準(zhǔn)控制器、該內(nèi)存及該校準(zhǔn)比較器，用來產(chǎn)生一計(jì)數(shù)結(jié)果； 一內(nèi)存，連接于該計(jì)數(shù)器，用來于該校準(zhǔn)比較器顯示該比較結(jié)果相等時(shí)，于一對(duì)應(yīng)于該標(biāo)準(zhǔn)電壓值的一內(nèi)存地址記錄該計(jì)數(shù)器的該計(jì)數(shù)結(jié)果；以及一校準(zhǔn)控制器，連接于該校準(zhǔn)比較器，用來于該校準(zhǔn)比較器顯示該比較結(jié)果相等時(shí)，控制該內(nèi)存記錄該計(jì)數(shù)器的該計(jì)數(shù)結(jié)果。
4.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一可控可變電阻、該第二可控可變電阻以及該啟動(dòng)開關(guān)皆為N型金氧半晶體管，該第一可控可變電阻及該第二可控可變電阻的該N型金氧半晶體管的一汲極連接于該栓鎖單元的該第一比較端，一間極連接于該正輸入端，以及一源極連接于該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端。
5.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該重置開關(guān)模塊包括一第一重置開關(guān)，包括一第一端連接于一電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第一比較端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)；一第二重置開關(guān)，包括一第一端連接于該電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第一輸出端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)；一第三重置開關(guān)，包括一第一端連接于該電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第二輸出端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)；以及一第四重置開關(guān)，包括一第一端連接于該電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第二比較端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)。
6.如權(quán)利要求5所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一重置開關(guān)、該第二重置開關(guān)、該第三重置開關(guān)及該第四重置開關(guān)皆為P型金氧半晶體管，且每一重置開關(guān)的該第一端是一源極，該第二端是一間極，以及該第三端是一汲極。
7.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該栓鎖單元包括一第一反相器，連接于一電源、該第一比較端、該第一輸出端及該第二輸出端，用來根據(jù)該電源及該第一比較端的信號(hào)，輸出該第一輸出端的信號(hào)的反相結(jié)果至該第二輸出端； 以及一第二反相器，連接于該電源、該第二比較端、該第一輸出端及該第二輸出端，用來根據(jù)該電源及第二比較端的信號(hào)，輸出該第二輸出端的信號(hào)的反相結(jié)果至該第一輸出端。
8.如權(quán)利要求7所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一反相器及該第二反相器皆各包括一 P型金氧半晶體管，其一間極連接于該第一輸出端，一源極連接于該電源，及一汲極連接于該第二輸出端；以及一 N型金氧半晶體管，其一間極連接于該第一輸出端，一源極連接于該第一比較端，及一汲極連接于該第二輸出端。
9.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該可控電容裝置包括一電容，包括一第一端，及一第二端連接于該地端；一正邊開關(guān)，包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第一比較端，一第二端連接于該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，及一第三端連接于該電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；一反相器，用來產(chǎn)生該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相結(jié)果；以及一負(fù)邊開關(guān)，包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第二比較端，一第二端連接于該反相器，及一第三端連接于該電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)。
10.如權(quán)利要求9所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該正邊開關(guān)及該負(fù)邊開關(guān)皆為N型金氧半晶體管，該正邊開關(guān)或該負(fù)邊開關(guān)的該第一端是一汲極，該第二端是一閘極， 以及該第三端是一源極。
11.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電路系數(shù)值是一電阻值，或是一電容值，或是一電容值及一電阻值的乘積。
12.如權(quán)利要求1所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該可控電容裝置包括 多個(gè)電容，每一電容包括一第一端，及一第二端連接于該地端；多個(gè)正邊開關(guān)，每一正邊開關(guān)包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第一比較端，一第二端連接于該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，及一第三端連接于該多個(gè)電容的一電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；多個(gè)反相器，每一反相器用來產(chǎn)生該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相結(jié)果；以及多個(gè)負(fù)邊開關(guān)，每一負(fù)邊開關(guān)包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第二比較端，一第二端連接于該反相器，及一第三端連接于該多個(gè)電容的一電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)。
13.如權(quán)利要求12所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該多個(gè)電容的電容值呈二進(jìn)制比例關(guān)系。
14.如權(quán)利要求12所述的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該多個(gè)正邊開關(guān)及該多個(gè)負(fù)邊開關(guān)皆為N型金氧半晶體管，每一正邊開關(guān)或負(fù)邊開關(guān)的該第一端是一汲極，該第二端是一間極，以及該第三端是一源極。
15.一種用于一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)比較器，其特征在于包括 一正輸入端，用來接收一差動(dòng)取樣信號(hào)的一正向信號(hào)；一負(fù)輸入端，用來接收該差動(dòng)取樣信號(hào)的一負(fù)向信號(hào)； 一時(shí)序信號(hào)輸入端，用來接收一時(shí)序信號(hào)； 一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口，用來接收一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；一栓鎖單元，包括一第一比較端、一第二比較端，一第一輸出端及一第二輸出端，用來比較該第一比較端與該第二比較端的一電路系數(shù)值的大小，以決定該第一輸出端及該第二輸出端的狀態(tài)值；一啟動(dòng)開關(guān)，包括一第一端，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于一地端，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；一第一可控可變電阻，連接于該正輸入端、該栓鎖單元的該第一比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該正向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第一比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一第二可控可變電阻，連接于該負(fù)輸入端、該栓鎖單元的該第二比較端及該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端，用來根據(jù)該差動(dòng)取樣信號(hào)的該負(fù)向信號(hào)，調(diào)整該栓鎖單元的該第二比較端至該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端間的電阻值；一重置開關(guān)模塊，連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端及該栓鎖單元，用來根據(jù)該時(shí)序信號(hào)的大小，控制該栓鎖單元的狀態(tài)；一可控電容裝置，連接于該栓鎖單元的該第一比較端、該栓鎖單元的該第二比較端及該地端，用來根據(jù)一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，控制該第一比較端及該第二比較端至該地端的電容值；以及一輸出端，連接于該栓鎖單元的該第一輸出端，用來輸出一比較結(jié)果。
16.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該第一可控可變電阻及該第二可控可變電阻是N型金氧半晶體管，該N型金氧半晶體管的一汲極連接于該栓鎖單元的該第一比較端，一閘極連接于該正輸入端，以及一源極連接于該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端。
17.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該啟動(dòng)開關(guān)是一N型金氧半晶體管， 該啟動(dòng)開關(guān)的該第一端是一汲極，該第二端是一間極，以及該第三端是一源極。
18.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該重置開關(guān)模塊包括一第一重置開關(guān)，包括一第一端連接于一電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第一比較端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)；一第二重置開關(guān)，包括一第一端連接于該電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第一輸出端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)；一第三重置開關(guān)，包括一第一端連接于該電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第二輸出端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)；以及一第四重置開關(guān)，包括一第一端連接于該電源，一第二端連接于該時(shí)序信號(hào)輸入端，及一第三端連接于該栓鎖單元的該第二比較端，用來根據(jù)時(shí)序信號(hào)，導(dǎo)通該第一端至該第三端的連結(jié)。
19.如權(quán)利要求18所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該第一重置開關(guān)、該第二重置開關(guān)、 該第三重置開關(guān)及該第四重置開關(guān)皆為P型金氧半晶體管，且每一重置開關(guān)的該第一端是一源極，該第二端是一間極，以及該第三端是一汲極。
20.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該栓鎖單元包括一第一反相器，連接于一電源、該第一比較端、該第一輸出端及該第二輸出端，用來根據(jù)該電源及該第一比較端的信號(hào)，輸出該第一輸出端的信號(hào)的反相結(jié)果至該第二輸出端； 以及一第二反相器，連接于該電源、該第二比較端、該第一輸出端及該第二輸出端，用來根據(jù)該電源及第二比較端的信號(hào)，輸出該第二輸出端的信號(hào)的反相結(jié)果至該第一輸出端。
21.如權(quán)利要求20所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該第一反相器及該第二反相器皆各包括一 P型金氧半晶體管，其一間極連接于該第一輸出端，一源極連接于該電源，及一汲極連接于該第二輸出端；以及一 N型金氧半晶體管，其一間極連接于該第一輸出端，一源極連接于該第一比較端，及一汲極連接于該第二輸出端。
22.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該可控電容裝置包括一電容，包括一第一端，及一第二端連接于該地端；一正邊開關(guān)，包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第一比較端，一第二端連接于該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，及一第三端連接于該電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；一反相器，用來產(chǎn)生該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相結(jié)果；以及一負(fù)邊開關(guān)，包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第二比較端，一第二端連接于該反相器，及一第三端連接于該電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)。
23.如權(quán)利要求22所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該正邊開關(guān)及該負(fù)邊開關(guān)皆為N型金氧半晶體管，該正邊開關(guān)或該負(fù)邊開關(guān)的該第一端是一汲極，該第二端是一間極，以及該第三端是一源極。
24.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該電路系數(shù)值是一電阻值，或是一電容值，或是一電容值及一電阻值的乘積。
25.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該電容是一金屬氧化半導(dǎo)體式電容。
26.如權(quán)利要求15所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該可控電容裝置包括 多個(gè)電容，每一電容包括一第一端，及一第二端連接于該地端；多個(gè)正邊開關(guān)，每一正邊開關(guān)包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第一比較端，一第二端連接于該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，及一第三端連接于該多個(gè)電容的一電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)；多個(gè)反相器，每一反相器用來產(chǎn)生該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相結(jié)果；以及多個(gè)負(fù)邊開關(guān)，每一負(fù)邊開關(guān)包括一第一端連接于該栓鎖單元的該第二比較端，一第二端連接于該反相器，及一第三端連接于該多個(gè)電容的一電容，用來根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的反相信號(hào)大小，導(dǎo)通該第一端至該第三端的信號(hào)連結(jié)。
27.如權(quán)利要求沈所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該多個(gè)電容的電容值呈二進(jìn)制比例關(guān)系。
28.如權(quán)利要求沈所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該多個(gè)電容皆為金屬氧化半導(dǎo)體式電容。
29.如權(quán)利要求26所述的校準(zhǔn)比較器，其特征在于該多個(gè)正邊開關(guān)及該多個(gè)負(fù)邊開關(guān)皆為N型金氧半晶體管，每一正邊開關(guān)或負(fù)邊開關(guān)的該第一端是一汲極，該第二端是一閘極，以及該第三端是一源極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于一逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，特別是有關(guān)于一種可大幅降低電能消耗與減少芯片使用面積的逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的逐次逼近型模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括一取樣保持單元，一逼近控制單元，一查找內(nèi)存，及一校準(zhǔn)比較器。其中，校準(zhǔn)比較器包括一正輸入端，一負(fù)輸入端，一時(shí)序信號(hào)輸入端，一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口，一栓鎖單元，一啟動(dòng)開關(guān)，一第一可控可變電阻，一第二可控可變電阻，一重置開關(guān)模塊，一可控電容裝置，及一輸出端。
文檔編號(hào)H03M1/10GK102237874SQ20101016664
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者徐建昌 申請(qǐng)人:原相科技股份有限公司